LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Säurekapazität in der Belebung einer Kläranlage Besprechung der Lehrer der bayerischen.

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1 LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Säurekapazität in der Belebung einer Kläranlage Besprechung der Lehrer der bayerischen Kanal- und Kläranlagen- Nachbarschaften, 12./13. 02. 2014 Landshut Dipl.-Ing. Annette Schlicher, Struktur- und Genehmigungsdirektion Süd, Regionalstelle Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Bodenschutz, Neustadt a. d. Weinstraße

2 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität ? Karbonathärte ? Säurebindungsvermögen ? pH- Wert ?

3 LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Definitionen und Bestimmung

4 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 pH = - log [ H + Konzentration] pH = 8 bedeutet 10 -8 = 0,00000001 mol/L H + Ionen pH = 2 bedeutet 10 -2 = 0,01 mol/l H + Ionen Definitionen und Bestimmung pH-Wert

5 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Bestimmung der Säurekapazität durch Titrieren

6 LV Bayern, Besprechung der Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaft 2014 Beschreibung aus dem Grundkurs

7 DWA Kläranlagennachbarschaft Bestimmung der Säurekapazität K S 4,3 Probenahme  Belebung (Nitrifikation) filtriert mit Faltenfilter Durchführung  100 ml Abwasserprobe werden mit 0,1-molarer Salzsäure (HCl) bis zu einem pH-Wert von 4,3 titriert. Dieser Wert muss länger als 2 Minuten bestehen.  Der Verbrauch an HCl entspricht der Säurekapazität in mmol/l. Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

8 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Bestimmung durch Schnelltest LCK362 Säurekapazität Ks 4,3 Küvetten-Test Messbereich 0,5 - 8 mmol/l

9 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Was bewirkt die Säurekapazität im Abwasserreinigungsprozess?

10 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität K s = Puffer Was ist ein Puffer? Woraus besteht der Puffer im Abwasser?

11 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität K s = Puffer Puffer: Bestreben einer Lösung bei Zugabe von Säure oder Lauge den pH- Wert konstant zuhalten. Im Abwasser wesentlich: Kohlensäure – Puffer

12 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Kohlensäure kommt im Abwasser in verschiedenen Formen vor: CO 2 (aq) + H 2 O  H + + HCO 3 - HCO 3 -  H + + CO 3 2- Kohlensäure-Puffer

13 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Abhängigkeit der Kohlensäure-Ionenkonzentration vom pH-Wert pH-Wert Stoffmengenanteil [%] Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

14 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Beispiel der Unterschiedlichkeit der Säurekapazität im Abwasser (Spens, Vedewa, Stuttgart 1992)

15 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 ParameterDimensionUmrechnung Säurekapazität K S mmol/l1 Hydrogencarbonat HCO 3 mg/l61 Deutsche Härte o dH2,8 Einheiten

16 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität in der Kläranlage Wie kommt der Puffer/die Säurekapazität im Abwasser zustande ? Welche biologischen und chemischen Vorgänge beeinflussen ihn?

17 DWA Kläranlagennachbarschaft Säurekapazität in der Kläranlage DeNi NI RS ÜS Ks 4,3 KA-Zulauf Belebung Nachklärung Ablauf Fällmittel

18 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität im Kläranlagenzulauf: K s4,3 des Trinkwassers (1 – 5 mmol/L) Reinigungsmittel Haushalt (≈ 2 mmol/L) Hydrolyse von org. Stickstoff org. geb.N → NH 4 + + HCO 3 - (50 mg/l NH 4 + umgew. ergeben 3,5 mmol K s4,3 )

19 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Trinkwassergewinnung in der Südpfalz

20 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität im Kläranlagenzulauf - Trinkwasser Wasserwerk Kuhardt 15,5°dH = 5,5 mmol/L, hart, pH 7,47 Wasserwerk Germersheim 14,8°dH = 5,2 mmol/L, hart, pH 7,76 Wasserwerk Kaiserslautern: 4,21°dH = 0,75 mmol/L, weich Trinkwasser Landshut Ges.härte 20,2°dH = 7,2 mmol/L, hart, pH 7,24

21 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität im Kläranlagenzulauf: K s4,3 des Trinkwassers (1 – 5 mmol/L) Reinigungsmittel Haushalt (≈ 2 mmol/L) Hydrolyse von org. Stickstoff org.geb.N → NH 4 + + HCO 3 - (50 mg/l NH4-N umgewandelt  3,5 mmol K s4,3 )1) 1) Karl Svardal, Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, Technische Universität Wien; Chemische-physikalische Gleichgewichte und ihre praktische Bedeutung für den Betrieb von Abwasserreinigungsanlagen

22 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität Kläranlagenzulauf – Hydrolyse von org. N org. geb. N → NH 4 + + HCO 3 - (50 mg/l NH 4 umgew.  3,5 mmol/L K s4,3 ) GKA Rülzheim : NH4-N Zulauf: 34 mg/L  2,4 mmol/L KA Germersheim: NH4-N Zulauf: 43 mg/L  3,0 mmol/L

23 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Säurekapazität Kläranlagenzulauf KA-Zulauf Säurekapazit ät [mmol/L] Trink- wasser Hydrolyse N org. (rechn.) Reinigungsmitt el (Literatur.) Summe (rechn.) gemessen im KA-Zulauf Rülzheim5,52,429,910,7 Germersheim5,23,0210,212,6

24 DWA Kläranlagennachbarschaft Säurekapazität in der Kläranlage DeNi Nitri RS ÜS Nachklärung Ablauf Fällmittel Ks 4,3

25 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 NO 3 - + CO 2 + 0,5 H 2 O → 0,5 N 2 + 2,5 O + HCO 3 - pH-Wert Stoffmengenanteil [%] Abnahme CO 2 Aufbau Säurekapazität OH - Änderung Säurekapazität durch Denitrifikation Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

26 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung Säurekapazität durch Nitrifikation pH-Wert Stoffmengenanteil [%] H+H+ Zunahme CO 2 Abbau Säurekapazität H+H+ NH 4 + + 2 O 2 + 2 HCO 3 - → NO 3 - + 2 CO 2 + 3 H 2 O Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

27 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung der Säurekapazität durch biologische Reaktionen ProzessSäurekapazität Nitrifikation pro 1 kg N nitrifiziert - 0,14 mmol/L Denitrifikation von 1 kg N denitrifiziert + 0,07 mmol/L

28 DWA Kläranlagennachbarschaft Säurekapazität im Verlauf der Abwasserreinigung DeNi Nitri RS ÜS Nachklärung Ablauf Fällmittel Ks 4,3

29 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung der Säurekapazität in der Belebung durch chemische Fällung Me 3+ + H 2 PO 4 -  MePO 4 +2 H + Me 3+ + HPO 4 2-  MePO 4 + H + Durch Überdosierung des Fällmittels Me 3+ + H 2 0  Me (OH) 3 + 3 H +

30 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung Säurekapazität durch saure Fällmittel pH-Wert Stoffmengenanteil [%] H+H+ Zunahme CO 2 Abbau Säurekapazität H+H+ Me 3+ + H 2 PO 4 -  MePO 4 +2 H + 2 H + + 2 HCO 3 -  H 2 O + CO 2 Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

31 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Änderung der Säurekapazität in der Belebung durch chemische Fällung Kalk oder auch alkalische Fällmittel heben die Säurekapazität an.

32 DWA Kläranlagennachbarschaft Einfluss der P- Elimination auf die Säurekapazität 0,36 -0,29 -0,36 -0,35 -5 -4 -3 -2 0 1 2 3 K S4,3 [mmol/l] Fe3+ für 5 mg P/l Al3+ für 5 mg P/l PAC für 5 mg P/l NaAl(OH)4 für 5 mg P/l Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

33 DWA Kläranlagennachbarschaft Einfluss der P- und Nitrifikation auf die Säurekapazität 0,36 -0,29 -0,36 -0,35 -4,29 -5 -4 -3 -2 0 1 2 3 K S4,3 [mmol/l] Nitri von 30 mg NH4-N/l Fe3+ für 5 mg P/l Al3+ für 5 mg P/l PAC für 5 mg P/l NaAl(OH)4 für 5 mg P/l Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

34 DWA Kläranlagennachbarschaft Einfluss der P- und N-Elimination auf die Säurekapazität 0,36 -0,29 -0,36 -0,35 2,2 -4,29 -5 -4 -3 -2 0 1 2 3 K S4,3 [mmol/l] NI von 30 mg NH4-N/l DN von 30 mg NO3-N/l Fe3+ für 5 mg P/l Al3+ für 5 mg P/l PAC für 5 mg P/l NaAl(OH)4 für 5 mg P/l Folie aus : „Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in der biologischen Abwasserreinigung“, Fa. KRONOS

35 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Wie viel Säurekapazität muss sein? Kritisch: Säurekapazität < 2 mmol/L

36 DWA Kläranlagennachbarschaft - Schädigung der Flocke - Wachstumsvorteile für Fadenbakterien - Reduzierung von Reaktionsgeschwindigkeiten - Betonkorrosion Folgen zu geringer Säurekapazität

37 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 (aus „Zur Nitrifikation von Abwässern mit geringer Säurekapazität“, Teichgräber, Essen, KA 2,91) Folgen zu geringer Säurekapazität – Schädigung der Flocke

38 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 (aus „Einfluss der Säurekapazität auf die Abbauleistung biol. Abwasserreinigungsanlagen“, Schönherr et. al, Universität der Bundeswehr München, 2007) Säurekapazität und NH 4 -Abbau

39 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Betonkorrosion

40 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Maßnahmen bei zu geringer Säurekapazität Denitrifikation erhöhen Dosierung von Alkalien Wahl des Fällmittels

41 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014 Fotos aus dem praktischen Teil der NB-Veranstaltung

42 LV Bayern, Besprechung Lehrer Kläranlagen-Nachbarschaften 2014

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44 Danke für ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Ing. Annette Schlicher Regionalstelle Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft, Bodenschutz STRUKTUR- UND GENEHMIGUNGSDIREKTION SÜD Karl-Helfferich-Straße 22; 67433 Neustadt Telefon 06321 99-4104; Telefax 06321 99-4222 Annette.Schlicher@sgdsued.rlp.de