Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Kl\u00e4ranlagen mit emersen Sumpfpflanzen, im folgenden kurz Pflanzenkl\u00e4ranlagen (PKA) genannt, z\u00e4hlen zu den naturnahen Verfahren der Abwasserbehandlung. Die PKAen werden in Europa \u00fcberwiegend zur Reinigung von h\u00e4uslichem Abwasser eingesetzt. PKAen lassen sich derzeit mit den Prozesszielen Kohlenstoffabbau und Nitrifikation betreiben. Mit dem Denitrifikationsprozess in PKAen gibt es so gut wie keine gesicherten Erfahrungswerte bzw. Bemes-sungsans\u00e4tze, um eine weitergehende Stickstoffelimination im Betrieb zu gew\u00e4hrleisten.
\nZielsetzung dieses Forschungsvorhabens war – aufbauend auf den bisher durchgef\u00fchrten Untersuchungen des Landesumweltamtes NRW – die PKA Balde um den Prozess der gezielten Denitrifikation zu erweitern und die Nitrifikation zu optimieren.
\nDie Untersuchungsergebnisse sollten zu abgesicherten Erkenntnissen (Bemessungsans\u00e4tzen) f\u00fchren, die es erlauben, k\u00fcnftig eine Vielzahl von PKAen wirtschaftlich um den Prozess der Denitrifikation zu erweitern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Umsetzung der Projektziele sollten Ma\u00dfnahmen hinsichtlich der Optimierung der Nitrifikation und der Denitrifikation untersucht werden:
\n\u00b7\tEinleitung des Rezirkulats in die Vorkl\u00e4rung.
\n\u00b7\tInstallation eines R\u00fchrwerks in der zu modifizierenden Vorkl\u00e4rung der Stra\u00dfe 2 zur Erreichung einer entsprechenden Stoffwechselumsatzgeschwindigkeit (N\u00e4hrstoffkontakt, Optimierung des N\u00e4hrstoffdargebots).
\n\u00b7\tAufbau eines R\u00fccklaufschlammkreislaufes sowie eines \u00dcberschussschlammkreislaufes
\n\u00b7\tSofern erforderlich, Installation eines Lamellenseparators bzw. eines Filtermoduls in der zu modifizierenden Vorkl\u00e4rung.
\nDie Ma\u00dfnahmen wurden durch ein umfangreiches Analysenprogramm \u00fcberwacht. Die Proben wurden mit automatischen Probenahmeger\u00e4ten gezogen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Ausf\u00fchrungen im Abschlu\u00dfbericht (September 2003) zeigen die bekannten Funktionsmechanismen vertikal beschickter bewachsener Bodenfilter auf. Vertikal beschickte Bodenfilter sind hinsichtlich der Stickstoffumsetzungsprozesse systembedingt zum sicheren Kohlenstoffabbau und zur Nitrifikation bef\u00e4higt. Eine sichere Nitrifikation ist Voraussetzung f\u00fcr den Prozess der Denitrifikation. Aufgrund der guten Sauerstoffversorgung und eines Mangels des f\u00fcr die Denitrifikation notwendigen Kohlenstoffdargebotes kann im Bodenfilter nur eine eingeschr\u00e4nkte Denitrifikation beobachtet werden.
\nDie bisherigen Versuche, die Denitrifikation aus dem Bodenfilter heraus in vor- oder nachgeschaltete Anlagenkomponenten zu verlagern, zeigten eine gesteigerte Denitrifikationsrate auf. Der mit diesen Verfahrens\u00e4nderungen einhergehende Kosten- und Fl\u00e4chenbedarf in Verbindung mit nur teilweise befriedigenden Stickstoffabbauraten forderte eine weitergehende Alternative.
\nDer dieser Arbeit zugrunde liegende, selbst entwickelte Verfahrensansatz zur gezielten Denitrifikation bei vertikal beschickten bewachsenen Bodenfiltern sollte zu Verbesserungen im bisher nicht befriedigenden Bereich anerkannter Stickstoffelimination bei bewachsenen Bodenfiltern f\u00fchren. Eine Verbesserung der Stickstoffelimination soll durch den Einbau eines einfachen R\u00fchrwerkes in einem Teilbereich der Vorkl\u00e4rung (bei ausreichend dimensionierter Vorkl\u00e4rung kann vorhandenes Volumen genutzt werden) erreicht werden. Die im Vertikalfilter auf hohem Niveau verlaufende Nitrifikation stellt \u00fcber eine Rezirkulation einen nitrathaltigen Abwasserstrom zur Denitrifikation in dem st\u00e4ndig ger\u00fchrten Teil der Vorkl\u00e4rung zur Verf\u00fcgung. In diesem Denitrifikationsbereich entsteht eine Bioz\u00f6nose, die f\u00fcr hohe Umsatzraten auf kleinem Raum sorgt. Der mit der Denitrifikation prozessbedingt ablaufende Kohlenstoffabbau reduziert gleichzeitig die aus dem Ablauf der Vorkl\u00e4rung resultierende Fl\u00e4chenbelastung an AFS und CSB des Vertikalfilters. Dieses neue System nutzt das vorhandene Reinigungspotenzial (Kohlenstoffabbau, Nitrifikation) vertikal beschickter Bodenfilter und optimiert mit geringem Aufwand den bisher unbefriedigenden Bereich der Denitrifikation durch Verlagerung der Denitrifikation in die Vorkl\u00e4rung, die mit ihrem Kohlenstoffdargebot und anoxischen Verh\u00e4ltnissen die bisher fehlenden Voraussetzungen zur Denitrifikation bietet.
\nDie Auswertung der gewonnenen Daten ergab, dass mit dem Verfahrensansatz der vorgeschalteten Denitrifikation eine Stickstoffelimination von 79,44 % im Versuchszeitraum erzielt wurde. Eine Aufteilung der Anlageneliminationsleistung auf die einzelnen Anlagenkomponenten ergab f\u00fcr die Denitrifikationsstufe eine Stickstoffelimination von 39,7 %. Die im Komponentenverbund Vorkl\u00e4rungbewachsener Bodenfilter ermittelte Stickstoffelimination von 43,46 % entspricht der bisher bekannten Stickstoffelimination in konventionell betriebenen, vertikal beschickten bewachsenen Bodenfiltersystemen.
\nDie Nachr\u00fcstung der Pflanzenkl\u00e4ranlage hat damit eine Steigerung der Stickstoffelimination von fast 40 % bewirkt. Gleichzeitig konnten die bisherigen Nachteile der aus dem Bodenfilter ausgelagerten Denitrifikation (hohe Investitionskosten, hoher Fl\u00e4chenbedarf) vermieden werden. Die Nachr\u00fcstung bestehender Anlagen wie auch die Ausr\u00fcstung neuer Anlagen bedingt einen nur geringen investiven Aufwand. Die eingesetzten Verfahrenskomponenten sind als erprobt und bew\u00e4hrt einzustufen. Aus den erzielten Ergebnissen wurde ein Bemessungsansatz entwickelt.
\nDie Nitrifikation als die dem Denitrifikationsprozess zeitlich vorgelagerte notwendige Reaktion wurde \u00fcber die Verfahrenskomponenten Vorkl\u00e4rung-Beschickung-Bodenfilter definiert, da nur eine gesicherte Nitrifikation einen auf hohem Niveau verlaufenden, dem Bodenfilter vorgeschalteten, Denitrifikationspro-zess erm\u00f6glicht.
\nDer Bemessungsansatz der Denitrifikation wurde in Anlehnung an das bekannte Bemessungskonzept des ATV- Arbeitsblattes A 131 entwickelt. Die Besonderheiten eines vertikal beschickten Bodenfilters wurden durch \u00c4nderung und Anpassung der Gleichungen ber\u00fccksichtigt. Die im Versuch gefundenen Werte konnten in den entwickelten Bemessungsansatz integriert werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die erzielten Ergebnisse wurden bereits in mehreren Vortr\u00e4gen Fachleuten vorgestellt. Eine in Rostock im Juni 2003 eingereichte Dissertationsschrift zu diesem Projekt wird zu einer weiteren Verbreitung der erzielten Ergebnisse f\u00fchren. Weitere Ver\u00f6ffentlichungen in Fachzeitschriften sind geplant.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Projekt konnte ein innovativer Verfahrensansatz gro\u00dftechnisch umgesetzt werden. Die dabei erzielten Ergebnisse haben die Erwartungen an eine gezielte Denitrifikation umf\u00e4nglich erf\u00fcllt. Es konnte nachgewiesen werden, dass mit einer einfachen Umr\u00fcstung eine bestehende Pflanzenkl\u00e4ranlage zur gezielten Stickstoffelimination ert\u00fcchtigt werden kann. Die Ergebnisse haben dazu gef\u00fchrt, dass das Verfahren im Sommer 2003 bereits in einer zweiten Anlage gro\u00dftechnisch eingebaut wurde.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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