Projekt 02071/01

Weitergehende Abwasserreinigung durch Alternierende Denitrifikation mit Festbettreaktoren

ProjekttrÀger

ATZ-EVUSApplikations- und Technikzentrum
Kropfersrichter Str. 6 - 8
92237 Sulzbach-RosenbergZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die biologische Reinigung kommunaler AbwĂ€sser mit einem ĂŒberstauten Festbett und dem Ziel einer weitergehenden Abwasserreinigung ist nicht dem Stand der Technik zuzuordnen. Ein auf diese Art und Weise realisiertes Verfahren, bei dem Abwasser vor Eintritt in den Reaktor mit Sauerstoff beladen wird und eine ruhende TrĂ€germaterialschĂŒttung durchströmt, war bislang vorwiegend im industriellen Bereich eingesetzt. Eine grundlegende Fragestellung des Projektes war die Übertragbarkeit der Erkenntnisse von Industrieabwasser auf kommunales Abwasser. Hierzu wurde vom ATZ EVUS eine PilotklĂ€ranlage mit 2 Festbettreaktoren bereitgestellt, die mit vorgeklĂ€rtem Abwasser der Stadt Sulzbach-Rosenberg betrieben werden konnte. Eine besondere Variante der weitergehenden Abwasserreinigung in Bezug auf Stickstoffelimination stellt das Verfahren der geregelten alternierenden Denitrifikation dar. Im Projekt war zunĂ€chst abzuklĂ€ren, ob das fĂŒr Submersreaktoren (Belebtschlammverfahren) bereits optimierte N-Eliminationsverfahren der alternierenden Denitrifikation auch auf die Festbettechnologie erfolgreich zu ĂŒbertragen war. Als Beurteilungskriterium wurden die erzielbaren Ablaufwerte sowie die in dem TrĂ€germaterial erreichten Raumumsatzleistungen herangezogen. Zum direkten Vergleich wurde diese der mit konventioneller Verfahrenstechnik erreichbaren Raumumsatzleistung gegenĂŒbergestellt. Daraus sollte beurteilt werden, ob die aus dem industriellen Einsatz bekannten VorzĂŒge der Festbetttechnologie, wie beispielsweise eine Platzersparnis gegenĂŒber dem Belebungsverfahren, tatsĂ€chlich auch bei kommunalem Abwasser zutreffen. Durch den parallelen Betrieb einer Submersanlage und einer Festbettanlage nach dem Verfahren der geregelten alternierenden Denitrifikation, sollte dieser Vergleich verifiziert werden. Auch hinsichtlich der Suspensa-Eliminationsleistungen sowie der Einhaltung von Ablaufwerten fĂŒr abfiltrierbare Stoffe sollte das Festbettverfahren mit dem Belebungsverfahren verglichen werden. Zum Test der Praxistauglichkeit wurde auch die Resistenz des Festbettverfahrens gegenĂŒber Schwankungen der hydraulischen Belastung untersucht. Auch die aus industriellen Anwendungen bekannte WiderstandsfĂ€higkeit der Festbettbiologie gegenĂŒber toxischen StĂ¶ĂŸen sollte anhand einer mit kommunalen abwasserbetriebenen Anlagen ĂŒberprĂŒft werden. Durch den parallelen Betrieb von Festbett- und Submerstechnologie wurde unter vergleichbaren Bedingungen ĂŒberprĂŒft, wie leistungsfĂ€hig sich mit kommunalem Abwasser betriebene Festbettreaktoren gegenĂŒber einer Submersbiologie hinsichtlich toxischen Belastungen verhalten. FĂŒr einen praktischen Einsatz neuer Verfahrenstechniken stellt die Betriebssicherheit in Bezug auf die Einhaltung von Grenzwerten sowie einer funktionierenden Verfahrenstechnik einen weiteren wichtigen Aspekt dar, welchen es zu untersuchen galt. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde im gesamten Versuchszeitraum an der im Technikum des ATZ EVUS aufgebauten Festbettanlage sowie der bereits bestehenden Submersanlage durchgefĂŒhrt. Verschiedene im Verlauf des Projektes auftauchende Fragestellungen wurden durch den Betrieb einer Laboranlage abgeklĂ€rt. Der Aufbau der Festbettanlage incl. Probenehmer, die Installation der Steuerung sowie auch die im Verlauf des Projektes notwendigen Änderungen an der Anlage, wie beispielsweise die Programmierung der Steuerung, der Aufbau der Filtrationsmodule sowie die Betreuung der Online-Analysatoren, wurde von Mitarbeitern des ATZ EVUS durchgefĂŒhrt. Die anfallenden Analysen wurden dabei im Labor des ATZ EVUS untersucht. Zur wissenschaftlichen Begleitung des Projektes konnte Herr Prof. Dr. J. Winter vom Institut fĂŒr Ingenieurbiologie der Technischen UniversitĂ€t Karlsruhe (frĂŒher UniversitĂ€t Regensburg) mit hinzugewonnen werden. Ergebnisse und Diskussion Das Verfahren der alternierenden Denitrifikation konnte mit insgesamt zufriedenstellenden Ergebnissen auf der Festbettanlage installiert werden. Dabei war der Ammoniumabbau stark von der geeigneten VerfahrensfĂŒhrung, insbesondere der richtigen Kombination von Zulaufmengen und Dauer der Phasenzeiten, beeinflußt. Die VerfahrensfĂŒhrung beeinflußte den CSB-Abbau nicht so gravierend wie den Ammoniumabbau. Frachtschwankungen im CSB-Zulauf, wie auch hydraulische Schwankungen, konnten von der Anlage sehr gut abgepuffert werden. Auch hinsichtlich der Suspensaelimination wurden sehr zufriedenstellende Ergebnisse erreicht: Auch ohne NachklĂ€rung unterschritt die Festbettanlage bei optimaler VerfahrensfĂŒhrung einen Grenzwert von 20 mg/l. Die Betriebssicherheit war bei tĂ€glicher RĂŒckspĂŒlung gewĂ€hrleistet. Im Vergleich mit der parallel betriebenen Belebtschlammanlage wurden um 150 % höhere volumenbezogene Ammoniumabbauleistungen und um 200 % höhere volumenbezogene Denitrifikationsleistungen durch die Festbettanlage erbracht. Die volumenbezogene Suspensaeliminationsleistung lag um ca. 300 % ĂŒber der der Belebungsanlage. Die beim RĂŒckspĂŒlen ausgetragenen Überschußschlammengen der Festbettanlage betrugen - auf den zugefĂŒhrten BSB5 bezogen - nur die HĂ€lfte der durch die Belebungsanlage produzierten ÜberschußschlĂ€mme. Zum Vergleich der WiderstandsfĂ€higkeit gegenĂŒber einem toxischen Schock wurden beide Verfahren in drei Laborreaktoren mit einem Phenolschock beaufschlagt. CSB-Abbauleistungen wie auch die Ablaufwerte wurden von dem toxischen Stoß in den Festbetten wie auch im Belebungsreaktor nicht verschlechtert. Die Festbettreaktoren konnten den Einfluß des Phenolstoßes auf die Ammonium- und Gesamtstickstoffabbauleistungen im Gegensatz zur Belebungsanlage gut abpuffern. Die Ergebnisse zeigten, daß offensichtlich der Biofilm selbst eine gewisse Schutzwirkung, z. B. den Nitrifikanten gegenĂŒber, bietet. Vermutlich durch die absorbierende Wirkung der Aktivkohle bedingt, verursachte der toxische Stoß im Aktivkohlereaktor die geringsten BeeintrĂ€chtigungen der Reinigungsleistung. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Resultierend aus den positiven Ergebnissen wird ein Unternehmen eine Kooperation mit dem ATZ EVUS eingehen, um das Verfahren der alternierenden Denitrifikation mit Festbettechnologie zu ĂŒbernehmen bzw. in die bestehende Technik zu integrieren. Das Projekt bildet zudem die Grundlage fĂŒr weitere Entwicklungsvorhaben. Im Rahmen von BeratungstĂ€tigkeiten des ATZ EVUS bei verschiedenen Kommunen konnte z. B. bei der Erstellung von Konzeptstudien jeweils auch die Festbettechnologie als alternatives Abwasserreinigungsverfahren in die Diskussion gebracht werden. Die Ergebnisse des durchgefĂŒhrten Projekts wurden in der Fachzeitschrift gwa sowie den Berichten der Abwassertechnischen Vereinigung veröffentlicht. Im Verlauf des Jahres 1996 wurden sie bei PosterprĂ€sentationen auf der DECHEMA wie auch auf der GVC-Tagung sowie im Rahmen eines Vortrags beim VDI/VDE-Arbeitskreis Bio- und Umwelttechnik öffentlich prĂ€sentiert. Kontakte: Dr. F. Bischof, A. Weiß, ATZ-EVUS Fazit Das Verfahren der alternierenden Denitrifikation konnte trotz der von der UniversitĂ€t Stuttgart teils als schwach identifizierten Stickstoffelimination mit insgesamt zufriedenstellenden, in einzelnen Versuchsabschnitten auch mit guten Ergebnissen, auf der Festbettanlage installiert werden. Dabei war der Ammoniumabbau stark von der richtigen VerfahrensfĂŒhrung, insbesondere der richtigen Kombination von Zulaufmengen und Dauer der Phasenzeiten, beeinflußt. Über das durchgefĂŒhrte Projekt hinaus ist auch Weiterentwicklungsbedarf deutlich geworden, insbesondere bezĂŒglich der SauerstoffzufĂŒhrung, die allein bis zu 70 % der Betriebskosten ausmachen kann, und der automatischen RĂŒckspĂŒlung der Festbetten. Aufgrund der sehr verschiedenen wechselnden VerfahrensfĂŒhrungen sind quantifizierbare Kosten fĂŒr technische Lösungen in DM pro m3 oder kW/h pro m3 ausgedrĂŒckt im Rahmen des Vorhabens noch nicht abschĂ€tzbar gewesen. Energiekosten, wie beispielsweise bei konventionellen KlĂ€rverfahren, wie fĂŒr Hebewerke, SchlammrĂ€ume, Pumpen schlagen kaum zu Buche; so muß z. B. kein interner Nitratkreislauf gepumpt werden. Leider konnte eine Übertragung des Verfahrens auf die kommunale KlĂ€ranlage der Ortschaft Nossen/Sachsen noch nicht erreicht werden. Das ATZ EVUS geht aber davon aus, daß das entwickelte Verfahren insbesondere aufgrund deutlicher betriebswirtschaftlicher Vorteile und der erreichbaren Betriebssicherheit in den Markt eingefĂŒhrt werden kann. Insgesamt wurden die Ziele des Projektes mit Erfolgen erreicht.

Übersicht

Telefon

09661/60-486

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Bundesland

Bayern

Fördersumme

173.327,95 €

Förderzeitraum

20.09.1993 - 14.02.1997