Projekt 21755/02

Zweite Phase: Entwicklung und Bilanzierung beheizter Festbetteinrichtungen zur Leistungssteigerung vorhandener Abwasserteichanlagen im Winter

Projektdurchführung

Bildung Beratung Beschäftigung (bbb) e. V.
Alexander-Puschkin-Platz 6
99510 Apolda

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Nach dem Bundesgesetzblatt Jahrgang 1999 Teil I Nr. 6 werden für mittlere und große Kläranlagen Mindesteinleitungsgrenzwerte für Ammoniumstickstoff und Gesamtstickstoff bei Abwassertemperaturen von 12°C und größer im Ablauf des biologischen Reaktors der Abwasserbehandlungsanlage festgelegt. Mit anderen Worten heißt das, bei Abwassertemperaturen < 12°C müssen diese stickstoffbezogenen Mindesteinleitungswerte nicht erfüllt werden.
Die Einhaltung der kohlenstoffbezogenen Mindesteinleitungsgrenzwerte wird dagegen unabhängig von den wirksamen Abwassertemperaturen im biologischen Reaktor der Abwasserbehandlungsanlage gefordert. Bei kleinen Kläranlagen mit sehr volumenaufwendigen biologischen Reaktoren, wie sie z. B. in Oxidationsteichanlagen vorkommen, kühlt sich das Abwasser teilweise bis zur 0°C-Grenze ab. Trotzdem müssen die kohlenstoffbezogenen Mindesteinleitungsgrenzwerte nach o. g. Bundesgesetzblatt eingehalten werden.
Im Abschlussbericht zu dem von der DBU geförderten Forschungsprojekt Entwicklung von kleinen getauchten Festbetteinrichtungen für belüftete Oxidationsteiche sowie qualitativer und quantitativer Nach-weis ihrer Funktionstüchtigkeit von Mai 2004 bis April 2006 wurde Folgendes festgestellt:
Zusätzlich eingebaute Festbetten, die in belüfteten Oxidationsteichen installiert werden, führen zu temperaturabhängigen Leistungssteigerungen.
Bei niedrigen Abwassertemperaturen von ? 2°C sinkt die Leistungsfähigkeit belüfteter Oxidationsteiche mit eingebauten Festbetten unter die vorgegebenen Grenzwerte.
Die Ziele dieses Forschungsprojektes leiten sich aus der beschriebenen mehrschichtigen Problematik ab. Mit der Entwicklung und Bereitstellung von beheizten Trägermaterialien (Festbetten) für die in der Abwassertechnik bekannten Biofilmtechnik kann der negative Einfluss kalter Abwässer auf die Reinigungsleistung der Bakterien gemindert werden. Dabei sollte die gezielte Beheizung des Trägermaterials ohne eine spürbare Erwärmung des Abwassers erfolgen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer verfügbare Stand von Wissenschaft und Technik wurde über ein Literatur- und Patentstudium ermittelt.
Für das technische Gebilde BFB war in erster Näherung eine für Kläranlagen relevante Warmwasserheizung vorgesehen. Dazu wurden am Ende des Winters 2006/2007 in-situ-Versuche in einem Belebungs-becken der KA Weimar durchgeführt, die im Winter 2007/2008 wiederholt wurden. Zur Stützung der Ergebnisse wurde ein zweiter in-situ-Versuch mit BFB, die mit Elektroheizung betrieben wurden, durchgeführt.
Zur Bestimmung des BFB-Einflusses auf die Kohlenstoffreduzierung wurde ab Dezember 2007 eine Laboranlage nach dem Fermenterprinzip betrieben. Um das mechanisch vorgereinigte Abwasser mit > 10°C auf ca. 2°C abzukühlen, mussten mehrere Kältemaschinen hintereinander geschaltet werden. Das darauf bezogene mikrobiologische Gutachten konzentriert sich auf die temperaturabhängigen Stoffumsätze der sich bildenden Biomasse.
Ein Gutachten zum Wärmebedarf bestätigt dem Grunde nach die praktisch gewonnenen energetischen Aufwendungen.


Ergebnisse und Diskussion

- Eine praxisreife Konstruktion des technischen Gebildes (tG) beheizte Festbetten liegt noch nicht vor. Diese ist außerdem von den technologischen Randbedingungen des Herstellerbetriebes abhän-gig.
- Die Stärke des biologischen Rasens ist bei BFB von doppelter Bedeutung. Sie garantiert den Mikroorganismen nicht nur ausreichend temperierte Siedlungsflächen, sondern verbessert auch die erfor-derliche Wärmedämmung des tG.
- Die dem Forschungsthema zugrunde liegenden Überlegungen, wonach zur biologischen Abwasserbehandlung von kalten, organisch verschmutzten Abwässern beheizte Festbetten zur Funktionserhaltung und Leistungssteigerung geeignet sind, haben sich verfahrenstechnisch bestätigt.
- Bei kleinen, flächenintensiven Kläranlagen, z. B. belüfteten Oxidationsteichen, könnten durch den Einsatz von BFB ganzjährig die vorgegebenen Grenzwerte eingehalten werden.
- Bei mittleren und großen Kläranlagen werden im Normalfall keine ganzjährigen Nitrifikationsleistungen gefordert. Sofern ausreichend Überschussenergien von der anaeroben Schlammbehandlung verfügbar sind, wäre eine stabile Nitrifikation/Denitrifikation beim Einsatz von BFB auch im Winter möglich.
- Der Einsatz von BFB zur Optimierung von biologischen Reaktionsräumen ist denkbar. Er erscheint jedoch aus energetischer Sicht nicht sinnvoll.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Während der gesamten Laufzeit des Projektes wurden ausführliche Projektberichte mit den Kooperationspartnern diskutiert und entsprechenden Interessenten zugesandt. Darüber hinaus erfolgten insbesondere aus Thüringen mehrere Anfragen zur Besichtigung der Versuchsanlagen vor Ort.
- Eine abschließende detaillierte Projektdarstellung erfolgte in Form eines Abschlussberichtes, der ebenfalls Kooperationspartnern und Interessenten zugesandt und vor diesen öffentlich verteidigt wurde.
- Die Förderung durch die DBU wurde während der Maßnahme vor Ort sichtbar dargestellt.


Fazit

o Unabhängig von den energetischen Betrachtungen konnte bisher mangels praxisreifer BFB noch keine Kosteneffizienz nachgewiesen werden. Unbeschadet davon wurde das Verfahren patentiert.
o Für die Entwicklung eines praxisreifen beheizten Festbettes als Rohrschlange liegen Erfahrungen und begründete Anforderungen vor. Deshalb und mit den technologischen Möglichkeiten des Herstel-lungsbetriebes erscheint eine Konstruktion kurzfristig realisierbar. Wärmetechnische Überlegungen favorisieren jedoch plattenförmige gegenüber rohrschlangenförmigen Abbildungen der BFB.
o Es wird empfohlen, das vorliegende Forschungsprojekt bei Mitwirkung interessierter Hersteller weiterzuführen.