Entwicklung eines Verfahrens zur Behandlung von Molkereiabwasser in Pflanzenkläranlagen für kleine biologisch wirtschaftende Milchviehbetriebe
Projektdurchführung
wasserWerkstatt
Krieschendorfer Str. 27
01326 Dresden
Zielsetzung
Für das Projekt wurden folgende Arbeitsziele definiert:
• Erstellung einer technologischen Konzeption für Pflanzenkläranlagen zur Behandlung von Melkstands- und Molkereiabwasser
• Monitoring und Optimierung von zwei errichteten Großanlagen
• Rückschlüsse für die Bemessung und den Betrieb von zweistufigen Pflanzenkläranlagen für die Behandlung von Molkereiabwasser
Arbeitsschritte
Im Rahmen des Projektes wurden zweistufige Pflanzenkläranlagen zur Behandlung von Abwasser aus Melkstand und Molkerei entworfen, errichtet und im Betrieb überwacht und optimiert.
Eine Literaturrecherche stellt die spezifischen Eigenschaften von Abwasser der Milchherstellung, das Potenzial von naturnahen Systemen und Erfahrungen in anderen Forschungsprojekten zusammen.
Es werden die Messdaten von Säulenversuchen ausgewertet und Schlüsse hinsichtlich der Bemessung von Anlagen und Randbedingungen für den Betrieb gezogen.
Im Weiteren wird der Aufbau von zwei Großanlagen und deren spezifischen Randbedingungen dargestellt. Über eine Betriebszeit von 2,5 Jahren wurden Messwerte an den neu errichteten Anlagen erfasst und ausgewertet.
Neben der Auswertung der Messwerte der einzelnen Anlagen wurden die Werte der Großanlagen und Säulenversuche gemeinsam ausgewertet und Rückschlüsse für die Auslegung und den Betrieb abgeleitet. Des Weiteren wurden betriebliche Erfahrungen, auch Probleme im Anlagenbetrieb erfasst, bewertet und Lösungsansätze entwickelt, mit diesen umzugehen.
Ergebnisse
Anhand der Vorversuche konnten folgende Schlussfolgerungen für die untersuchte Technologie und das zu behandelnde Molkereiabwasser gezogen werden.
• Der Wirkungsgrad für den CSB- Abbau in einem zweistufigen Bodenfilter liegt sehr hoch (Mittelwert 96 %).
• Eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Stickstoffelimination konnte durch eine Rezirkulation des Ablaufs nicht erreicht werden.
• Trotz starker Schwankungen der CSB-Zulauffracht kann die Einhaltung von Ablaufwerten < 100 mg/l erreicht werden. Eine Erhöhung der Flächenbelastung und eine Rückführung des Ablaufs in die Vorklärung ergab keine signifikante Veränderung der Reinigungsleistung.
• Hohe pH-Werte haben einen direkten Einfluss auf die erreichbaren CSB-Ablaufwerte. Basische Reinigungsmittel sollten weitestgehend neutralisiert werden.
Anhand der Messwerte und Betriebsüberwachung bei den Großanlagen konnte Folgendes festgestellt werden:
• An beiden Modellstandorten besitzen die PKA eine sehr hohe Reinigungsleistung in Bezug auf organische Belastungen.
• Die Stickstoffelimination liegt bei Medianwerten zwischen 70 und 80 % (obere Werte der Literaturangaben für Pflanzenkläranlagen)
• Die Phophorelimination liegt im Bereich der in der Literatur angegebenen Erwartungswerte. Teilweise kommt es auch zur Remobilisierung von Phosphor. Wenn Phosphor zurückgehalten werden soll sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich (Fällung, eisenhaltige Filtersubstrate).
• Der Rückhalt von AFS in der Vorklärung liegt unter den Empfehlungen nach DWA-A262. Durch eine Rezirkulation kann die AFS-Konzentration jedoch abgesenkt werden.
• Durch die hohe organische Belastung ist eine regelmäßige Spülung der Beschickungssysteme erforderlich.
• Die mittlere hydraulische Flächenbelastung sollte entsprechend der CSB-Konzentration gewählt werden. Bei CSB-Zulaufkonzentrationen von 2000 mg/l sollte das Beschickungsvolumen nicht höher als 5L/m² liegen und Beschickungspausen von mindestens 3h eingehalten werden.
Für den Anlagenbetrieb haben sich folgende Eingriffe als positiv erwiesen:
• Einhaltung von Beschickungspausen von mindestens 3h, um eine gute Belüftung der Filter zu gewährleisten
• Rückführung von gereinigtem Ablauf (Rezirkulation) zur Reduzierung und Vergleichmäßigung der Zulaufkonzentrationen an CSB
Öffentlichkeitsarbeit
Im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit wurden folgende Aktivitäten durchgeführt:
• Vorstellung des Projektes PKA Hof Mahlitzsch bei der Wasserbehörde des LRA Mittelsachsen im Rahmen des Genehmigungsverfahrens für eine weitere Anlage (PKA Agrargenossenschaft Dittmannsdorf) im Herbst 2021
• Führung über die Anlage in Mahlitzsch am 02.07.22
• Vorstellung des Vorhabens an der TU Dresden im Rahmen einer Vorlesungsreihe am 27.06.23
• Vortrag zum Aufbau der zweistufigen Anlage an der TU Dresden am 21.09.23 im Rahmen eines Projekttreffens des Forschungsvorhabens Medzero-Solvent (BMBF)
• Vorstellung und Diskussion des Einsatzes von zweistufigen Anlagen für die Reinigung von Industrieabwasser, Online, B. Braun GmbH Berggießhübel am 19.10.23
• Vorstellung des Konzeptes einer zweistufigen Anlage für einen Restaurantbetrieb am 02.11.23 (Architekturbüro BPS, Döbeln)
• Vorstellung des Vorhabens an der TU Dresden im Rahmen einer Vorlesungsreihe am 16.06.24
• Führung über die PKA Mahlitzsch für Fachpublikum am 22.09.24
• Vortrag auf Fachkolloquium zur Industriewasserbehandlung am 24.10.2024 (TU Dresden)
Fazit
Für Milchviehbetriebe mit und ohne angeschlossener Molkerei ist eine Behandlung des Abwassers aus Melkstand und Molkerei aufgrund der damit verbundenen Kosteneinsparung gegenüber der Speicherung und Ausbringung sehr interessant. Pflanzenkläranlagen stellen gegenüber technischen Systemen eine beherrschbare Technologie insbesondere für fachfremde Betreiber*innen dar. Der Vorteil naturnaher Verfahren in der Abwasserreinigung liegt vor allem in ihrer Robustheit, dem sehr geringen Energiebedarf, dem relativ einfachen Betrieb (Steuerung) und einer stabilen sehr hohen Reinigungsleistung.
Im Rahmen des Projektes konnte der Nachweis erbracht werden, dass naturnahe zweistufige vertikale Pflanzenkläranlagen für der Behandlung von Molkereiabwasser geeignet sind und Grenzwerte der Abwasserverordnung eingehalten werden können.
In dem Projekt sind Erkenntnisse zur Auslegung und zum Betrieb von zweistufigen Anlagen gewonnen worden, die den Bau von weiteren naturnahen Anlagen zur Behandlung von Melkhaus- und Molkereiabwasser ermöglichen werden.