Projekt 01931/01

Weiterentwicklung von Pflanzenkläranlagen

Projektdurchführung

Handwerkskammer (HWK) HamburgZEWU
Buxtehuder Str. 76
21073 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Untersuchungen mit den Subterra-Anlagen in Bonnhagen im Rahmen des Projektes Az 01931/01 zeigten, daß die Reinigungsleistungen dieser Anlagen noch weiter gesteigert werden könnten. Hierfür sollten der Einfluß eines Rücklaufsystems, der Betrieb einer tieferliegenden Schlauchebene, die Variation der Bewässerungsintervalle über die Zeitschaltuhren sowie der Einsatz weiterer organischer Materialien in den Bodenkörper geprüft werden.
Ziel der zusätzlichen Untersuchungsschritte war daher die Optimierung der Denitrifikation durch das Einbringen von Abwasser in tiefere Bodenschichten (Verbesserung des Kohlenstoffangebotes für denitrifizierende Bakterien). Weiterhin sollte die Erprobung verschiedener Substrate zu einer Verbesserung des Lebensraumes für die Mikroorganismen führen. Durch die unterschiedlichen Einschaltintervalle der Abwasserpumpe wurde die Qualität der Abwasserreinigung in Abhängigkeit von der Flächenbeschickungsdauer erprobt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenParallel zu Versuchen an Laboranlagen mit verschieden geschichteten organischen Zuschlagstoffen zur Optimierung der Bakterienpopulation im Filterkörper erfolgte zunächst der Umbau der Anlagen zur Durchführung der einzelnen Projektabschnitte. Für das Rücklaufsystem im Feldversuch mußte eine Tauchpumpe und eine Wasserzähleruhr im Kontrollschacht eingesetzt werden. Das Vorhaben zur Optimierung der Denitrifikation erforderte den Einbau einer Verteilerarmatur, eines Schiebers und von Wasseruhren. Aerobe und anaerobe Zonen sind für die Abbauprozesse der Mikroorganismen von großer Bedeutung. Die Beeinflussung dieser sollte über verschiedene Pumpintervalle geprüft werden.


Ergebnisse und Diskussion

An einer der Anlagen in Bonnhagen wurde ein Rücklauf gebaut und die Abhängigkeit der Reinigungsleistung vom rückgeführten Volumenstrom untersucht. Die Messungen des BSB5 zeigten einen durchschnittlichen Abbau der Abwasserinhaltsstoffe von 96%, für den CSB wurde eine 81%ige Abbaurate erreicht. Die Auslaufkonzentrationen beider Parameter unterlagen nur geringen Schwankungen. Diese Ergebnisse stellten eine deutliche Verbesserung gegenüber dem Vorjahresbetrieb ohne Rücklauf dar. Die Nitrifikation konnte durch den Rücklauf ebenfalls erhöht werden. Hier betrug die durchschnittliche NH4-N-Abbaurate 90%.
Die Denitrifikation konnte durch diese Verfahrensvariante nicht verbessert werden. Sie lag mit einer durchschnittlichen Abbaurate von 70 % Nanorg.ges. im vergleichbaren Bereich der Werte aus dem Vorjahr. Die PO4-P-Eliminierung verschlechterte sich im Vergleich zum Vorjahr auf durchschnittlich 71%. Die erhöhten Abbauraten von BSB5 und CSB und die verbesserte Nitrifikation wurden mit Rücklaufzahlen ( Rücklaufvolumenstrom / Zulaufvolu-menstrom) zwischen 1,1 und 1,5 erreicht. Nachdem die Reinigungsleistung der Anlage stabilisiert war, konnte mit Rücklaufzahlen zwischen 0,3 und 1 gearbeitet werden. Die Denitrifikation wurde aufgrund des mangelnden Angebotes an leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen nicht optimiert. Die verschlechterten PO4-P-Reinigungsleistungen wurden vermutlich durch geringe Sauerstoffkonzentrationen im Bodenkörper und damit verbundene Phosphatrücklösungen verursacht.
Der Betrieb der tiefliegenden, unteren Schlauchebene sollte zur verbesserten Denitrifizierung führen. Die Untersuchungen, die an einer anderen Anlagen in Bonnhagen durchgeführt wurden, zeigten, daß sich die BSB5- und CSB-Reinigungsleistungen bei Volumenstromverhältnissen > 1 und aufgestauter Anlage verschlechterten. Die BSB5-Reinigungsleistung sank von durchschnittlich 88% auf 82%. Beim CSB wurde eine mittlere Abbaurate von 84% erreicht, während des Aufstaubetriebes betrug diese nur 76%. Diese Entwicklung läßt sich hauptsächlich auf die verringerten Sauerstoffkonzentrationen im Bodenkörper bei aufgestauter Analge zurückführen. Die Denitrifikation wurde nur bei aufgestauter Anlage durch den Betrieb der unteren Schlauchebene verbessert. Durchschnittlich betrug die Nanorg.ges.-Abbaurate 58%, im Aufstaubetrieb wurden bis zu 79% erreicht. Das Volumenstromverhältnis kann zur Optimierung der Denitrifikation im Bereich zwischen 0,5 und 1 angegeben werden. Die gesteigerte Denitrifikation ist auf das verbesserte Angebot an leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen zurückzuführen. Unterstützend wirkte hierbei der Aufstau der Analge, wodurch vermehrt ano-xische Bodenzonen geschaffen wurden. Die PO4-P-Eliminierung betrug im Mittel 92%. Während des Aufstaubetriebes und mit Volumenstromverhältnissen > 1 verschlechterte sie sich auf 83%. Auch hier waren die verringerten Sauerstoffkonzentrationen im Bodenkörper ausschlaggebend für die verschlechterten Reinigungsleistungen.
Als bestmögliches Substrat bewies sich in Laborversuchen ein Sand/ Weide-Gemisch in einem Mischungsverhältnis von 1:1 und 1:3. Hier konnte nach einer ca. 26 tägigen Adaptionszeit ein nahezu 90 - 100%iger Gesamtstickstoffabbau erreicht werden, d.h. es wurde ein idealer Lebensraum und Bedingungen für die denitrifizierenden Bakterien geschaffen.
Die Qualität der Abwasserreinigung konnte durch die Änderung der Ein-schaltintervalle der Pumpe nicht optimiert werden. Ein Rückgang der aeroben Abbauprozesse war die Folge, weil dem Boden durch die Reduzierung der Einschaltintervalle auch gleichzeitig seltener die Möglichkeit der Rege-neration gegeben wurde. Unter Regeneration versteht man hier die Anreicherung der Bodenporen mit Luft durch Diffusion.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Handwerkskammer Hamburg, ZEWU - Zentrum für Energie-, Wasser- und Umwelttechnik, Buxtehuder Straße 76, 21073 Hamburg, Ansprechpartner: H. Dr. Ankara, Tel. 040/35905-840.
- Firma Joachim Krüger Pflanzenkläranlagen, Schloß Duckwitz,17179 Duckwitz/ M.-V., Tel. 039972 / 51961.


Fazit

Nach den erhaltenen Untersuchungsergebnissen wird durch eine gezielte Beimischung von organischen Substraten der größte Einfluß für die Erhöhung der Denitrifikation und Verbesserung der Reinigungsleistung erreicht.
Abschließend betrachtet kann nach den Ausführungen des ZEWU die Kom-bination von Rücklaufsystem und Einsatz der unteren Schlauchebene zur weiteren Optimierung des Subterra-Klärsystems beitragen. Die durch die Beaufschlagung der unteren Schlauchebene optimierte Denitrifikation geht einher mit einer höheren or-ganischen Belastung im Auslauf; diese könnte durch ein Rücklaufsystem verringert werden.