Projekt 09121/01

Untersuchungen zum Betriebsverhalten von großtechnischen Biofilteranlagen in der kommunalen Klärtechnik

Projektdurchführung

Technische Universität BerlinInstitut für BauingenieurwesenFG SiedlungswasserwirtschaftSekr. TIB 1 - B 16
Gustav-Meyer-Allee 25
13355 Berlin

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Biofiltrationstechnik ist in der kommunalen Klärtechnik eine relativ neue Verfahrensentwicklung, die als besonders umweltentlastend und ökonomisch gilt. Besonders in Frankreich sind mit den Systemen ‚Biostyr, ‚Biocarbone und ‚Biofor in den letzten 10 Jahren Biofiltrationstechniken zum großtechnischen Einsatz gekommen. Während in Deutschland Biofilter bisher im wesentlichen zur Restreinigung eingesetzt wurden, werden mit den Neuanlagen in den Städten Ahlen und Herford Biofiltrationsanlagen in Betrieb genommen, die als biologische Hauptstufe ausgebaut sind. Bezüglich des dynamischen Verhaltens der Biofilter bei Stoßbelastungen besteht jedoch noch erheblicher Untersuchungsbedarf.

Im Projekt sollten Erfahrungen mit den vorhandenen Anlagen im Hinblick auf die Bemessung der Anlagen, Stabilität der Ablaufwerte bzw. erzielbare Ablaufwerte und die Kostensituation zusammengetragen und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Um die Aussagen zur Prozeßdynamik zu erhalten, wurden Untersuchungen durchgeführt, wie sie in der Rahmen-Abwasser- Verwaltungsvorschrift zu § 7a WHG entsprechend der 2-Stunden-Mischproben gefordert werden. Im europäischen Ausland liegen Erfahrungen nur auf der Grundlage von 24-Stunden-Mischproben vor.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen beinhalten Messungen an zwei repräsentativen großtechnischen Biofilteranlagen im kommunalen Bereich. Es handelt sich hierbei um zwei Biofilteranlagen des Systems Biostyr in Nyborg (Dänemark) und des Systems Biofor in Poole (Großbritanien). Beide Biofilteranlagen werden ohne vorgeschaltete biologische Stufe eingesetzt und sind auf Stickstoffeliminierung ausgelegt. Außerdem handelt es sich in beiden Fällen um Anlagen mit Mischwasserzulauf.
Die Messungen umfassen die Beprobung des Zu- und Ablaufs der Biofilteranlage in Form von 2h Mischproben an je 10-12 Meßtagen. Als Abwasserparameter werden die TKN, NH4-N, NO3-N, PGes, CSB, BSB5, TS- Konzentrationen analysiert. Stichprobenartig wird die Nitritkonzentration und die Säurekapazität kontrolliert.
Außerdem werden Untersuchungen über die Schlammwasserzusammensetzung vorgenommen.
Parallel zu den Messungen werden die maßgeblichen Betriebsdaten der Anlagen, wie Abwassermenge, Temperatur, Stromverbrauch, Rückspülhäufigkeit sowie Wasserverbrauch, Schlammanfall, Methanolverbrauch etc. protokolliert.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ganglinienuntersuchungen im Zu- und Ablauf von Biofiltrationsanlagen in Form von 2 h Mischproben und alle weiteren angekündigten Untersuchungen wurden an den oben genannten Anlagen durchgeführt. Vor allem die Messungen auf der Biostyranlage in Nyborg gaben Hinweise auf das dynamische Verhalten von Biofiltrationsanlagen bei Stoßbelastungen. Diese Biofiltrationsanlage wies ausgeprägte Zulauf-schwankungen auf. Da sie während der Belastungsspitzen zeitweise überlastet war, schlugen die Kon-zentrationsspitzen nahezu ungepuffert in den Ablauf durch. Die Leistungsgrenze der Nitrifikation lag in der Biostyranlage Nyborg bei ca. 0,7 kgN/(m3 d). Es existierten umfassende Betriebsdaten, deren Auswertung einen guten Überblick über die Jahresumsatzleistung der Anlage sowie über die Betriebsgrößen, wie z.B. Energieverbrauch und Chemikalienverbrauch, gaben. Der Energieverbrauch lag mit 0,5 kWh/m3 weit über den Verbrauchswerten von Belebungsanlagen. Bei dem Chemikalienverbrauch fiel die hohe Methanoldosierung auf, die trotz vorgeschalteter Denitrifikation erforderlich war. Es ergaben sich Hinweise auf ei-nen nicht optimierten Betrieb der Biostyranlage und es zeigten sich die nachteiligen Auswirkungen auf die Leistung und Betriebskosten der Anlage.

Die Bioforanlage Poole war während der gesamten Meßperiode unterbelastet. Die Ablaufschwankungen waren daher nicht so ausgeprägt wie in Nyborg. Betriebsdaten existierten nur wenige, da die Anlage noch nicht sehr lange betrieben wurde. Dennoch ergaben sich auch hier Informationen über die Betriebsgrößen. Der Energieverbrauch und Chemikalienverbrauch wurde protokolliert und ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigten die Angaben der Biostyranlage Nyborg.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Veröffentlichungen der Ergebnisse:
1. Sieker C., Hegemann W. (1996). Untersuchungen zum Betriebs- und Leistungsverhalten großtechnischer Biofiltrationsanlagen. ATV-Bundestagung, 14.-16. Oktober 1997. Schriftenreihe der ATV, 04.
2. Karschunke K., Sieker C. (1997). Grenzen der Denitrifikation in der Biofiltrationstechnik am Beispiel der Kläranlage Nyborg. Gwf Wasser-Abwasser, 7, 337-376.
3. Sieker C., Hegemann W. (1997). Praktische Erfahrungen beim Betrieb von Biofiltrationsanlagen. 26. Abwassertechnisches Seminar: Biofilmtechnologie zur Reinigung kommunaler Abwässer: Mode oder Moderne? Berichte aus Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Technischen Universität München.


Fazit

Biofilter werden auch in Deutschland verstärkt angeboten. In der Stadt Herford wurde für 250.000 Einwohnerwerte eine Festbettfilteranlage von der französischen Firma OTV, Paris, sowie eine weitere Biofilteranlage von der Firma Philipp Müller, Stuttgart, in der Stadt Ahlen in Nordrhein-Westfalen gebaut.

Die ATV stellte zu diesen Biofiltertechnologien fest, daß die Kenntnisse insbesondere hinsichtlich der Leistung, der Betriebsbedingungen und teilweise auch die Betriebskosten von ausländischen Anlagen nur bedingt übertragbar waren, insbesondere im Hinblick auf die in Deutschland vorgeschriebene kurzzeitige Probenahme des Ablaufs. Durch die Projektergebnisse werden nun Planer, Anbieter, Betreiber und Prüfer in Deutschland in die Lage versetzt, diese Anlagen besser zu beurteilen. Für die Anbieter ist es wichtig, eine Überprüfung der Bemessung für die deutschen Anforderungen an die Probenahme zu erhalten bzw. der Bemessung der Anlagen anzupassen. Insofern war es von gemeinnützigem Interesse, daß erstmals Ergebnisse offengelegt wurden, damit unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen die zu erwartende Leistung einer Biofiltrationsanlage abgeschätzt werden kann.
Die Untersuchungen mußten objektiv sein und von einem von Firmeninteressen unabhängigen Institut durchgeführt werden. Diese Voraussetzung wurde durch das Institut für Technischen Umweltschutz gewährleistet. Die Ergebnisse wurden so dargestellt, daß sie nicht auf das System eines Anbieters beschränkt sind, sondern sich auf andere, ähnliche Systeme von Anlagenbauunternehmen übertragen lassen. Insgesamt wurden die Projektziele erreicht.

Die nachgewiesene Empfindlichkeit der Biofiltrationsanlagen gegenüber Stoßbelastungen sollte durch ei-nen optimierten Betrieb mit geeigneten, regelungstechnischen Maßnahmen minimiert werden. Diese Maßnahmen beinhalten z.B. eine effektive Filterspülung sowie eine abgestimmte Prozeßluftzufuhr und Methanoldosierung.