Pilotprojekt
Belebung - SBR-DEMON®-Anlage
Verfahrensbeschreibung
Die Einhaltung der verschärften Ablauf-Grenzwerte im April 2007 führte auf Kläranlage Balingen zu weitergehenden Maßnahmen im Bereich der Stickstoff-Elimination. Hierfür ist die separate Behandlung der Trübwässer notwendig. Es wurde eines der bestehenden Teilbecken zur Trübwasserbehandlung in eine SBR-Anlage (Sequencing Batch Reactor = Aufstaubecken) umgerüstet. Bei der SBR-Anlage finden die Reinigungsprozesse sowie die Abtrennung des gereinigten Abwassers vom Belebtschlamm nacheinander im selben Becken statt. Für den Abbau der Stickstoffverbindungen im Trübwasser kommt anstatt der üblichen Nitrifikation und Denitrifikation das Verfahren der einstufigen Deammonifikation „Demon®“ zum Einsatz. Beim Demon®-Verfahren wird Ammonium nur zu 50 % zu Nitrit oxidiert und anschließend wird das Nitrit mit dem restlichen Ammonium zu N2 reduziert ). Durch die radikale Verkürzung des Reaktionsweges wird der Bedarf an Sauerstoff und somit Energie deutlich reduziert. Da der Verfahrensschritt der Denitrifikation umgangen wird, entfällt beim Demon®-Verfahren die Zudosierung einer Kohlenstoffquelle und zudem wird eine günstige Energiebilanz erzielt. Technisch wird das Verfahren in einer SBR-Anlage "Sequencing Batch Reactor" vollzogen. Dementsprechend finden die Reinigungsprozesse sowie die Abtrennung des gereinigten Abwassers vom Belebtschlamm nacheinander im selben Becken statt. Das benötigte Reaktorvolumen von ~ 710 m³ konnte aus dem Bestand bereitgestellt werden und bietet für die betrieblichen Vorgänge die räumliche Nähe zur biologischen Stufe.
Vorteile des Verfahrens
- SBR-Anlage: technisch robustes und flexibles Verfahren
- Eliminationsleistung NH4-N > 95% trotz geringem C/N-Verhältnis
- Deutliche Reduzierung der mittleren Ablaufkonzentration für Gesamtstickstoff (bis zu 40%)
- Sicherheit bei der Einhaltung der Mindestanforderung Nges,anorg = 13 mg/L
- Verkürzte Reaktion bringt Kostenvorteile mit sich (keine externe Kohlenstoffquelle, Einsparung von 60 % des Sauerstoffbedarfs, geringe Überschussschlammbildung
- Günstige CO2-Bilanz
- Ausgleich höherer Investitionskosten innerhalb von 3-4 Jahren durch Betriebskosteneinsparung
Steuerung und Regelung
Die Einhaltung der verschärften Ablauf-Grenzwerte im April 2007 führte auf Kläranlage Balingen zu weitergehenden Maßnahmen im Bereich der Stickstoff-Elimination. Hierfür ist die separate Behandlung der Trübwässer notwendig. Es wurde eines der bestehenden Teilbecken zur Trübwasserbehandlung in eine SBR-Anlage (Sequencing Batch Reactor = Aufstaubecken) umgerüstet. Bei der SBR-Anlage finden die Reinigungsprozesse sowie die Abtrennung des gereinigten Abwassers vom Belebtschlamm nacheinander im selben Becken statt. Für den Abbau der Stickstoffverbindungen im Trübwasser kommt anstatt der üblichen Nitrifikation und Denitrifikation das Verfahren der einstufigen Deammonifikation "Demon®" zum Einsatz. Beim Demon®-Verfahren wird Ammonium nur zu 50 % zu Nitrit oxidiert und anschließend wird das Nitrit mit dem restlichen Ammonium zu N2 reduziert ). Durch die radikale Verkürzung des Reaktionsweges wird der Bedarf an Sauerstoff und somit Energie deutlich reduziert. Da der Verfahrensschritt der Denitrifikation umgangen wird, entfällt beim Demon®-Verfahren die Zudosierung einer Kohlenstoffquelle und zudem wird eine günstige Energiebilanz erzielt.
Verfahrensschema
Demon®-Schlamm
Das Verfahren basiert darauf, dass nur ein Teil des Ammoniums zum Nitrit oxidiert und anschließend mit dem restlichen Ammonium direkt zu Stickstoff umgesetzt wird. Nitrit muss jedoch aufgrund seiner Toxizität kontrolliert werden und ist online nicht messbar. Der Demon®-Regler nutzt zunächst die einfach und stabil zu messenden Parameter pH, Redox, Leitfähigkeit und Sauerstoff und generiert aus dem Verlauf dieser Werte den prozessoptimalen Beginn und die Dauer der Prozesse.
Abwasserrelevante Daten
| Qd, 85% | 250 m3/d | |
| Qd, mittel | 130 m3/d | |
| CSB | ≤ 150 kg/d | |
| TKN | ≤ 120 kg/d | |
| NH4-N | ≤ 105 kg/d | |
| Pges | ≤ 4 kg/d | |
| TS0 | ≤ 210 kg/d | |
| VSBR | ~ 710 m3 | |
| Nitritation | pH-Bandbreite, Niveau | |
| Deammonifikation | Sauerstoff | NH3 - Hemmung |
| CO2-Stripping | TS, Schlammalter | Nitrit-Toxizität |
| Zugabe Alkalinität | Redox-Leitfähigkeit | CO2-Limitierung |
| Zugabe NH4 | Temperatur | |
| Belüftung |   |
Zyklen des Verfahrens
In der SBR-Demon®-Anlage laufen die einzelnen Verfahrensschritte in einer zeitlichen Folge nacheinander ab. Der Gesamtzyklus dauert üblicherweise 8 oder 12 Stunden und teilt sich auf in die folgenden Schritten:
- Die biologisch aktive Zeit (Oxidation, anaerobe Ammoniumoxidation)
- Der Überschussschlamm-Abzug
- Das Sedimentieren
- Das Dekantieren (Abzug des behandelten Abwassers)
Die biologisch aktive Zeit teilt sich in Teilzyklen. Ein Teilzyklus setzt sich zusammen aus der belüfteten Phase, in der überwiegend Ammonium zu Nitrit oxidiert wird und der unbelüfteten Phase, in der die anaerobe Ammoniumoxidation stattfindet. Die Dauer der einzelnen Schritte wird bestimmt durch die biologische Aktivität und die aktuelle Belastung. Der Demon®-Regler erkennt aus dem Kurvenverlauf die prozessoptimale Beendigung der Belüftungs- und der Rührphase. Die Beschickung mit Wasser erfolgt zu Beginn eines jeden Teilzyklus sowie zu Beginn der Rührphase. Überschussschlammabzug wird am Ende jeder biologisch aktiven Phase durchgeführt. Das Sedimentieren erfolgt nach einer fest eingestellten Zeit, die in Abhängigkeit der Schlammabsetzeigenschaften gewählt wird. Für das Dekantieren wird ein Zeitfenster vorgesehen, innerhalb dessen der Wasserspiegel im SBR auf das Mindestniveau gesenkt wird. Ein Steuerungsbeispiel ist unten ersichtlich.