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Geld und Energie sparen in der Abwasserreinigung
Die Kläranlagen haben in der Schweiz einen sehr guten Standard. Nach wie vor ist aber die Entfernung der Nährstoffe aus dem Abwasser ein energie- und kostenintensives Unterfangen. Nun hat das Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag ein biologisches Verfahren weiterentwickelt, welches die Stickstoffelimination aus dem Klärschlammwasser deutlich vereinfacht und in diesem Teilbereich des Reinigungsprozesses die Kosten halbiert.
Bereits haben mehrere Abwasserreinigungsanlagen (ARA) den neuen Prozess
eingeführt, so die Stadtzürcher Anlage Werdhölzli oder die ARA in
Niederglatt (ZH) und St.Gallen. Andere Anlagen (Thun, Bilten/GL,
Dietikon) setzen auf ein sehr ähnliches Verfahren, das vom deutschen
Unternehmen Cyklar-Stulz propagiert wird. Die Erfahrungen der Betreiber
sind positiv. Nicht zuletzt dank der Unterstützung und Beratung durch
die Eawag gilt die Schweiz als führend in diesem Bereich.
Anammox-Bakterien und Flockenbildung als Schlüssel
Der Schlüssel zum neuen Verfahren liegt in einem erst vor rund zehn
Jahren von der Eawag und von holländischen Wissenschaftern entdeckten
bakteriellen Prozess: die anaerobe Ammoniumoxidation, abgekürzt als
Anammox bezeichnet. Anammox-Bakterien können Ammonium (NH4+) ohne
Kohlenstoff in unschädlichen Luftstickstoff umbauen. Damit der Prozess
läuft, muss zuerst ein Teil des Ammoniums mit Sauerstoff zu Nitrit
umgewandelt werden. Mit dem Nitrit oxidieren dann die Bakterien das
restliche Ammonium zum molekularen Stickstoff. Bisher wurde versucht,
diese zwei Stufen des Prozesses getrennt ablaufen zu lassen. Zweistufige
Anlagen benötigen aber mehr Platz, und ihre Regulierung ist sehr
komplex. Der Durchbruch kam mit der Erkenntnis, dass sich der
Umwandlungsprozess auch in einer Stufe realisieren lässt, dann nämlich,
wenn dank Flockenbildung im Anammox-Becken sehr kleinräumig sowohl
belüftete als auch sauerstofffreie Zonen vorhanden sind: Aussen an den
kaum einen Millimeter grossen Klärschlammflocken aus Bakterienkolonien
findet die aerobe Ammoniumoxidation statt, im sauerstofffreien Innern
der Flocken die anaerobe Anammox-Reaktion.
Zahlreiche Vorteile gegenüber konventionellem Verfahren
Die Vorteile der Schlammwasserentstickung mit Anammox-Bakterien
gegenüber der klassischen Nitrifikation/Denitrifikation sind riesig: Vor
allem muss das Becken nur noch knapp halb so viel belüftet werden, und
es muss keine Kohlenstoffquelle (z.B. Methanol oder Acetat) mehr
zugegeben werden. Das spart Energie und Betriebsaufwand, die Kosten
sinken auf die Hälfte - rund 2 statt 4 Franken pro Kilogramm entferntem
Stickstoff. Im Fall der Zürcher Anlage Werdhölzli macht das jährlich
rund eine halbe Million Franken aus. Ausserdem ist der Prozess sehr
effizient: Die Umwandlung des Ammoniums im Prozesswasser zu
Luftstickstoff zu über 90% entlastet die Kläranlage. So können der
Vergärung mehr organische Stoffe beigemischt werden (z.B. Abfälle aus
der Lebensmittelproduktion); die Kläranlage produziert dann mehr Biogas.
Ein Fernziel aller Abwasserfachleute, dass nämlich die ARA vom
Energieverbraucher zum Kraftwerk wird oder wenigstens ohne Energiezufuhr
funktioniert, rückt damit ein Stück näher.
Wissens- und Technologietransfer funktioniert gut
Der Verfahrenstechniker Adriano Joss von der Eawag betont: «Wir sind
nicht die einzigen, die am Anammox-Verfahren gearbeitet haben.» Doch im
Unterschied zu Firmen, welche versuchen den auch in der Natur
ablaufenden Prozess für sich patentieren zu lassen, ist das
Forschungsinstitut des ETH-Bereichs bemüht, sein Wissen und seine
Erfahrung weiterzugeben. Denn die beteiligten Entwickler und
Forscherinnen sind sich einig: Der Anammox-Prozess muss sich
durchsetzen. Die Abwasserreinigung wird damit nachhaltiger.
«Allerdings», so Joss, «alles wissen wir immer noch nicht über die
exakten Abläufe.» Durch die offene Forschung und den breiten
Erfahrungsaustausch liessen sich jedoch gute Lösungen schneller erkennen
als über Betriebsgeheimnisse und Patente, sagt der Wissenschafter und
ist überzeugt: «Gut funktionierende Anlagen und das Vertrauen in das
neue Verfahren fördern letztlich auch den beteiligten privaten Sektor.»
