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23.05.2017 14:31

Klärwerk.info / Fachwissen / Schlammbehandlung / Verfahren zur Optimierung der anaeroben Schlammbehandlung bei Anwendung der biologischen Phosphorelimination

Verfahren zur Optimierung der anaeroben Schlammbehandlung bei Anwendung der biologischen Phosphorelimination

6. Klärschlammtage Fulda

Autor: W. Ewert, Hamburg

1 THEMATISCHE EINFÜHRUNG
Grundsätzlich ist die Idee der erhöhten biologischen Phosphorelimination (EBPE)
verfahrenstechnisch ein elegantes Verfahren, um Phosphor aus dem Abwasserstrom
zu beseitigen. Bei entsprechender Bemessung der Kläranlage und auf dieses
Verfahren angepasster technischer Betriebsführung kann Phosphor durch die
Anreicherung in den Bakterienzellen (luxury uptake) ohne nennenswerten Einsatz von
Fällmitteln ausgeschleust werden.
Die Remobilisierung von Phosphaten unter anaeroben Bedingungen, in der Regel im
Faulturm, stellt häufig bei diesem Verfahren ein zentrales Problem dar und kann das
ansonsten wirtschaftliche Verfahren wieder in einen unwirtschaftlichen Bereich
umkehren lassen, da die freigesetzten Phosphate zum Teil erhebliche nachteilige
Auswirkungen auf die nachfolgende Schlammbehandlung haben. Die negativen
Auswirkungen können im Wesentlichen in drei Punkten zusammengefasst werden:
1. Durch die erhöhte Wasserbindung des Faulschlammes, teilweise bedingt durch
den erhöhten ortho-Phosphatgehalt, kann es zu einer tendenziellen
Verschlechterung der Schlammentwässerung kommen. Dies kann sich sowohl
als Verschlechterung der Austragstrockensubstanzwerte auswirken als auch in
einer Erhöhung der Einsatzmenge an Flockungshilfsmitteln.
2. Die Rücklösung bei der anaeroben Umsetzung kann die ortho-Phosphatwerte
im Schlammwasser auf 100 - 300 mg/l PO4-P ansteigen lassen. Das durch die
Schlammentwässerung abgetrennte Schlammwasser wird mit diesen erhöhten
PO4-P-Werten in die Biologie zurück geleitet, so dass nicht nur die Effektivität in
Bezug auf die P-Elimination sinkt, sondern häufig doch wieder der Einsatz von
Metallfällsalzen notwendig wird.
3. Der erhöhte ortho-Phosphatgehalt kann beim Vorliegen geeigneter pH-Werte
zu einer Problematik durch Kristallisationen als Magnesiumammoniumphosphat
(MAP, Struvit) führen.
Die aufgeführten Effekte können gemeinsam oder auch einzeln auftreten, zu
Betriebsstörungen führen und erhöhte Kosten verursachen, so dass die eigentlichen
Vorteile der vermehrten biologischen Phosphatelimination stark reduziert werden oder
sogar zu einem negativen Ergebnis gegenüber der Metallsalzfällung führen.
Im Folgenden soll ein Verfahren dargestellt werden, das trotz der aufgeführten
möglichen Nachteile zu einem wirtschaftlichen Einsatz der erhöhten biologischen
Phosphatelimination beitragen und die aufgeführten Nachteile vermindern oder
gänzlich beseitigen kann. Darüber hinaus trägt es durch die Teilrückgewinnung von
Phosphor in Form von Magnesium-Ammonium-Phosphat zur nachhaltigen Nutzung der begrenzten Phosphatreserven bei.

2 Generelle Möglichkeiten der Optimierung sowie der
Phosphorrückgewinnung auf Kläranlagen

Bild 1 zeigt die grundsätzlichen Möglichkeiten, Kläranlagen mit vermehrter biologischer
Phosphorelimination zu optimieren sowie Möglichkeiten zur Phosphatrückgewinnung.
Die erste Möglichkeit, Phosphat konzentriert zurückzugewinnen, besteht im
Überschussschlamm, der ca. 90% der Phosphate enthält, die sich in den
Klärschlämmen befinden.
Eine weitere sinnvolle Möglichkeit, Phosphate zu gewinnen, besteht zwischen Faulturm
und Entwässerung. Während der Faulung wird ein Teil der Phosphate rückgelöst, was
häufig zu einer Verschlechterung der Entwässerung führt. Daher erreicht man durch
eine Verminderung des gelösten Phosphats an dieser Stelle neben der
Rückgewinnung vor allem eine Verbesserung der Entwässerung, wodurch diese
Verfahren schon heute wirtschaftlich sehr interessant sind.
Verfahren, die nach der Schlammentwässerung ansetzen, führen zu keinen
Verbesserungen beim Betrieb der Kläranlage und müssen sich allein durch den
Verkauf der phosphathaltigen Produkte rechnen. Grundsätzlich gibt es nach der
Entwässerung die Möglichkeit, Phosphat aus dem Schlammwasser und aus der
Klärschlammasche zurückzugewinnen. Bei der ersten Option reduziert sich die Rückbelastung
durch Phosphor, die zweite Variante setzt eine Monoverbrennung der
Klärschlämme voraus.
Die thermische Desintegration der Klärschlämme vor der Faulung stellt insofern eine
Optimierung der Schlammbehandlung dar, als dass sich zum einen der Ausfaulgrad
erhöht und zum anderen der Entwässerungsgrad, da bei der thermischen Hydrolyse
die extrazellulären polymeren Substanzen zerstört werden, die durch ihre negative
Oberflächenladung und ihr starkes Wasserbindevermögen die Entwässerung
beeinträchtigen.

3 WIRTSCHAFTLICHES POTENZIAL DER OPTIMIERUNGSMAßNAHMEN

3.1 Beeinflussung der P-Bilanz durch die anaerobe Rücklösung von
Phosphor

Wie bereits erwähnt worden ist, stellt die Rücklösung von Phosphor als ortho-Phosphat
bei der anaeroben Umsetzung das eigentliche Kernproblem dar. Der Mechanismus ist
im folgenden Bild 1 schematisch dargestellt.
Die qualitative Auswirkung dieser P-Rücklösung soll anhand des Klärwerks Mönchen-
Gladbach Neuwerk (Niersverband) im Folgenden exemplarisch beziffert werden.
Bei einem Gesamtphosphorzulauf von 28 t/ Monat (100%) und bei Einhaltung des PAblaufwertes
von < 0,5 mg/ l werden ca. 2,5 t P mit dem Ablauf abgegeben, was ca.
9% der Zulaufmenge darstellt. Die Rücklöserate bei der anaeroben Umsetzung im
Faulraum beträgt in diesem Beispiel 5 t/ Monat, was einer Rücklöserate von 18%
entspricht. In anderen Klärwerken wurden Rücklöseraten zwischen 15 und 23%
beobachtet. Die 5 t Phosphor sind in diesem Fall messbar als PO4-Werte im
Schlammwasser von ca. 600-750 mg PO4/ l. Diese Werte werden nach der Schlammentwässerung
durch Zentrifugen im Zentrat gemessen, wobei davon auszugehen ist,
dass bereits ein nicht unerheblicher Anteil zuvor im Faulraum als MAP ausgefallen ist.

Den ganzen Artikel finden Sie unter:
http://www.pcs-consult.de/Optimierung_anaerober_Schlammbehandlung.pdf