B.Eng. Stefan Schramm
Datum des Kolloquiums: 21.Oktober 2011
In Kooperation mit: Lippeverband, Dortmund
Die Kläranlage Kamen-Körnebach ist eine im Jahre 1999 und im Rahmen des Sesekeprogramms vom LIPPEVERBAND neu errichtete Anlage. Sie ist mit einer Kapazität von 160.000 Einwohnerwerten (EW) ausgelegt worden und umfasst als Einzugsgebiete die Stadt Kamen sowie zu Unna und Dortmund gehörende Bezirke. Die anfallenden Abwässer stammen dabei zu 80 % aus Haushalten, die restlichen prozentualen Anteile sind gewerblichen Institutionen zuzuordnen. Bei Trockenwetter kann die Anlage Zuflusswassermengen von etwa 760 Liter pro Sekunde (l/s), bei Regenwetter mehr als das Doppelte der Abwasserströme aufnehmen.
Jenes auf der Kläranlage Kamen-Körnebach und innerhalb der Schlammwasserbehandlung anfallende Schlammwasser erzeugt im Zulauf der Belebung erhöhte Stickstofffrachten (N), die sogenannten internen Rückbelastungen. Das von den Kläranlagen Lünen-Sesekemündung und Dortmund-Scharnhorst dem Standort Kamen zusätzlich zugepumpte anaerob stabilisierte Faulschlammgut zeichnet sich ebenfalls durch hohe N-Konzentrationen aus, die im Maximum Größenordnungen von bis zu 2.500 Milligramm pro Liter (mg/l) aufweisen, sodass sich mit der Rückbelastung ein reduziertes Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis (C-N) einstellt.
Damit eine Reduzierung der N-relevanten Frachten und eine für den Standort ordnungsgemäße Bewirtschaftung der Schlammwässer verfahrenstechnisch umgesetzt werden konnte, plante der LIPPEVERBAND im Jahr 2006 den Bau einer Trübwasserbehandlungsanlage, die auf dem Betriebsgelände der Kläranlage Kamen-Körnebach errichtet und im Mai 2010 erstmals betrieben wurde. Zu den baulichen Komponenten zählen unter anderem ein zusätzlicher Trübwasserzwischenspeicher, der als Vorlagebehälter zum Auffangen von Spitzenvolumenströmen dient, 2 stoßweise beschickte Reaktoren (SBR) mit einem Auslegungsvolumen von jeweils 800 Kubikmeter (m³), in denen das aus der Schlammentwässerung vom Schlammgut abgeschiedene Filtrat zyklusgesteuert behandelt wird, und ein Vorlageschacht, desweiteren grenzt ein Ablaufpumpwerk direkt an die Bauwerke an. Um in beiden SBR ein für die Bakterienstämme ausreichendes C-N-Verhältnis während der biologischen Umsetzungen zur N-Elimination einhalten zu können, wurde ein Speichertank für eine externe C-Dosierung errichtet, der eine 70-prozentige Glycerinlösung enthält.
Das Hauptziel der Arbeit bestand darin, auch unter Zuhilfenahme der verfügbaren Monatsberichte zu untersuchen, ob seit der erstmaligen Inbetriebnahme der Trübwasserbehandlungsanlage und im Zuge zweier Versuchsreihen eine Umstellung der SBR von der konventionellen Nitrifikation/Denitrifikation auf die Verfahrensstufen der Nitritation/Denitritation oder der Deammonifikation stattgefunden hat.
Die modifizierten Prozesse gelten in der Abwasserreinigung als zukunftsorientierte Verfahren, da sie in erster Linie für eine Betriebskostenreduzierung in Form von eingesparten Sauerstoffeinträgen (O2) und der nahezu vollständigen Einstellung der externen C-Dosierungen im Zuge der biologischen Schlammbehandlung sorgen.
Im Rahmen der Bachelorarbeit sollte die zyklische Untersuchung der N-relevanten Kenngrößen des nach dem Prozess der Schlammbehandlung in den SBR vorliegenden Filtrats mit Aufnahme der für den Zyklus notwendigen Glycerin Dosierung in jeweils 2 Versuchsreihen erfolgen. Für die Bewertung aller N-Parameter sollte dabei während eines Zyklus am SBR sowohl zu jeder Phase als auch im halbstündigen Wechsel im Zuge der alternierenden Rühr- und Belüftungsphasen je eine Filtratprobe entnommen, diese anschließend mit Küvettentests nach Dr. Lange (Ammoniumstickstoff (NH4-N), Nitratstick-stoff(NO3-N), Nitritstickstoff (NO2-N), Gesamtstickstoff (Ngesamt) und Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)) analysiert und zum Ende der Versuchsreihe photometrisch ausgewertet werden.
Die Resultate der ersten Versuchsreihe, wiesen auf eine zu diesem Zeitpunkt durchgeführte Umstellungsphase des SBR 1 auf den Nitritations- und Denitritationsprozess hin. Dies wiederum belegten einerseits die niedrigen NO3-N-Konzentrationen nach Ablauf der Reaktionsphase im Bauwerk, andererseits wurden im Gegensatz zu SBR 2 keine externen C-Einträge durchgeführt.
Die Ergebnisse der zusätzlich im Labor durchgeführten Trockensubstanz-Bestimmungen (TS) zur Ermittlung des Schlammalters (tTS) ließen während der zweiten Messreihe sogar auf eine Deammonifikation schließen. Es fanden erneut keine C-Zugaben zur Aufrechterhaltung der biologischen Prozessbedingungen statt, zudem wurden erhöhte NO3-N-Umsatzleistungen festgestellt. Die TS-Gehalte konnten als realistisch eingeordnet werden, die Größenordnungen der tTS hingegen nicht, da nicht genau bekannt war, ob gegenwärtige Überschussschlammabzüge aus den Reaktoren, unter anderem zum Ausgleich der Feststoffgehalte dienend, vorgenommen wurden.