Untersuchung zur Optimierung der anaeroben Schlammstabilisierungsanlage auf dem dem Klärwerk Köhlbrandthöft

Klärwerke, wie das der Hamburger Stadtentwässerung, sind für Ihren sehr hohen Stromverbrauch bekannt. Optimierungsmöglichkeiten gibt es daher viele. Einerseits durch den Einbau energieeffizienterer Aggregate, andererseits durch die verbesserte Produktion oder Verwertung von energetisch nutzbarem Faulgas/Biogas. In dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt den biochemischen Faulprozess durch Verminderung der Kurzschlussströmungen zu intensivieren. Dies soll durch den Umbau der bestehenden parallelen, einstufigen Faulung der Hauptfauler zu einer in Reihe betriebenen mehrstuigen Faulung geschehen. Bevor jedoch diese Umstellungen vollzogen werden können müssen Untersuchungen stattfinden. Die Untersuchungsergebnisse sollen ein ähnlich hohes Niveau an Prozessstabilität charakterisieren, wie es bei dem momentanen Betrieb der Fall ist. Die erste Untersuchung, ein Belastungstest an der anaeroben Schlammstabilisierungsanlage auf dem Klärwerk Köhlbrandthöft, bestehend aus der Minimierung der hydraulischen Verweilzeit, sollte in erster Linie Erkenntnisse über die Realisierbarkeit einer Reihenschaltung der Faulbehälter liefern. Diese Untersuchung sollte zeigen, ob mit den vorhandenen Gegebenheiten ein stabiler Faulprozess der ersten, hochbelasteten Stufe (halbierte Aufenthaltszeit) einer mehrstufigen Faulung, stattfinden könnte. Bei einer weiterhin beabsichtigten konstanten Gesamtverweilzeit der Hauptfauler von ca. 16 d, müsste die hydraulisch stark belastete erste Stufe im Serienbetrieb bei einer hydraulischen Aufenthaltszeit von ca. 8 d betrieben werden. Der Belastungstest, unterteilt in drei Phasen, hat eindeutig gezeigt, dass ein stabiler biologischer Abbauprozess bis zu einer hydraulischen Verweilzeit von 7,5 d möglich ist. Betriebsprobleme, welche zum Abbruch der Untersuchung führten, lassen sich auf hydraulische und physikalische Phänomene zurückführen. Diese zeigen aber auch, dass Verweilzeiten von ca. 6 Tagen bei den vorherrschenden Gegebenheiten nicht möglich sind. Desweiteren hat die Untersuchung gezeigt, dass bei langsamer Steigerung der Beschickungsmenge, die Biozönose durchaus fähig ist sich den neuen Bedingungen ausgesprochen gut anzupassen. Daher sind höhere hydraulische und organische Belastungen möglich. Da es während der Versuchsphasen nicht zum Übergang in die saure Schlammfaulung kam, lässt sich nur vermuten, ob anhand der festgelegten, relevanten Prozessparameter und deren Grenzwerte ein solcher Vorgang frühzeitig erkannt werden kann. Zur Prozessüberprüfung sollte weiterhin das Zusammenwirken aller Parameter dienen und nicht ein einzelner als Überwachungswert gelten. Dazu zählen vor allem die Konzentration an flüchtigen organischen Säuren, die Pufferkapazität (Alkalität), der Glühverlust, die Gasmenge und Gasqualität. Bisher werden die Hauptfauler, wie erwähnt, einstufig betrieben. Vorteile der Reaktionskinetik und der Verweilzeitverteilung in seriell verschalteten Reaktoren (mehrstufig) sollen in Zukunft auch auf dem Klärwerk Köhlbrandthöft genutzt werden. Ein verbesserter Abbauprozess kennzeichnet sich nicht nur durch eine erhöhte spezifische Gasproduktion, sondern in erster Linie durch den vermehrten Abbau der organischen Stoffe. Daher liegen die wirtschaftlichen Vorteile nicht nur bei Verwertung des energetisch nutzbaren Biogases, sondern ebenso in der Folgebehandlung des Faulschlammes. Aufgrund der verminderten organischen Stoffe sinkt z.B. der Flockungshilfsmittel-Verbrauch in der Schlammentwässerung. Zudem wirkt sich ein geringer Anteil an organischen Stoffen positiv auf die Prozessführung der Klärschlammverbrennung aus. Auf Grundlage der in der Arbeit vorgestellten Untersuchungsergebnisse ist für den Frühjahr 2014 erneut ein großtechnischer Versuch vorgesehen. Als zweites Teilprojekt des Optimierungsvorhabens soll schließlich eine HauptfaulerGruppe für das zweistufige Verfahren umgerüstet und über einen langen Zeitraum betrieben werden. Erneut soll dabei festgestellt werden, ob ein ähnlich stabiler Faulprozess, wie bisher, gewährleistet werden kann. Um darüber repräsentative Aussagen treffen zu können ist ein Zeitraum von einem Jahr für die Untersuchung zu wählen. Auch nicht vorhersehbare und problematische Betriebszustände können so mit in die Untersuchung eingehen. Die Versuchsplanung und vorherige Überlegungen sind in der Arbeit angegeben.