Entwicklung und Integration innovativer Kläranlagentechnologie hin zur energieautarken Kläranlage

Die Feinstsiebung stellt im Zusammenhang mit einer Verfahrensumstellung von aerober Schlammstabilisierung hin zu einer anaeroben Schlammstabilisierung eine hoch interessante Alternative zur Entfrachtung der Biologie dar. So erreicht die Feinstsiebung im Vergleich zu einem traditionellen Vorklärbecken bessere Reduktionsraten bei gleichzeitig deutlich geringeren Investitionskosten und einem Bruchteil des Platzbedarfs.

Durch die Umstellung von aerob auf anaerobe Schlammstabilisierung reduzieren sich die Belüftungskosten um min. 20-25%. Diese Reduzierung wird erreicht durch die Entnahme von Kohlenstoff vor dem biologischen Behandlungsschritt auf einer Kläranlage z.B. durch den Bau eines Vorklärbeckens oder durch die Installation einer HUBER Feinstsiebtechnologie. Bedingt durch die stetig steigenden Energiekosten ist eine Umrüstung von Kläranlagen von aerob auf anaerobe Schlammstabilisierung oftmals aufgrund wirtschaftlicher Überlegungen sinnvoll.

Im Rahmen des Forschungsprojektes E-Klär (BMBF FKZ 02WER1319F) wird u.a. die „Steigerung der Gasausbeute durch Feststoffeintrag“ untersucht. In Zusammenarbeit mit der Forschungseinrichtung ISA (RWTH Aachen) und dem Wasserverband des Ruhrverbandes werden Verfahren zur Entfrachtung von Abwasserströmen großtechnisch geprüft und wissenschaftlich aufbereitet. Die dazu notwendige Maschinentechnik wird durch HUBER bereitgestellt.

Zentrales Element für das Forschungsvorhaben ist der Kläranlagenpark des Ruhrverbands mit derzeit insgesamt 68 kommunal geprägten Kläranlagen in einem breiten Größen- und Verfahrensspektrum. Dabei sind auf einer Vielzahl größerer und mittlerer Kläranlagen Blockheizkraftwerke zur energetischen Nutzung des bei der anaeroben Schlammstabilisierung anfallenden Faulgases eingesetzt, bei denen elektrische und thermische Energie überwiegend zur Eigennutzung erzeugt wird. Das Projekt mit einer Laufzeit von drei Jahren begann Anfang 2015. Im nachfolgenden werden die zusammengefassten Ergebnisse aus den Versuchen dargelegt.

Ergebnisse zur Kohlenstoffausschleusung mit HUBER Trommelsieb LIQUID

Im weiteren Verlauf werden die Ergebnisse von Versuchen auf zwei Kläranlagen dargestellt. Die Ausbaustufen der Kläranlagen betrugen 17.000 EW bzw. 28.500 EW. Auf den beiden Kläranlagen wurde das HUBER Trommelsieb LIQUID für ca. 5 Wochen mit unterschiedlichen Durchsatzleistungen betrieben. Die Durchsatzleistungen betrugen bis zu 35 l/s. Alle Anlagen verfügten über einen vorgeschalteten 6 mm Rechen und einen üblichen Sandfang. Das Abwasser wurde nach dem Sandfang entnommen und zum HUBER Trommelsieb LIQUID gepumpt. In Abbildung 6 ist das HUBER Trommelsieb LIQUID als Kompaktbauweise mit nachgeschalter optionaler mechanischer Eindickung mittels HUBER Waschpresse WAP® liquid in einem Container dargestellt.

Bei den Probenahmen handelt es sich bei der Bezeichnung „2-h“ um 2 h Stichproben (Mischprobe) während des Tages und bei der Bezeichnung „10-h“ um 10 h Mischprobe während den Nachtzeiten. Zusätzlich wurden zeitproportionale 24 h Tagesmischproben gezogen und ausgewertet.

In den nebenstehenden Abbildungen ist ersichtlich, dass auf beiden Kläranlagen durch den Einsatz des HUBER Trommelsiebes LIQUID durchschnittliche Gesamt-CSB Reduktionsleistungen zwischen 51-57% und AFS-Reduktionsleistungen zwischen 71-72% erzielt werden konnten. Die Werte wurden erzielt ohne die Zugabe von Polymer. Bei konventionellen Vorklärbecken liegt die Abscheideleistung bei Aufenthaltszeiten von 0,5 bis 1 h nach ATV A 131 bei 25 % CSB-Reduktion und 50% AFS Reduktion.

Die Kläranlage 1 mit 28.500 EW hatte einen Fremdwasseranteil von ca. 75%. Durch diese Hintergrundinformation sind die deutlich geringeren Abwasserzulaufkonzentrationen für AFS und CSB erklärbar. Bei 90 % aller Messungen konnte trotz des hohen Fremdwasseranteils eine CSB-Eliminationsrate von mehr als 50% ermittelt werden. Auch die niedrigen AFS Konzentrationen konnten durchschnittlich um 72% reduziert werden.

Die Kläranlage 2 mit 17.000 EW weist im Vergleich zu Kläranlage 1 hohe Zulaufkonzentrationen von > 600 mg/l CSB auf. Die erzielte Reduktionsleistungen lagen hier bei durchschnittlich 71% für AFS und 51% für CSB.

Diese hervorragenden Ergebnisse resultieren aus dem Funktionsprinzip des HUBER Trommelsiebes LIQUID. Das Trommelsieb ist mit einem feinen Maschengewebe aus Edelstahl zwischen 0,1-0,3 mm ausgestattet. Mit diesen feinen Öffnungsweiten können auch feinere Partikel abgeschieden werden, welche nicht in der Lage sind, in einer Vorklärung zu sedimentieren. Das HUBER Trommelsieb LIQUID erreicht allein durch die Siebung vergleichbare Resultate wie ein konventionelles Vorklärbecken. Durch den zusätzlichen Effekt der Tiefenfiltration ist die Feinstsiebung jedoch in der Lage, wesentlich mehr CSB und AFS aus dem Abwasser zu entnehmen als ein konventionelles Vorklärbecken. Die Tiefenfiltration ergibt sich durch den Filterteppich, der sich im Inneren der Trommel aufgrund der abgeschiedenen Feststoffe bildet.

Im Gegensatz zu einem Vorklärbecken, kann beim Trommelsieb durch eine Änderung der Öffnungsweite des Maschengewebes die erreichbare Abscheideleistungen für AFS und CSB gezielt verändert werden.

Abhängig von der Länge des HUBER Trommelsiebes LIQUID können Durchflüsse bis zu 200 l/s pro Maschine realisiert werden. So lassen sich platzsparenden Lösungen realisieren, um überlastete Kläranlagen zu entlasten oder die Kapazität von Kläranlagen zu erhöhen. Auch bei notwendigen Sanierungen von maroden Belebungsbecken kann ein derartiges System genutzt werden. So kann eines von mehreren Belebungsbecken außer Betrieb genommen und saniert werden ohne dass die Kapazität der Kläranlage darunter leidet.

Speziell für Kläranlagen, bei denen die Platzverhältnisse es nicht zulassen, eine traditionelle Vorklärung zu realisieren, kann ein HUBER Trommelsieb LIQUID mit ca. 1/10 des Platzbedarfes ein Vorklärbecken ersetzen (Abbildung rechts).

Verfahrensbeschreibung HUBER Trommelsieb LIQUID zur Kohlenstoffausschleusung

Um das Ziel einer maschinellen Entfrachtung der Biologie zu erreichen und eine Vorklärung zu ersetzen, wurde bei der Umstellung des Verfahrens von aerob auf anerob mit Faulung anstelle eines Vorklärbeckens das HUBER Trommelsieb LIQUID eingesetzt. Es handelt sich hierbei um eine Neuentwicklung, basierend auf dem bewährten Prinzip der HUBER Siebanlage ROTAMAT®.

Das innovative Verfahren setzt auf eine externe Behandlung des Feinstsiebgutes und ermöglicht damit einen flexiblen Standort zur Vorentwässerung des Feinstsiebgutes. Das Siebgut lässt sich auf einfache Weise aus dem Trommelsieb entgegen dem Abwasserstrom mittels Rohrleitung in die Presse schwemmen. Darüber hinaus kann durch einen innenliegenden Trichter in der Siebtrommel mit anschließender Rohrleitung ein äußerst flexibler und einfacher Feinstsiebguttransport zur HUBER Waschpresse WAP® liquid realisiert werden. Durch die horizontale Lage der Siebtrommel bei gleichzeitig sehr hohem Einstau vor der Maschine wird die maximale Filterfläche genutzt. Es können somit sehr hohe Durchsatzleistungen mit sehr guten Abscheideleistungen erzielt werden.

Möglichkeiten der Eindickung von Siebgut

In der speziell für die Behandlung von Feinstsiebgut entwickelten HUBER Waschpresse WAP® liquid wird das anfallende Feinstsiebgut ohne Einsatz von Polymer auf TS-Gehalte von bis zu 10% vorentwässert. Der Grad der Entwässerung kann unmittelbar beeinflusst werden, da die HUBER Waschpresse WAP® liquid mit einfach auswechselbaren Lochblechen ausgerüstet ist.

Das vom Feinstsieb abgeschiedene Siebgut wird über eine Freispiegelleitung in die Waschpresse geschwemmt. Durch das sehr feine Lochblech im inneren der Waschpresse kann ein Teil der flüssigen Phase abdrainieren. In der Praxis hat sich ein TS-Gehalt von ca. 3-4% für den Faulbehälter als sinnvoll erwiesen. Das Rechengut kann nach der Eindickung durch die Presse direkt mit einer Exzenterschneckenpumpe in den Faulbehälter befördert werden. Je nach Gegebenheit kann die Schlammbehandlung alternativ über einen Durchlaufeindicker oder einer gemeinsamen Eindickung von Primär-/ Sekundärschlamm stattfinden. Durch die Erfahrungen der letzten Jahre und die sichere Betriebsweise des Trommelsieb LIQUID konnte wieder einmal mehr eine Innovation für die Zukunft erfolgreich entwickelt werden. Ein weiterer wichtiger Schritt hin zur energieautarken Kläranlage ist damit machbar.