Mechanische Abwasserbehandlung für Marine Outfalls

Schematic of a marine outfall. A marine outfall comprises wastewater treatment, discharge and distribution. (Book: Marine Wastewater Outfalls and Treatment Systems; page 52)
Schematische Darstellung eines Marine Outfalls. Ein Marine Outfall setzt sich aus Abwasserreinigung, Abwassereinleitung und Abwasserverteilung zusammen. (Quelle: Buch "Marine Wastewater Outfalls and Treatment Systems", Seite 52)

In vielen Küstengebieten von Entwicklungs- und Schwellenländern wird das Abwasser nach der Reinigung ins Meer abgeleitet. Diese sogenannten Marine Outfalls sind ein System der Komponenten Abwas-serreinigung, Abwassereinleitung und Abwasserverteilung. Die erste Stufe eines Marine Outfalls ist dabei immer die Abwasserreinigung, welche damit die Weichen für eine erfolgreiche Abwasserentsorgung stellt. Speziell die Erkenntnis, dass gegenwärtig jährlich mehr Kunststoffe/ Plastikartikel in das Meer geleitet werden als Fische entnommen zeigt die Bedeutung der Abwasserreinigung.

Biologische Abwasserreinigungsverfahren müssen meist aufgrund der sehr hohen Investitionskosten, dem sehr hohen Einsatz an Energie (hohe Betriebskosten) und den hohen Anforderungen an das Personal zurückgestellt werden. Die mechanischen Verfahren der Abwasserreinigung sind dagegen eine schnell umsetzbare, kostengünstige/wirtschaftliche und sichere Lösung, um ungelöste Stoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Insbesondere neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Feinstsiebung/Mikrosiebung mit sehr feinen Öffnungsweiten von ≤ 1,0 mm ermöglichen es,  die Qualität des eingeleiteten Abwassers weiter zu verbessern und der jeweiligen Bedarfssituation bzw. den jeweiligen Bedürfnissen des aufzunehmenden Gewässers anzupassen.

Unterschiedliche Anforderungen der mechanischen Abwasserreinigung bei Marine Outfalls

1. Entfernung von Plastik- und Hygienepartikeln

Wenn das aufnehmende Gewässer in der Lage ist höhere organische Frachten zu „verarbeiten“ und insbesondere auch die Verteilung bzw. rasche Verdünnung des eingeleiteten Abwassers gewährleistet werden kann, entsprechen die Anforderungen an die Abwasserreinigung für Marine Outfalls meist nur denen, dass Grobstoffe wie Hygiene- und Plastikartikel dem Abwasser entnommen werden müssen.

Die Verfahrenstechnik solcher Anlagen setzt sich meist aus Grobsiebung, Sandfang und Feinsiebung zusammen. Beispiele solcher Anlagen stellen Cartagena (Kolumbien), La Taboada (Lima) oder Coquimbo (Chile) dar.

Ausschnitt des Sandfangs sowie der Feinsiebung der Anlage Cartagena, Kolumbien. Die Feinsiebung besteht aus 6 Siebanlagen ROTAMAT® Ro2 des Durchmesser 2600mm und der Öffnungsweite von 1,5 mm
Ausschnitt des Sandfangs sowie der Feinsiebung der Anlage Cartagena, Kolumbien. Die Feinsiebung besteht aus 6 Siebanlagen ROTAMAT® Ro2 des Durchmesser 2600mm und der Öffnungsweite von 1,5 mm

Das Kernelement dieses Verfahrenskonzeptes ist die Feinsiebung, welche bei der vorliegenden Anforderung hinsichtlich Entnahme der Plastik- und Hygienepartikel meist mit einer Öffnungsweite im Bereich von 1,5 - 0,75 mm Spalt ausgeführt wird.  Die CSB-Fracht kann beispielsweise mittels einer Siebung der Spaltweite 1,0 mm durchschnittlich um etwa fünf bis zehn Prozent reduziert werden. Die abfiltrierbaren Stoffe können dabei etwa um 10 - 30 Prozent reduziert werden. Die Feinsiebanlagen ROTAMAT® Ro2 bieten sich insbesondere durch die Verknüpfung der Verfahrensschritte Siebung, Siebgutauswaschung, Transport, Siebgutentwässerung und Abwurf zur Lösung dieser Aufgabe an. Zusätzlich wird über die winklige Anstellung des Korbes mit zunehmendem Wasserspiegel eine überproportional große Siebfläche eingestaut und damit genutzt. Die überproportionale Bereitstellung an Siebfläche hat eine geringere Fließgeschwindigkeit im Spalt zur Folge, wodurch bessere Abscheideleistungen und geringere hydraulische Verluste verglichen mit anderen Systemen erlangt werden.

2. Erfüllung erhöhter Anforderungen mittels der Feinstsiebung

ROTAMAT® Membrane Screen RoMem und ROTAMAT® Siebtrommel RoMesh® mit Maschengewebe von 0,2 bis 1,0 mm Maschenweite
ROTAMAT® Membrane Screen RoMem und ROTAMAT® Siebtrommel RoMesh® mit Maschengewebe von 0,2 bis 1,0 mm Maschenweite
Prinzipskizze und Installation eines von innen nach außen durchflossenen Scheibenfilters
Prinzipskizze und Installation eines von innen nach außen durchflossenen Scheibenfilters

Sind aufgrund empfindlicher bzw. bereits stark belasteter Gewässer höhere Anforderungen an die Qualität des Ablaufs gestellt, kommen Feinstsiebanlagen an Stelle der Feinsiebung zum Zuge. Feinstsiebanlagen werden ausschliesslich mit einer zweidimensionalen Geometrie, sprich Maschengewebe bzw. Lochblech, ausgerüstet. Gegenüber eindimensionaler Siebelemente wie dem Spaltsieb ist die Öffnungsweite bei Maschengeweben bzw. Lochblechen in zwei Richtungen definiert. Der damit verbundene definierte Trennschnitt bewirkt eine weitgehende Feststoffentnahme. Zur Abscheidung hoher sauerstoffzehrender Frachten müssen sehr feine Durchlassöffnungen im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm eingesetzt werden. Zusätzlich sind insbesondere Maschinen mit Maschengeweben trotz der feinen Öffnungsweiten aufgrund der hohen freien Oberfläche des Maschengewebes in der Lage hohe Durchsatzleistungen zu bewältigen. Mit Öffnungsweiten im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm können CSB-Reduktionen von bis zu 30 Prozent und AFS-Reduktionen von bis zu 60 Prozent erreicht werden. Je höher das Verhältnis aus ungelöstem zu gelöstem CSB, desto höher ist die prozentuale CSB Abscheideleistung, da ohne den zusätzlichen Einsatz von Chemikalien nur der ungelöste Anteil mittels einer mechanischen Behandlung reduziert werden kann.

Bewährte Feinstsiebanlagen sind dabei Siebanlagen, welche in einem Winkel von 30 Prozent aufgestellt sind und horizontal aufgestellte Siebtrommeln. Diese Maschinen finden auch häufig Anwendung bei der mechanischen Vorreinigung von Membrankläranlagen. In dieser Anwendung dienen sie hauptsächlich zur Entnahme von Haaren und Faserstoffen, welche der nachgeschalteten Membrananlage größere Probleme machen können. Das Siebgut der Feinstsiebung weisst eine deutlich geringe Partikelgröße gegenüber dem des Grobrechengutes auf. Ist der Feinstsiebung eine Feinsiebung vorgeschaltet und sind damit Hygiene- bzw. Plastikartikel dem Abwasser bereits vorab entnommen, kann das in der Feinstsiebung separierte Siebgut kompostiert werden.

Um eine zusätzliche Leistungssteigerung der Feinstsiebung zu erreichen, können zusätzlich Chemikalien zudosiert werden. Insbesondere wenn dem eingeleiteten Gewässer aufgrund der zugeführten Nährstoffe Eutrophierung droht, kann mittels Fällungs- und Flockungshilfsmitteln der CSB- und insbesondere der Phosphorgehalt im Ablauf weiter reduziert werden. Unter Fällung versteht man die Umwandlung im Wasser gelöster, meist ionischer Komponenten durch eine chemische Reaktion in eine partikuläre Form. Wasserinhaltsstoffe werden somit zu schwerlöslichen Stoffen umgesetzt, welche durch Flockungshilfsmittel in mechanisch abtrennbare Agglomerate (Makroflocken) überführt werden. Es sind Reduktionen von bis zu 95 Prozent bei den abfiltrierbaren Stoffen, von bis zu 65 Prozent beim CSB/BSB- und von bis zu 60 Prozent beim Phosphorgehalt möglich.

3. Weitergehende mechanische Abwasserreinigung mittels Mikrosiebung

Wird hingegen ein nahezu feststofffreier Ablauf und eine möglichst weitgehende CSB-Reduktion gefordert, kann dies ebenfalls kostengünstig durch die Nachschaltung einer Mikrosiebanlage erreicht werden. Neue maschinentechnische Entwicklungen ermöglichen es, dass aus der tertiären Abwasserbehandlung bereits bekannte Filtrationstechnologien für die reine mechanische Abwasserreinigung eingesetzt werden. Insbesondere die Scheibenfiltertechnologie bietet sich hier aufgrund des einfachen Verfahrens, dem geringen Platzbedarf, der sicheren Abscheideleistung sowie aufgrund der großen bereitgestellten Filterfläche und der damit verbunden hohen Durchsatzleistung an. Mit kleinen Öffnungsweiten von bis zu 20 micron kann eine Feststoffreduktion von 60 – 80 Prozent erreicht werden.

In Kombination der chemisch/mechanischen Abwasserbehandlung kann durch die Mikrosiebung und zusätzlicher Flockungshilfsmittelaufgabe bereits bei einer Öffnungsweite von 50 micron eine Ablaufkonzentration von < 50 mg/l (AFS-Reduktion von 95 Prozent möglich) sicher und wirtschaftlich günstig eingehalten werden! Verglichen mit der Kombination der Feinstsiebung mit Fällungs- und Flockungshilfsmitteln ist der Chemikalienverbrauch bei der Mikrosiebung deutlich geringer, da aufgrund der deutlich kleineren Öffnungsweite deutlich geringere Anforderungen hinsichtlich Größe und Stabilität der Flocke gestellt werden. Die Investitionskosten für eine entsprechende Mikrosiebung sind wiederum höher gegenüber denen der Fein- oder Feinstsiebung, wobei sie weiterhin klar niedriger sind als die Verfahren der biologischen Abwasserbehandlung.

Schlußfolgerung

Angesichts dessen, dass biologische Abwasserreinigungsverfahren, wie man sie aus den Industriestaaten kennt, für die Lösung der Probleme in ländlich strukturierten Gebieten der Entwicklungs- und Schwellenländer nicht in Betracht kommen, müssen neue Konzepte erarbeitet werden. Neue maschinelle Konzepte der mechanischen Abwasserbehandlung ermöglichen es, den Anforderungen an eine angepasste Abwasserreinigung gerecht zu werden. Unterteilt nach dem Reinigungsziel bzw. dem Verwendungszweck bietet die mechanische Abwasserreinigung unterschiedliche Verfahren an.

Die Verfahren gehen von der Abtrennung der Hygiene- und Plastikartikel bis hin zu einer weitgehenden Feststoffentfernung mittels Mikrosiebung. Mit dem zusätzlichen Einsatz von Flockungshilfsmitteln kann ein nahezu feststofffreier Ablauf erreicht werden. Der Chemikalienverbrauch ist dabei stark von der Zulaufkonzentration und der eingesetzten Öffnungsweite abhängig. Umso kleiner die Öffnungsweite des gewählten Siebelementes ausgeführt wird, umso geringer ist der Chemikalienverbrauch. Die besonderen Vorteile der mechanischen Behandlung sind desweiteren die geringeren Investitionskosten, die geringeren Betriebskosten und der geringere Wartungsaufwand verglichen mit den biologischen Verfahren.

Weltweite HUBER Referenzanlagen der mechanischen Abwasserreinigung von Marine Outfalls:

  • La Taboada (Lima): Grobsiebung bestehend aus 8 RakeMax® Harken-Umlaufrechen mit Länge 3300 mm, Breite 2752 mm und Öffnungsweite von 6 mm, Rechengutbehandlung mittels Schwemmrinne und angeschlossener Waschpresse WAP/SL, Feinsiebung mit 22 x ROTAMAT® Siebanlagen Ro 2 mit Durchmesser 3000mm und 1,0 mm Spaltweite
  • Cartagena (Kolumbien): Feinsiebung mittels 6 ROTAMAT® Siebanlagen Ro 2 mit Durchmesser 2600 mm und der Spaltweite 1,5 mm
  • Coquimbo (Chile): 6 ROTAMAT® Kompaktanlagen Ro 5 ausgerüstet mit Rotamat® Siebanlagen Ro 2 des Durchmessers 1200 und der Spaltweite 3 mm
  • Qinghe (China):16 Siebtrommeln RoMesh® der BG 6 (Durchmesser 1600 mm, Länge 3000 mm) mit 0,2 mm Maschenweite

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