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Die Optimierung oder Konzeption von Kläranlagen

Der Erfahrungsschatz zur Optimierung von Kläranlagen reicht bis in das Jahr 1974 zurück. Damals war eine Kläranlage für die Tierkörperverwertung Schwerz zu optimieren. Dann folgten Abwasserbehandlungsanlagen für Schlachthöfe bzw. Abdeckereien Mockrehna, Bismark, Niederlehme, Saalfeld, Dessau-Kochstedt, Storkow, Hainspitz und Zwickau. Für die Kommunen Rochlitz, Colditz, Döbeln, Nossen, Leisnig, Einbeck, Schenefeld (Steinburg), Bad Salzungen, Schmölln, Weickelsdorf, Schleinitz und Calbe sowie auch für die Kläranlage des VW Mosel und für eine große Lederfabrik.

Diese unvollständige Aufzählung soll genügen zu beweisen, dass wir Experten sind, wenn es darum geht Kläranlagen zu bemessen, zu bedienen und zu optimieren.

Eine Quelle der Erfahrung ist auch, dass wir die eine oder andere Kläranlage selbst schon jahrelang fahren durften.

Grau ist alle Theorie.
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Nachfolgende Abschnitte enthalten einen kurzen Abriss im Hinblick auf wesentliche Arbeitsschritte und Strategien bei der Optimierung bestehender Kläranlagen.

Selbstverständlich besitzt jede Anlage Spezifika, so dass die konkrete Bearbeitung immer auf den Anwendungsfall zugeschnitten werden sollte. Die folgenden prinzipiellen Hinweise und Argumente sind jedoch sicher immer beachtenswert.

1. Grundlagenermittlung

Einen Schwerpunkt im Rahmen von Optimierungsuntersuchungen bildet die Grundlagenermittlung. Dabei werden die aktuellen und zukünftigen Belastungen der Kläranlage ermittelt bzw. prognostiziert.

Eine optimale Grundlagenermittlung ist die wesentlichste Voraussetzung für zukünftige Veränderungen/Anpassungen der Kläranlagentechnologie bzw. für die Analyse vorhandener Betriebsprobleme und senkt das Investitionsrisiko erheblich.

1.1 Zulaufmengen und -frachten

Um Diagnosen hinsichtlich Fehlfunktionen und Problemen der Anlage treffen zu können, werden möglichst genaue Kenntnisse im Hinblick auf die tatsächlichen Belastungszustände und Zulauffrachten benötigt.

Wichtig ist das vorhandene Datenmaterial der Eigenüberwachung. Bei der Auswertung ist dabei das Augenmerk besonders auf die Spezifik der Daten, wie die Art der Probenahme (Stichproben oder 24-h-Mischproben), die Zuordnung der Wassermengen bei der Frachtermittlung und Ähnliches zu richten.

Weiterhin existieren meist sehr unterschiedliche Schwerpunkte im vorhandenen Datenmaterial. Während die Hydraulikdaten in der Regel sehr umfänglich in elektronischen Betriebstagebüchern gespeichert sind und eine relativ genaue Auswertung im Hinblick auf Belastungsspitzen und Ganglinien erlauben, ist die vorhandene Betriebsanalytik (Konzentrationen) oft nur in eingeschränktem Maße nutzbar, da sich diese im Normalfall auf die Bewertung der letzten Verfahrensstufen und auf die Gewässereinleitung konzentriert.

Wesentliche Aussagen zur Abwasserzusammensetzung und zu Frachten müssen deshalb oft erst mit Hilfe eines zusätzlichen Analytikprogramms gewonnen werden. Selbst ein relativ kleiner zeitlicher Abschnitt (ca. 2 Wochen) ist hierbei vielfach hinreichend.

1.2 Kreisläufe und Rückfrachten

Einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Funktion der Abwasserbehandlung haben interne Kreisläufe und Rückfrachten.

Vielfach können bei bestehenden Anlagen Aussagen zu Stoffströmen, wie Überschuss-Schlammmengen, Rücklaufmengen und -frachten der Schlammentwässerung und Ähnliches nur über verfahrenstechnische Berechnungen oder Abschätzungen mit Hilfe von Pumpenlaufzeiten getroffen werden, da keine Messeinrichtungen vorhanden sind.

Auch hier ist unter Umständen die Einrichtung zusätzlicher Messstellen – zumindest für einen Versuchszeitraum – sinnvoll.

1.3 Besonderheiten – Industrieanlagen

Industrieanlagen bedingen, dass vielfach in großem Maße organische und auch chemische Abfallprodukte einer sicheren Entsorgung zugeführt werden müssen.

Die Kläranlagen sind deshalb in der Regel mit physikalisch-chemischen Vorbehandlungen ausgestattet, denen die biologische Stufe inkl. Nitrifikation und Denitrifikation nachgeschaltet wird.

Die Einflüsse der Vorbehandlungsstufen sind zu analysieren und zu beachten, da noch vorhandene Inhaltsstoffe einen deutlichen Einfluss auf die Prozesse der Abwasserbehandlung, wie z. B. die Nitrifikation und Denitrifikation haben können.

2. Technologie und Verfahrenskonzeption

2.1 Nachberechnung der Anlagentechnologie – z. B. auf Basis DENIKA

Aufbauend auf Grundlagenermittlung und Prognosedaten kann die Behandlungskapazität der vorhandenen Anlagentechnik nachgerechnet worden.

Im Ergebnis entstehen Aussagen zur prinzipiellen Leistungsfähigkeit, zu Reserven und Defiziten vor dem Hintergrund der prognostizierten Belastung.

Die Begutachtung der Kläranlage sollte auch mit einer Mängelanalyse kombiniert werden, um ggf. vorhandene Defizite abstellen zu können.

2.2 Verfahrenskonzept

Im Anschluss ist ein verfahrenstechnisches Konzept zum Anlagenaus- bzw. -umbau oder auch hinsichtlich einer alternativen Fahrweise der Anlage zu erarbeiten.

Einen Schwerpunkt bildete dabei auch die zukünftige Schlammbehandlung. Dies gilt auch im Zusammenhang mit einer ggf. erforderlichen Kapazitätserweiterung – da diese entweder auf Seiten der Biologie, durch die Schaffung aerober Kapazitäten oder alternativ über eine Fahrweise mit Minimalschlammaltern und dem Schwerpunkt auf einer weitergehenden Stabilisierung in der Schlammbehandlung realisiert werden kann.

Ein weiterer Ansatzpunkt bei der Konzeptionsbearbeitung ist die Abkehr von der starren Erweiterungspraxis bei Kompaktanlagen mittels bereits bei der Planung festgelegten Ausbaustufen, welche mitunter eine Erweiterung hinsichtlich der Abwasserfracht und -menge vorsehen.

Vielfach ist es auch sinnvoller differenziert zu erweitern – z. B. durch die Erhöhung der hydraulischen Kapazität mittels einer zusätzlichen Nachklärung, welche es dann erlaubt, einerseits hydraulische Defizite abzustellen und andererseits einen höheren TS-Gehalt in der Belebung zu realisieren, so dass unter Umständen bei einer gleichzeitigen Intensivierung der Sauerstoffversorgung auf den Bau zusätzlicher Belebungskapazität verzichtet werden kann.

3. Investition und Wirtschaftlichkeit

Selbstverständlich sollten im Rahmen der Untersuchungen unterschiedliche technologische Varianten betrachtet werden und sowohl monetär als auch nicht monetär abgewogen werden.

Hierzu bietet sich beispielsweise eine klassische Wirtschaftlichkeitsuntersuchung nach LAWA in Verbindung mit einer Nutzwertanalyse an, wobei letztere besonders geeignet ist den AG in die Entscheidungen und die Konzeptionsentwicklung eng einzubinden.