Probebetrieb eines BFR-Elevators in Ostrau in Form einer wissenschaftlichen Begleitung durch das Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft

Förderkennzeichen	07530/01
Finanzierung	Aurich Edelstahl GmbH Deutsche Bundesstiftung Umwelt
Bearbeitungszeitraum	1996 - 1997
Projektleitung	Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Lützner
Projektbearbeitung	Dipl.-Ing. Volker Kühn
	Dipl.-Ing. Matthias Barth
Kooperationspartner	Aurich Edelstahl GmbH
	Universität Hamburg-Harburg - Arbeitsbereich Gewässerreinigungstechnik

Zielstellung

Im Zeitraum vom 01.03.1996 bis zum 31.05.1997 wurde das Forschungsvorhaben "Probebetrieb eines Belebungs-Festbett-Reaktors (BFR-Elevator)" in Ostrau in Form einer wissenschaftlichen Begleitung durch das Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft" durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war es, das Verfahren zu erproben und zu bewerten, um eine anschließende Markteinführung zu ermöglichen.

An dem Forschungsvorhaben waren beteiligt:

die Fa. Aurich Edelstahl GmbH (verantwortlich für Bau und Betrieb der Versuchsanlage);
die TU Hamburg Harburg; Abteilung Gewässerreinigungstechnik (verantwortlich für die Steuerungs- und Regelmechanismen der Versuchsanlage) und
das Institut für Siedlungs- und Industriewasserwirtschaft der TU Dresden (verantwortlich für Versuchsdurchführung und -auswertung).

Gefördert wurde das Forschungsvorhaben durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt Osnabrück.

Verfahrensbeschreibung

Die Gesamttechnologie wurde von der Fa. Versorgungs-, Wasser- und Umwelttechnik Vertrieb GmbH in der nachfolgenden Form /1/ entwickelt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens waren die Untersuchungen auf das Leistungsvermögen des BFR-Verfahrens zu begrenzen. In Bild 1 sind die prinzipiellen Schritte der Abwasserreinigung mit dem BFR-Verfahren dargestellt.

Als erste Stufe ist eine mechanische Abtrennung des Rechengutes vom Abwasser durch Siebanlagen vorgesehen. Das Rechengut soll in eine Rechengutpresse gelangen, um die Rechengutmenge zu verringern. Als zweiter Schritt der Vorreinigung ist ein Rundsandfang vorgesehen. Der entfernte Sand soll einer Sandwäsche zugeführt und damit für die Wiederverwertung nutzbar gemacht werden. Die entstehenden Prozesswässer werden dem Reinigungsprozess zugeführt.

Besonders der Abwasseranfall kleiner Gemeinden weist einen ausgeprägten Tagesgang auf. Zur Vergleichmäßigung der Belastung für die biologische Reinigung wird deshalb ein Pufferbecken angeordnet. Vom Pufferbecken wird das Abwasser in den Belebungs-Festbett-Reaktor gepumpt. Bild 2 zeigt einen Schnitt durch den BFR. Zur Vermeidung von Kurzschlussströmungen erfolgt der Abwasserzufluss am Reaktorboden, während sich der Ablauf in der oberen Reaktorzone befindet.

Das Verfahren ist den kombinierten Verfahren zuzuordnen. Neben der suspendierten Biomasse, die über den Überschussschlammabzug aus dem System einstellbar ist, erfolgt die biologische Abwasserreinigung anteilmäßig durch die vorhandene sessile Biomasse der Tauchkörper. Als Aufwuchsträger dienen ein bewegliches getauchtes Festbett (unterer Walzenkäfig mit Pallringen) und ein Tauchkörper (oberer Walzenkäfig mit Pallringen). Über ein Becherwerk werden beide Walzen gedreht. Das Becherwerk hat folgende Aufgaben:

Durchmischen des Belebungs-Festbett-Reaktors im Vorwärts- bzw. Rückwärtsbetrieb,
Regelung des Sauerstoffeintrages für die suspendierte Biomasse und für das getauchte Festbett entsprechend der aktuellen Betriebsphase (aerob, anoxisch). Die Regelung des Sauerstoffeintrages erfolgt über die Drehzahl und Drehrichtung des Becherwerkes während des Betriebes, wobei Größe und Anzahl der Becher auf der Grundlage des erforderlichen Sauerstoffeintrages bei der Planung zu berücksichtigen sind.

Entsprechend der Drehrichtung des Becherwerkes können, eine korrekte Auslegung vorausgesetzt, folgende Milieubedingungen eingestellt werden:

Drehrichtung vorwärts:

obere Walze - aerobes Milieu
untere Walze - aerobes, teilweise anoxisches Milieu
suspendierte Biomasse - aerobes Milieu

Drehrichtung rückwärts:

obere Walze - aerobes Milieu
untere Walze - aerobes, anoxisches, anaerobes Milieu
suspendierte Biomasse - aerobes, anoxisches, anaerobes Milieu

Der Ablauf des Belebungs-Festbett-Reaktors erfolgt in ein Nachklärbecken zur Abtrennung des Belebtschlamms vom gereinigten Abwasser. Der sedimentierte Schlamm wird entweder als Rücklaufschlamm wieder in den Belebungs-Festbett-Reaktor gepumpt oder als Überschussschlamm in einem Schlammbehälter zwischengelagert und anschließend weiter behandelt. Zum Einsatz können sowohl vertikal als auch horizontal durchströmte Nachklärbecken gelangen.

Entsprechend den Möglichkeiten ein aerobes, anoxisches oder anaerobes Milieu im Belebungs-Festbett-Reaktor einzustellen, besteht prinzipiell die Möglichkeit, das Verfahren zum Kohlenstoffabbau, zur Nitrifikation/Denitrifikation oder für die biologische Phosphor-Elimination einzusetzen. Die Stickstoffentfernung kann durch eine intermittierende Denitrifikation oder simultane Nitrifikation/Denitrifikation erfolgen.

Der Nachweis der Funktionstüchtigkeit für letztere Betriebsweise unter Ermittlung von Bemessungskennzahlen war Aufgabe des Forschungsvorhabens.

Zusammenfassung

Zielstellung der großtechnischen Versuche mit einem BFR-Elevator am Standort der Kläranlage Ostrau war, in Vorbereitung der Markteinführung dieses neu entwickelten Abwasserreinigungssystems mit Belebungsbecken, Rücklaufschlammführung und getauchten Festbetten durch die Firma Aurich Edelstahl GmbH:

die Belebungsanlage einzufahren,
die maßgebenden Bemessungsparameter für den Einsatz in den Größenklassen 1-3 (> 1.000 EW bis 10.000 EW) zu ermitteln,
die Durchmischung des Reaktors in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl der Becherwerke zu untersuchen,
Sauerstoffeintragversuche unter Betriebsbedingungen durchzuführen und auszuwerten und
das Betriebsverhalten zu untersuchen.

Im Ergebnis der Untersuchungen wurden die maßgebenden Bemessungsparameter ermittelt:

Anzumerken bleibt, dass bei der Bemessung über das Schlammalter eine Schlammbehandlung erforderlich wird. Kläranlagen der Größenklassen 1 und 2 werden i. A. nach dem Verfahren der simultanen aeroben Schlammstabilisierung bemessen. Wird eine simultane Schlammstabilisierung angestrebt, muss ein Schlammalter von 25 Tagen bzw. eine Schlammbelastung B_TS von 0,05 kg BSB₅ /(kg TS · d) eingehalten werden. Wird dabei denitrifiziert, ist nicht mit einer ausreichenden Schlammstabilisierung zu rechnen.

Ein Vergleich eines ausgeführten Bemessungsbeispiels zeigt, dass ein rd. 12% geringeres Beckenvolumen gegenüber A 131 erforderlich ist.

Insgesamt gesehen wurde nachgewiesen, dass grundsätzlich die Überwachungswerte mit den gegebenen Einschränkungen einhaltbar sind. Mit den ermittelten Parametern sind nunmehr Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen im Vergleich mit anderen technischen Lösungen möglich.

Literatur

/1/ V+W Kompaktkläranlagen: Beschreibung des Verfahrens durch OCT Umwelt GmbH Prof. Schüssler und TU Hamburg-Harburg Prof. Dr.-Ing. Sekulov (1993)

Schlagwörter

Belebtschlammverfahren, Festbett, Tauchkörper, BFR-Elevator, Stickstoffelimination, Nitrifikation, Denitrifikation, Kohlenstoffelimination