Umstellung von vollständiger aerober Stabilisierung auf Teilstabilisierung (AP 1.1)

Üblicherweise wird der anfallende Klärschlamm auf kleinen Kläranlagen (< 10.000 - 20.000 EW) simultan aerob im Belebungsbecken und nicht in einer separaten anaeroben Faulung stabilisiert. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Stabilisierung sind nach DWA-A 131 entsprechend hohe Schlammalter (> 25 d) und folglich größere Belebungsbeckenvolumina erforderlich. Eine Vorklärung entfällt auf aerob stabilisierenden Anlagen, da der dort anfallende Primärschlamm nicht stabilisiert werden könnte.

Mit der in der Modellregion angestrebten semizentralen Schlammstabilisierung in Regionalen Zentren ist auf den Satellitenkläranlagen in Zukunft keine Schlammstabilisierung mehr erforderlich, sodass mit einer Reduzierung des Schlammalters eine Verringerung des erforderlichen Belebungsbeckenvolumens erreicht werden kann. Außerdem ist mit deutlichen Energieeinsparungen, insbesondere aufgrund des geringeren Sauerstoffbedarfs, zu rechnen.

Im Rahmen des Satellite-Projekts wird die beschriebene Betriebsumstellung auf Teilstabilisierung auf der Kläranlage Pattensen (→) umgesetzt und wissenschaftlich begleitet. Die biologische Stufe der Kläranlage umfasst zwei Belebungsbecken, das "alte" (1.900 m³) und das "neue" (3.250 m³) Belebungsbecken. Ziel ist eine Reduzierung des Schlammalters durch eine Außerbetriebnahme des "alten" Belebungsbeckens. Dazu wurden zunächst das erforderliche minimale Schlammalter sowie die sonstigen Auswirkungen der Umstellung mit statischen und dynamischen Modellansätzen berechnet bzw. simuliert. Die Ergebnisse bestätigten, dass eine Außerbetriebnahme des "alten" Belebungsbeckens durchführbar ist, ohne die Einhaltung der Ablaufwerte zu gefährde (siehe Abbildung). Durch eine Erhöhung des TS-Gehaltes im "neuen" Belebungsbecken auf 4,3 g/l sowie einer Umstellung bei höheren Abwassertemperaturen im Sommer (> 15 °C) sind zum Zeitpunkt der Umstellung ausreichende Sicherheiten vorhanden.

Am 21.06.2021 wurde das alte Belebungsbecken schließlich außer Betrieb genommen. Die Umstellung wird modelltechnisch sowie durch eine Messkampagne begleitet. Das "alte" Belebungsbecken wird im Erhaltungsbetrieb weiter betrieben. Zur Identifizierung der vielversprechensten Betriebsstrategie wurden im Vorfeld Laborversuche durchgeführt. Nach Außerbetriebnahme wird das Becken nun mit einer geringen Rate belüftet, um dem Entstehen anaerober Zonen vorzubeugen.

Langfristig soll die biologische Reinigunsstufe der KA Pattensen weiter optimiert werden. Dabei könnte das von der Temperatur abhängige Schlammalter als Regelparameter etabliert werden (siehe Abbildung). So könnten saisonal Teile des Belebungsbeckens außer Betrieb genommen oder der TS-Gehalt gesenkt werden. In diesem Zusammenhang soll der Erhaltungsbetrieb von Belebungsbecken im Rahmen einer studentischen Arbeit weiter untersucht werden.

Die Umstellung der Schlammstabilisierung ermöglicht auch die Ausschleusung von energiereichem Primärschlamm. Als Alternative zur konventionellen Vorklärung wird hier der deutlich platzsparendere Betrieb eines Trommelsiebes untersucht. Der so gewonnene Schlamm wird im Hinblick auf den Gasertrag und die Entwässer- und Transportierbarkeit untersucht; Außerdem werden die Auswirkungen auf die nachfolgenden Prozessstufen quantifiziert.

erwartete Ergebnisse:

• KA-Betriebskonzept für eine stabile N-Elimination im Hauptstrom mit Teilstabilisierung (Belüfterkonzept, Schlammmanagement und Betriebsüberwachungskonzept)
• Kenndaten zur Entwässerung, Lagerung und Transport von teilstabilsierten Überschussschlämmen
• Kenndaten zur Feststoffabtrennung im Zulauf der Kläranlage (Trommelsieb) im Hinblick auf Energieeinsparung, Gasertrag und Schlammhandling (Verfahrens- und Betriebsempfehlung)