Optimierung der biologischen Klärschlammbehandlung durch die Aerob-Anoxische Nachbehandlung (AAN)

Grundlagen, Anwendung und Wechselwirkungen mit der Faulung

Lopp, Marcus

Kurzübersicht

Grundlagen, Anwendung und Wechselwirkungen mit der Faulung
ISBN: 978-3-937231-13-6
ISSN: 1862-1406
Veröffentlicht: Januar 2004, 1.. Auflage, Einband: Broschur, Abbildung und Tabellen: zahlr., Seiten 294, Format DIN A5, Gewicht 0.39 kg
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Optimierung der biologischen Klärschlammbehandlung durch die Aerob-Anoxische Nachbehandlung (AAN)

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Lopp, Marcus

Optimierung der biologischen Klärschlammbehandlung durch die Aerob-Anoxische Nachbehandlung (AAN)

Grundlagen, Anwendung und Wechselwirkungen mit der Faulung

Band 10 der Schriftenreihe des Bauhaus-Instituts für zukunftsweisende Infrastruktursysteme (b.is) an der Bauhaus-Universität Weimar

294 Seiten. 2004. Preis: 25,50 €. ISBN  978-3-937231-13-6

 

REZENSION
Die Dissertation befasst sich mit einem bisher ungebräuchlichen Verfahren, nämlich der aerob-anoxischen Weiterbehandlung eines ausgefaulten Klärschlammes. Ursprüngliches Ziel war die Reduzierung des im Schlamm (nicht im Schlammwasser) enthaltenen Stickstoffs, weil aufgrund einer Richtlinie des Landes Thüringen die Stickstofffracht bei der Rekultivierung von Kalideponien begrenzt ist, so dass nur geringe Schichten von entwässertem Klärschlamm aufgebracht werden konnten. Bei der Erprobung des Verfahrens ergaben sich weitere Vorteile wie Verbesserung der Eindick- und Entwässerungseigenschaften des Schlammes oder erhöhte Phosphorbindung in den Feststoffen. Eine beispielhafte Kostenrechnung kommt zu dem Schluss, dass sich die aerob-anoxische Faulschlammbehandlung in einem Zeitraum von etwa vier Jahren amortisiert. Interessant wären die Ergebnisse der z.Z. durchgeführten Praxiserprobung.
W. Hegemann

In: GWF Wasser Abwasser 146 (2005), Nr. 5, Seite 427


Zusammenfassung der Arbeit

Kapitel 1 gibt einen einleitenden Überblick über den aktuellen Stand der Technik und der Entsorgungspfade sowie über die derzeitigen und prognostizierten Probleme des Kläranlagenbetreibers in Bezug auf das Medium Klärschlamm. Hervorzuheben sind hier vor allem die erwartungsgemäß steigenden Hemmnisse und Kosten im Bereich der Klärschlammentsorgung.

Kapitel 2 definiert sowohl die verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Ziele der Entwicklung des AAN-Verfahrens, als auch die wissenschaftlich-inhaltlichen Ziele dieser Arbeit in Bezug auf ihren Beitrag zur Verfahrensentwicklung.

In Kapitel 3 werden die Einflüsse auf die Klärschlammthematik, die nicht von natur- oder ingenieurwissenschaftlichem Charakter sind, die aber für eine solche Betrachtung unabdingbar berücksichtigt werden müssen, zusammengestellt. Es werden die rechtlichen Bedingungen des Umgangs mit Klärschlamm auf europäischer, nationaler und auszugsweise regionaler Ebene unter Berücksichtigung der jüngeren umwelt- und verbraucherschutzpolitischen Entwicklungen beleuchtet.

Das Verfahren der Aerob-Anoxischen Nachbehandlung AAN wird in seiner verfahrenstechnischen Idee und in der vorgeschlagenen Technologie in Kapitel 4 vorgestellt.

Kapitel 5 gibt einen Überblick über wissenschaftliche Arbeiten und Technologieentwicklungen im Bereich der Klärschlammbehandlung, die wesentliche Gemeinsamkeiten mit dem AAN-Verfahren bzw. seinen Grundlagen oder Ideen aufweisen.

Kapitel 6 stellt nun auf Basis von Literaturrecherchen und theoretischen Überlegungen die mikrobiologischen, biochemischen und verfahrenstechnischen Grundlagen zusammen, die für eine wissenschaftlich fundierte Darstellung der Stoffwechselvorgänge der AAN sowie ihr Zusammenspiel mit der vorgeschalteten Faulung erforderlich sind.

Die Erörterung reicht von allgemeingültigen mikrobiologischen Grundlagen des lebenserhaltenden Stoffwechsels über die speziellen Vorgänge des anaeroben sowie des aeroben und aerob-anoxischen Abbaus organischer Stoffe (Stabilisierung) bis hin zur wachstumskinetischen Beschreibung der Nitrifikation sowie der Wechselwirkung aus Sauerstoffbedarf und Denitrifikation.
Ziel dieser Betrachtungen ist es, die Grundlagen aufzustellen, die anhand späterer Versuchsergebnisse eine mathematische Modellierung der jeweiligen reaktionslimitierenden Beziehungen ermöglichen.

In Kapitel 7 werden die durchgeführten kleintechnischen Versuche in Bezug auf technischen Aufbau, untersuchte Parameter, Versuchsprogramm und Auswertungsmethodik beschrieben.

Die inhaltliche Auswertung der Versuchsergebnisse erfolgt in Bezug auf den Abbau organischer Stoffe (Mengenverminderung und Stabilisierung) in Kapitel 8.
Nach einer rein quantitativen Ergebnisauswertung, welche die Schritte Faulung und AAN berücksichtigt, wird die AAN auf Basis einer modellierten CSB-Bilanz anhand zweier Modelle zur theoretisch-mathematischen Berechnung des Schlammanfalls (UCT, HSG/ATV) beschrieben. Die verwendeten Konstanten und Koeffizienten werden zielgerichtet modifiziert.

Dabei wurde der heterotrophe, CSB-bezogene Ausbeutekoeffizient YH,CSB mit 0,28 niedriger als von Hartwig für Abwasser (0,45 [3.26]) ermittelt, während im Gegenzug für die Reste des Zulauf-TR (a=0,6) nicht nur eine Unterscheidung nach oTR (aorg=0,69) und aTR (aanorg=1,0) eingeführt wird, sondern auch höhere Werte hergeleitet werden. Heterotropher Autolysekoeffizient bH, inerte Autolysereste b und Temperatureinflussfaktor fT bleiben dagegen unverändert.

Im Hinblick auf den Stickstoff-Stoffwechsel erfolgt die Auswertung in Kapitel 9 ebenfalls zuerst als quantitative Ergebnisauswertung der Versuche für die Ammonifikation in der Faulung sowie die Nitrifikation und die Denitrifikation in der AAN.

Anschließend werden unter Verwendung der Grundlagenbetrachtungen aus Kapitel 6 die Stoffwechselvorgänge der AAN mathematisch modelliert. Auf Basis der reaktions- und wachstumskinetischen Ansätze nach Monod und Michaelis-Menten werden die für die AAN typischen Halbwertkonstanten (kN = 8,8) und Wachstumshemmungen hergeleitet und beschrieben.

Für die Untersuchung der sauerstoffbedarfsabhängigen Denitrifikation werden die gleichen Modelle wie für das Schlammwachstum verwendet und die Koeffizienten aus Kapitel 8 übernommen. Es wird gezeigt, dass für die AAN der Nitratatmungskoeffizient C einheitlich mit 0,6 verwendet werden kann und dass der CSB-bezogene Substratatmungskoeffizient (d=0,33) mit den Literaturwerten übereinstimmt. Gleichzeitig wird festgestellt, dass die spezifische endogene Atmungsrate, also der Sauerstoffbedarf je abgebautem oTR über den bisher in der Abwasserbehandlung verwendeten Werten liegt. Dies kann als Ursache dafür angesehen werden, dass in der AAN trotz des Mangels an leicht abbaubarem Substrat eine weitgehende Denitrifikation möglich ist.

Nachdem der letzte Abschnitt des Kapitel 9 die Zuordnung der Stickstofffrachten zur flüssigen und festen Phase behandelt, werden die Untersuchungen zum Entwässerungsverhalten im übrigen in Kapitel 10 dargestellt.
Dort finden sich außerdem Feststellungen und Hinweise zu den Auswirkungen der aerob-anoxischen Behandlung

  • auf die P-Rückbindung im Faulschlamm,
  • auf das Verhalten von simultan-aerob-stabilisierten und unstabilisierten Schlämmen,
  • auf die weitere Hygienisierung von Faulschlamm
    sowie zum Einfluss der Faulschlamm-Desintegration auf die Verfahrensfolge Desintegration – Faulung – AAN.

Basierend auf den Erfahrungen der kleintechnischen Versuche werden in Kapitel 11 Hinweise und Empfehlungen für die Anwendung des AAN-Verfahrens sowohl in Bezug auf die Anlagenkonstruktion als auch in Bezug auf den Verfahrensbetrieb gegeben. Die beispielhafte Bemessung einer AAN-Anlage dient vor allem als Grundlage für die grobe Abschätzung von Investitions- und Betriebskosten sowie von Kosteneinsparpotentialen. Es wird nachgewiesen, dass die wirtschaftliche Anwendung des AAN-Verfahrens möglich ist.

Die Herausgeber:

Bauhaus-Universität Weimar
Professur für Abfallwirtschaft
Prof. Dr.-Ing. habil. Werner Bidlingmaier (Lehrstuhlleiter)
Coudraystraße 7
99421 Weimar
http://www.uni-weimar.de/Bauing/abfallw/

Bauhaus-Universität Weimar
Professur Siedlungswasserwirtschaft
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong
Coudraystraße 7
99421 Weimar
http://www.uni-weimar.de/Bauing/siwawi/home/_home.htm

 

 

Erschienene Rezensionen

GWF - Wasser, Abwasser, W. Hegemann, 13.05.2005

Die Dissertation befasst sich mit einem bisher ungebräuchlichen Verfahren, nämlich der aerob-anoxischen Weiterbehandlung eines ausgefaulten Klärschlamms. Ursprüngliches Ziel war die Reduzierung des im Schlamm (nicht im Schlammwasser) enthaltenen Stickstoffs, weil aufgrund einer Richtlinie des Landes Thüringen die Stickstofffracht bei der Rekultivierung von Kalideponien begrenzt ist, so dass nur geringe Schichten von entwässertem Klärschlamm aufgebracht werden konnten. Bei der Erprobung des Verfahrens ergaben sich weitere Vorteile wie Verbesserung der Eindick- und Entwässerungseigenschaften des Schlammes oder erhöhte Phosphorbindung in den Feststoffen. Eine beispielhafte Kostenrechnung kommt zu dem Schluss, dass sich die aerob-anoxische Faulschlammbehandlung in einem Zeitraum von etwa vier Jahren amortisiert. Interessant wären die Ergebnisse der z. Zeit durchgefürhten Praxiserprobung.

 

KA - Wasser, Abfall, August 2005

Zunächst gibt das Buch einen einleitenden Überblick über den aktuellen Stand der Technik und die Entsorgungspfade sowie über die derzeitigen und prognostizierten Probleme des Kläranlagenbetreibers in Bezug auf das Medium Klärschlamm. Folgend werden sowohl die verfahrenstechnischen und wirtschaftlichen Ziele der Entwicklung des AAN-Verfahrens als auch die wissenschaftlich-inhaltlichen Ziele dieser Arbeit in Bezug auf ihren Beitrag zur Verfahrensentwicklung definiert. Anschließend werden die rechtlichen Bedingungen des Umgangs mit Klärschlamm auf europäischer, nationaler und auszugsweise regionaler Ebene unter Berücksichtigung der jüngeren umwelt- und verbraucherschutzpolitischen Entwicklungen beleuchtet. Das Verfahren der Aerob-Anoxischen Nachbehandlung AAN wird in seiner verfahrenstechnischen Idee und in der vorgeschlagenen Technologie im darauffolgenden Kapitel vorgestellt. Die folgenden Abschnitte geben einen Überblick über wissenschaftliche Arbeiten und Technologieentwicklungen im Bereich der Klärschlammbehandlung und AAN-Verfahren sowie über die mikrobiologischen, biochemischen und verfahrenstechnischen Grundlagen. In zwei weiteren Kapiteln werden die durchgeführten kleintechnischen Versuche in Bezug auf technischen Aufbau, untersuchte Parameter, Versuchsprogramm und Auswertungsmethodik beschrieben und deren Versuchsergebnisse dargestellt. Kapitel zur Modellierung des Stickstoff-Stoffwechsels, zu Untersuchungen des Entwässerungsverhaltens sowie Hinweise und Empfehlungen für die Anwendung des AAN-Verfahrens runden die Inhalte des Fachbuches ab.

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