Wissenschaftliche Berichte

Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6483

Zusammenfassung

Das Forschungszentrum Karlsruhe betreibt eine Betriebskläranlage mit 1000 EW im Belebungsverfahren, wobei der Zufluss über eine Trennkanalisation zugeführt wird. Es treten somit stark schwankende Abwassermengen und gleichzeitig Abwasser mit hohem Ammoniumkonzentrationen auf, wodurch eine optimale Reinigungsleistung erschwert wird. Dadurch besitzt das Abwasser im Forschungszentrum Karlsruhe ein Nährstoffverhältnis (BSB/N), das für eine weitergehende Stickstoffelimination nicht optimal ist.

Da die Kläranlage in einen kleinen Vorfluter einleitet, wurden Ende 1997 die Abgabewerte im Zuge einer neuen wasserrechtlichen Genehmigung geändert. Die neuen Grenzwerte orientieren sich nun an den Mindestanforderungen für das Einleiten von Abwasser nach der Abwasserverordnung für Kläranlagen der Größenklasse 4. Dies bedeutete erstmals einen Grenzwert für Phosphor von 3 mg/L P und eine Reduktion der Abgabewerte von 40 mg/L N auf 18 mg/L N (mit einem Übergangswert von 25 mg/L) für Stickstoff.

Ziel der vorliegenden Untersuchung war die Reduktion der Nitrat-Ablaufkonzentrationen von durchschnittlich 25 mg/L N auf 10 mg/L N, ohne den häufig unvermeidbaren Einsatz von Investitionsmitteln und ohne oder Erhöhung der Betriebskosten. Erster Schritt war hierbei eine gezielte Bestandsaufnahme des Anlagenzustandes der biologischen Kläranlage. Aus dieser Analyse resultierte Maßnahmenkatalog, von dem bisher zwei Punkte umgesetzt werden konnten:

Einführung einer Denitrifikation durch den anoxischen Betrieb eines der beiden Belebungsbecken
Erhöhung des BSB/N-Verhältnisses im Abwasser durch die Dosierung der Kantinenabfälle des Forschungszentrums Karlsruhe als externe Kohlenstoffquelle

Diese Maßnahmen konnten hauptsächlich durch Variation der Betriebsweise und mit nur geringen finanziellen Aufwendungen durchgeführt werden. Hieraus ergaben sich Einsparungen von Betriebskosten und wesentliche Verbesserungen der Ablaufqualität der Kläranlage:

Senkung der Nitrat-Konzentrationen im Ablauf um 50% auf ca. 10 mg/L N
Senkung des Energiebedarfs um 16%
Erhöhung des BSB/N-Verhältnisses im Zulauf durch die Dosierung von Kantinenabfällen und somit weitere Reduktion der Nitratablaufwerte von durchschnittlich 10 mg/L N auf 7 mg/L N.
Durch die interne Verwertung anfallender Abfälle zusätzliches Einsparungspotential von ca. 15 TDM/a (budgetrelevant) und die Schließung interner Stoffkreisläufe.
Möglichkeiten zur Durchführung einer vermehrten biologischen Phosphorelimination und der Behandlung stickstoffreicher Sonderwässer.

Durch die Umsetzung weiterer Punkte des Maßnahmenkatalogs ist zusätzlich eine weitere Stabilisierung und Reduktion der Ablaufwerte zu erwarten.

Efficient waste water purification by simple process modification and use of kitchen wastes

In the Research Centre Karlsruhe a waste water treatment plant with 1000 population equvalents is operated employing the activated sludge process, whereby the waste water is supplied by a separate sewerage system. Caused by this, the waste water quantities are considerably varying, and, furthermore, the inflow contains high ammonia concentrations, making an optimal cleaning performance difficult. Additionally the crude waste water has a low BOD/nitrogen relation, which is disadvantageous for a biological nitrogenelimination.

At the end of 1997 the outflow concentration standards were modified in the course of a new permission by water right, based now on the minimum requirements of the German Waste Water Ordinance for treatment plants of the size class 4, because the effluent of the STP feeds a sensible river. This meant that for the first time a limit value for phosphorus of 3 mg/L P was set and that concerning nitrogen a reduction of the limit from 40 mg/L N on 18 mg/L N was decided.

It was the aim of the investigations to lower the nitrate concentrations in the purified waste water from about 25 mg/L N to 10 mg/L N without, although mostly unavoidable, extra investment costs and without increasing the running costs. As first step the conditions in the STP of the Research Centre Karlsruhe were thoroughly investigated. From this analysis a catalogue of possible measures were obtained, of which up to now two points were put into operation:

introduction of a denitrification step by anoxic operation of one of the two aeration basins
increase of the BSB/N relation in the inflow water by the dosage of the kitchen wastes of the mess of the Research Centre Karlsruhe thus serving as an external source of carbon

These measures could be put into operation mainly just by variating the operational modes and with nearly no additional costs. By this, a considerable improvement of the quality of the purified waste water and, furthermore, a noticeably saving of the running cost of the STP was achieved:

decrease of the effluent nitrate concentrations to about 50%
reduction of the power consumption of the STP for about 16%
further reduction of the nitrate concentration in the outflow from 10 mg/L N on the average to about 7 mg/L N by increasing the BSB/N relation of the crude waste water by adding kitchen waste into the denitrification tank.
additional saving of approx. 15 TDM/a (budget relevant) by the direct use of the kitchen wastes instead of dispose and the locking of internal material cycles
possibility to apply biological phosphorous removal in the STP
possibility to treat industrial waste water with a high nitrogen content.

The investigations will be continued and further points of the measure catalogue will be put into operation. By this, a further stabilisation and reduction of the outflow values of the STP may be expected.