Was wir tun

Das C-N-P - Verfahren 

Ganzheitlicher Ansatz statt „Symptomlösung"

Das C-N-P - Verfahren erzielt bei einer Reihe von Kläranlagenproblemen sehr gute Erfolge - gleichwohl ist es nicht primär als „Problemlöser“ für mängelbehaftete Anlagen zu verstehen. Statt verschiedene negative Symptome mit verschiedenen Ansätzen zu korrigieren, soll vielmehr ein ganzheitlicher Ansatz beim biologischen System gefunden werden, der durch Optimierung der Lebensbedingungen der Mikroorganismen viele Probleme gar nicht erst entstehen lässt.

 

Verfahrensprinzip

Grundprinzip des C-N-P – Verfahrens ist die Regelung der Atmungsaktivität der Mikroorganismen mit anschließender Anpassung der Sauerstoffzufuhr. Unterstützend werden die Lebensbedingungen durch dynamische Einstellung eines geeigneten C : N : P-Verhältnisses und weiterer Anlagenparameter optimiert.

Betrachtet man zunächst die Massenbilanz des Bioreaktors für Kohlenstoff nach „konventioneller" Verfahrensführung, so findet man, dass unter hohem Sauerstoffverbrauch der größere Teil des Kohlenstoffs als CO2 über den Gaspfad ausgetragen wird und ein geringerer Teil durch Austrag im Überschussschlamm eliminiert wird (Abb. 1).

Annähernd unter Umkehrung der Massenverhältnisse realisiert das C-N-P – Verfahren die Kohlenstoffeliminierung zum erheblichen Teil durch Einbau in den Überschussschlamm. Dabei wird der ursprünglich sehr hohe Sauerstoffeinsatzstark vermindert.

Abb. 1: Kohlenstoffbilanz und ÜS-Masse

 

Eine substanzielle Verminderung des Sauerstoffeintrags lässt sich aber nur realisieren, wenn zuvor der Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen vermindert wurde – andernfalls müsste man gravierende Nachteile in Bezug auf Reinigungsleistung und Schlammeigenschaften in Kauf nehmen.  

Das C-N-P - Verfahren setzt nun spezielle Hilfsstoffe der ENTEC-Serie ein, die den Sauerstoffbedarf vermindern und dadurch die Verfahrensumstellung ermöglichen. Dabei vereinigen diese mehrere Funktionen in sich:

 

Die sehr große, hydrophobe innere Oberfläche der Polyaluminium-Grundsubstanz bewirkt

  • den Transport organischer Verbindungen in den Schlamm
  • die Förderung anspruchsvoller langlebiger Organismen durch Bildung einer Siedlungsfläche
  • den Ausgleich von Belastungsspitzen
  • ein sinnvolles Kohlenstoff/Stickstoff-Management, welches bei geschicktem Einsatz die  vielfach auftretenden Probleme bei der Stickstoffeliminierung in Schwachlastzeiten vermeidet.
  • Eine Veredelungskomponente bewirkt durch kompetitive Hemmung der enzymatischen Reaktion das Zurückdrängen der unerwünschten Schlammautolyse – damit ergibt sich ein gleichmäßigerer Abbau der Abwasserinhaltsstoffe, der nun auch mit geringerem Sauerstoffeintrag auskommt.

Die enzymatische Hemmung bewirkt auch eine Reduzierung der  Nitratation, so dass die Stickstoffeliminierung nicht mehr den „Umweg" über Nitrat nehmen muss und nur noch geringe Nitratmengen erzeugt werden - eine Denitrifikation wird überflüssig. Dieser Prozess führt zu geringerem Sauerstoffbedarf und geringerer Überschussschlammbildung.

Auswirkungen

Ablaufwerte

 Die beschriebenen Maßnahmen vergleichmäßigen und erniedrigen die Ablaufwerte für Kohlenstoffverbindungen (TOC, CSB, BSB5), sowie für anorganische und organische Stickstoffverbindungen. Die Aluminium haltigen ENTEC-Produkte eliminieren Phosphor quasi „im Nebeneffekt", zusätzlich begünstigt durch den geringen Sauerstoffeintrag und das bessere Absetzverhalten. Dadurch wird die Produktmenge wesentlich geringer als bei den bisher verwendeten „Fällmitteln", welche unter C-N-P - Verfahren im Normalfall nicht mehr benötigt werden.

Überschussschlammmenge  

Im Gegensatz zur Massenerhöhung beim Einsatz herkömmlicher Fällmittel ist bei Einsatz des C-N-P - Verfahrens stets eine Massenabnahme des Überschussschlamms zu beobachten, obwohl ja ebenfalls Phosphor eliminiert wird, der sich zwangsläufig im Schlamm wieder finden muss. Die Massenabnahme kann – abhängig von Ausgangslage und vorher eingesetztem Verfahren – 30-50 % der anfallenden Überschussschlamm-Masse betragen.  

Wie ist nun diese Massenabnahme zu erklären?

Analysen der Belebtschlämme einer Reihe von Anlagen in Bezug auf ihren Gehalt an Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor ergaben ein Bild, welches auch mit den in Abb. 1 dargestellten Massenströmen übereinstimmt:

Belebtschlämme aus konventionell betriebenen Anlagen enthalten oft weniger als 20 % Kohlenstoff und ein C/N-Verhältnis von ca. 3 – 4. Weiterer Bestandteil ist der eliminierte Phosphor – in der Biomasse gebunden oder in anorganischer Form. Den überwiegenden Teil des Schlamms bilden jedoch Inertstoffe und chemisch gebundener Sauerstoff.

Bei Einführung des C-N-P – Verfahrens beobachtet man mit Beginn der Dosierung des ENTEC-Produkts und der Verringerung des Sauerstoffeintrags eine stetige Zunahme des Kohlenstoffgehalts bis auf > 40 % und eine Zunahme des C/N-Verhältnisses bis auf Werte von 8 – 10. Auf Grund verbesserter P-Eliminierung enthält der Schlamm nun auch eine höhere Phosphormasse.

Abb. 1 verdeutlicht, dass die Abnahme der Überschussschlamm-Masse also vor allem auf die geringere Masse an chemisch gebundenem Sauerstoff zurückzuführen ist, die die Zunahme der Masse an Kohlenstoff und Phosphor weit überkompensiert. Ein Praxisbeispiel für die Abnahme der Überschussschlamm-Masse bei gleichzeitiger Erhöhung des C-Gehalts zeigt Abb. 2.

Abb. 2: ÜSS-Masse und C-Gehalt

 

Energieverbrauch

Aus dem oben gesagten geht hervor, dass sich der Sauerstoffbedarf der Biocoenose verringert und im Verlauf der Verfahrensumstellung der Sauerstoffeintrag dem verminderten Bedarf angepasst wird. Zwanglos lässt sich damit eine Verminderung des Stromverbrauchs der Belüfter um 30 % und mehr erklären. Neben dem ökonomischen Vorteil hat dies den ökologischen Vorteil einer geringeren Emission des als „Treibhausgas“ unvorteilhaften Kohlendioxids bei der Stromproduktion.

Schlammeigenschaften, hydraulische Kapazität

Mit der Einführung der Dritten Reinigungsstufe haben auf vielen Anlagen Schlammprobleme zugenommen. Dies betrifft insbesondere das Absetzverhalten, einen Anstieg des Schlammindex, Bildung von Schwimmschlamm und Schaum. Eine wesentliche Rolle spielen dabei fadenförmige Organismen, die unter bestimmten Bedingungen (z.B. niedrige Temperatur, niedrige Schlammbelastung) Wachstumsvorteile haben und sich dann übermäßig vermehren. Während in vielen Fällen die Dosierung von Aluminium-Verbindungen Abhilfe bringt, sind andererseits Fälle bekannt, bei denen keine Wirkung beobachtet wird, oder eine anfängliche Verbesserung später wieder verschwindet. Dagegen tritt bei konsequenter Umstellung auf C-N-P - Verfahren eine veränderte Nahrungssituation ein, die den Fadenorganismen keinen Wachstumsvorteil mehr bietet. So wurde unter C-N-P - Verfahren der vielfach diskutierte „Gewöhnungseffekt“ noch nie beobachtet – weiterhin sind die benötigten Produktmengen (bezogen auf Al) im Allgemeinen geringer als bei einfacher Produktdosierung.

Durch den meist ganzjährig unter 100 ml/g liegenden Schlammindex verbunden mit höherer Absetzgeschwindigkeit ist naturgemäß geringere Abtriebsgefahr im Nachklärbecken gegeben und damit höhere hydraulische Kapazität.  

 

Weitere Prozessparameter

Neben den beschriebenen Effekten hat das C-N-P - Verfahren Einfluss auf weitere Prozessparameter. Dies sind insbesondere:  

  • Schlammalter

Bei konventionell betriebenen Anlagen sind die Eingriffsmöglichkeiten zur Beeinflussung des Schlammalters oftmals begrenzt: Eine gewünschte Erhöhung lässt sich meist nur über den Parameter TS-Gehalt realisieren – hier ist aber oftmals eine Begrenzung durch Schlammvolumen/Schlammindex gegeben. Eine erste Abhilfe ist hier durch die Indexverbesserung gegeben, die unter C-N-P - Verfahren eintritt.  

Entscheidender ist aber die Verminderung der Überschussschlammproduktion unter C-N-P - Verfahren, die das rechnerische Schlammalter signifikant erhöht. Abb. 3 zeigt ein Beispiel für signifikanten Anstieg des Schlammalters bei fast konstantem TS-Gehalt.

Abb. 3: Abl.-Werte N, TS, Schlammalter

 

Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass sich der Anteil der belebten Biomasse im Schlamm erhöht und damit auch das effektive Schlammalter.  

Es ist aber zu beachten,  dass die Erhöhung  des Schlammalters nicht unter allen Umständen sinnvoll ist  –  das C-N-P -Verfahren bietet jedoch mehr Freiräume, ein geeignetes Schlammalter zu wählen, je nachdem für welche Fahrweise die Anlage konzipiert ist. So wird man z.B. bei einer Anlage mit Faulturm eher ein niedriges Schlammalter (z.B. 20 d) einstellen, während bei einer aerob stabilisierenden Anlage ein Schlammalter  von 50 d und mehr die Stabilisierung fördert.

 

  • Schlammbelastung

Die Schlammbelastung ändert sich zunächst nicht, durch die oben beschriebene Indexabsenkung besteht jedoch die Möglichkeit, den TS-Gehalt in weiteren Grenzen zu variieren und damit eine geeignete Schlammbelastung einzustellen.

 

  • Raumbelastung – Anlagenkapazität

C-N-P – Verfahrensführung führt zu einer signifikanten Erhöhung der Anlagenkapazität in Bezug auf abgebaute Frachten.  Damit  sind  –  bezogen auf  das Belebungsbecken  -  problemlos  mittlere  Raumbelastungen  von 1,2 kg {CSB}/m³ d möglich, mit geringfügigen Einschränkungen auch bis zu 1,8 kg{CSB}/m³ d.

Kurzfristige Stoßbelastungen (d.h. ca. 1 Tag) dürfen die o.g. Werte auch überschreiten, wenn durch frachtproportionale Dosierung des ENTEC-Produkts der Belastungsstoß durch Adsorption abgefangen wird und zu einem späteren Zeitpunkt abgearbeitet werden kann.

 

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