| EnviaTec | Untersuchungen zur Aufnahme eines zusätzlichen hochbelasteten Abwasserteilstroms |
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An einem großen Standort der Chemieindustrie werden die gesammelten Kondensate aus der Dampfversorgung mittels Ionenaustauschern aufgearbeitet. Die Ionenaustauscher (Kationen-, Anionen- und Mischbettaustauscher) müssen regelmäßig regeneriert werden. Dabei fällt diskontinuierlich ein mit Ammonium hochbelasteter Abwasserstrom an. In Abhängigkeit von der jahreszeitlichen Belastung der Kondensate kann das zeitliche Intervall für die Regenerierung zwischen 1 Tag und bis zu 4 Wochen liegen. Die Aufgabenstellung bestand darin, mit Hilfe der dynamischen Kläranlagensimulation zu untersuchen, ob dieser Abwasserstrom in der am Standort vorhandenen Belebungsanlage mitbehandelt werden kann, ohne dass eine Überschreitung der Überwachungswerte zu besorgen ist. Besonderes Augenmerk war dabei auf NH4-N und N gesamt anorganisch (Summe aus NH4-N und NOx-N) zu legen. Außerdem sollte mit Hilfe von STOAT das erforderliche Volumen eines Ausgleichstanks für dieses Kondensatabwasser bestimmt werden. Die folgende Abbildung zeigt das STOAT-Modell der untersuchten Prozesse.
In dem Modell sind Verbindungen zwischen Modellknoten, die zum Zeitpunkt der Untersuchung physisch noch nicht vorhanden waren, rot abgebildet. Dies betrifft die Leitungen zwischen der Anfallstelle für das Kondensatabwasser und dem Eingangstank Biologie mit 10.000 m³ Volumen. Alle übrigen Verbindungen waren bereits vorhanden und sind deshalb in schwarz dargestellt. Knackpunkt der Untersuchung war, ob die hohe zusätzliche Ammoniumfracht verkraftet werden kann. Lief der Kläranlage im Ausgangszustand eine mittlere Ammoniumfracht von ca. 7.2 kg/h zu, sollte sich diese Belastung nach Aufnahme des Kondensatabwasserstroms – mit Berücksichtigung eines gewissen Sicherheitszuschlags – im Mittel auf etwa 18 kg/h, d.h. auf 250% erhöhen. Noch drastischer – und damit auch problematischer – war die Erhöhung der Spitzenfracht. Die NH4-N peak load im Zulauf der Kläranlage betrug im Ausgangszustand nur 0.85 g/s. Der zusätzlich aufzunehmende Teilstrom wies dagegen am Ort des Anfalls eine Spitzenfracht von 14 g/s auf (mehr als das 16-fache der Ausgangsspitzenfracht!). Ursache hierfür war vor allem der stark diskontinuierliche Anfall dieses Teilstroms. Allen an der Untersuchung Beteiligten war deshalb von vornherein klar, dass der Kondensatabwasserteilstrom - wenn überhaupt - nur nach Vergleichmäßigung in einem ausreichend bemessenen Stapeltank in das Klärwerk übernommen werden konnte. Deshalb wurde das STOAT-Modell von Anfang an mit einem Kondensatabwassertank konfiguriert. Im Ergebnis der Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass das Kondensatabwasser in der vorhandenen Kläranlage gereinigt werden kann. Voraussetzung hierfür ist, dass dieser zusätzliche Abwasserstrom weitestgehend vergleichmäßigt übergeben und die Belüftungskapazität im Belebungsbecken um ca. 50 kg/h angehoben wird (Luftsauerstoffbedarf zur Oxidation des Ammoniumstickstoffs). Das Volumen des zu errichtenden Kondensatwassertanks muss 1 200 m³ betragen. Die schrittweise Vergleichmäßigung und Verminderung der Ammoniumkonzentration durch die Stapeltanks zwischen Ort des Anfalls des Kondensatabwassers bis zum Zulauf zur Belebungsstufe soll mit den folgenden Abbildungen demonstriert werden. Die Ordinate zeigt die Konzentration in mg/l NH4-N, die Abszisse die Simulationszeit in Stunden. Die Simulation wurde vorgenommen mit repräsentativen Betriebsdaten aus einem Zeitraum von 7 Monaten. Unterbrechungen zwischen den Balken in den Diagrammen sind darauf zurückzuführen, dass zu dem jeweiligen Zeitpunkt der Abwasservolumenstrom = 0 ist (also an der jeweiligen Stelle kein Ablauf erfolgte).
Abb. 5 verdeutlicht, dass der Abwasservolumenstrom im Ablauf des Klärwerks relativ stark schwankt. Das ist ein sichtbares Ergebnis der Steuerung des Eingangstanks Biologie: Die Steuerung wurde so konfiguriert, dass die der Belebung zugeführte CSB-Fracht möglichst geringe Ausschläge zeigt. Da sich die Fracht bekanntlich als Produkt aus Abwasservolumenstrom und Konzentration ergibt, wird der Abwasservolumenstrom bei hohen CSB-Konzentrationen gedrosselt, bei geringen CSB-Konzentrationen erhöht. Aus Abb. 5 geht auch hervor, dass die gewünschte sichere Abreinigung der hohen Ammoniumfrachten aus dem zusätzlichen Teilstrom erreicht wird. Die NH4-N-Konzentration im Ablauf des Klärwerks ist über die gesamte Simulationsperiode so gering, dass deren Kurve fast mit der Abszisse zusammenfällt. Als höchsten Wert errechnete STOAT eine Konzentration von 1.6 mg/l. Somit ist hier ein genügend großer Sicherheitsabstand zum Überwachungswert gegeben. Der Verlauf der Nitratkurve rechtfertigte, auf die Einrichtung einer zusätzlichen Denitrifikationsstufe zu verzichten. Sofern sich die Stickstoffracht wider Erwarten im praktischen Betrieb doch noch deutlich erhöhen sollte, kann diese Option zu einem späteren Zeitpunkt immer noch eingelöst werden. Die mit dieser Simulation ermittelte Verfahrensführung wurde anlagentechnisch realisiert. Inzwischen liegen auch ausreichend Erfahrungen aus dem Betrieb der neuen bzw. ertüchtigten Anlagen vor (Inbetriebnahme Juli 2006). Dabei haben sich bisher alle Ergebnisse der Simulation eindrucksvoll bestätigt. Die für den Erfolg der Maßnahme wichtige Bemessung des Stapeltanks für das Kondensatabwasser und die Kalibrierung der Einrichtungen zur Steuerung und Regelung der Bewirtschaftung der Stapeltanks wird im folgenden Beispiel noch etwas näher erläutert. |
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