Steigerung der Leistungsfähigkeit von Bepflanzten Bodenfiltern für die Abwasserbehandlung durch Prozess- und Verfahrensoptimierung (Simulationsstudie)

Abstract

Das Projekt zur Dezentralen Abwasserbehandlung und Wasserwiederverwendung für Regionen mit saisonalem Trockenstress (DeWaResT) beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuen Typs von bepflanzten Bodenfiltern. Die Effizienz soll gesteigert, der Platzbedarf gleichzeitig reduziert werden. Das gereinigte Abwasser soll entsprechend der ab 25. Mai 2023 gültigen EU-Verordnung 2020/741 zur Bewässerung der Vegetation genutzt werden. Im Rahmen des Projektes wurde ein zweistufiger, aktiv belüfteter Vertikalfilter gebaut, welcher mit Rohabwasser beschickt wird und einen Flächenbedarf von zirka 1 m²/E beansprucht. Der Campingplatz, auf welchem die Anlage betrieben wird, wird nur im Sommer bewirtschaftet. Die Ablaufwerte in der letzten Saison (2022) für die Kohlenstoffelimination erreichten die Zielvorgaben. Die Grenzwerte für anorganischen Stickstoff (NH4-N, NO3-N, NO2-N) wurden mit rund 59 mgN/l deutlich überschritten (<25 mgN/l). Mehr als 70% des anorganischen Stickstoffs im Ablauf bestehen aus Nitrat. Eine dynamische Simulation der Anlage mit dem Programm Simba#water soll den Nutzen eines vorgeschalteten Denitrifikationstanks mit entsprechender Rezirkulationsrate überprüfen. Angelehnt an den rezirkulierenden Vertikalfilter mit Rezirkulationstank von Abdallat (2017) soll ein Reaktor mit Bewuchskörpern und einer ohne Bewuchskörper untersucht werden. Nach Simulationen zur Größe des Tanks und Mischungsverhältnis des Rohabwassers zum Filtrat wurden jeweils ein Tank mit und ein Tank ohne Bewuchskörper der Größe 1 m³ in das Modell des bepflanzten Bodenfilters (BBF) eingebaut. Als ideales Rezirkulationsverhältnis in der Simulation erwies sich 100%. Der anorganische Stickstoffwert für den Tank ohne Bewuchskörper sank somit auf 11,99 mgN/l, für den Tank mit Bewuchskörpern auf 11,89 mgN/l. Mit der vorgeschalteten Denitrifikation wäre es laut der Simulation möglich, die Zielwerte zu erreichen. Eine zusätzliche Messkampagne zur Verifikation der Ergebnisse nach Einbau des Denitrifikationstanks wird empfohlen, da keine Simulation zu 100% die Realität widerspiegeln kann.

The project on Decentralised Wastewater Treatment and Water Reuse for Regions with Seasonal Drought Stress (DeWaResT) deals with the development of a new type of constructed wetland. The aim is to increase efficiency while at the same time reducing the space required. The treated wastewater is to be used to irrigate vegetation in accordance with EU Regulation 2020/741, which will come into force on 25 May 2023. Within the scope of the project, a single-stage, actively aerated vertical filter was built, which is fed with raw sewage and requires a surface area of approximately 1 m²/E. The campsite on which the plant is operated, is only managed in summer. The effluent values in the last season (2022) for carbon elimination reached the targets. The limit values for inorganic nitrogen (NH4-N, NO3-N, NO2-N) were clearly exceeded at around 59 mgN/l (<25 mgN/l). More than 70% of the inorganic nitrogen in the effluent consists of nitrate. A dynamic simulation of the plant with the software Simba#water was implemented to ver-ify the usefulness of an upstream denitrification tank with an appropriate recirculation ratio. Based on the recirculating vertical constructed wetland with recirculation tank by Abdallat (2017), a reactor with attached growth media and one without attached growth media should be investigated. After simulations on the size of the tank and the mixing ratio of the raw wastewater to the filtrate, one tank with and one tank without attached growth media of the size 1 m³ were installed in the model of constructed wetland (BBF). The ideal recirculation ratio in the simulation proved to be 100%. The inorganic nitrogen value for the tank without attached growth media thus fell to 11.99 mgN/l, for the tank with attached growth media to 11.89 mgN/l. According to the simulation, it would be possible to achieve the target values with the upstream denitrification. An additional measurement campaign to verify the results after installation of the denitrification tank is recommended, as no simulation can reflect reality 100%.