Prozesssteuerung für ein AF-PNA-Verfahren bei kommunalemAbwasser unter dem Aspekt der Energieeffizienz

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Grundlagen des Energiehaushaltes auf kommunalen Kläranlagen, der anaeroben Abwasserbehandlung und der Stickstoffelimination, insbesondere des neuartigen Verfahrens, der Deammonifikation, beschrieben. Danach werden Verfahrenskombinationen eines anaeroben Filters (AF) mit den klassischen Stickstoffeliminationsverfahren Nitrifikation und Denitrifikation, Nitritation und Denitritation sowie der Deammonifikation (= Partielle Nitritation Anammox =PNA) entwickelt. Diese Verfahrenskombinationen werden in einer Versuchsanlage im Labormaßstab erprobt, wobei die Deammonifikation nur ansatzweise funktioniert hat. Mit Hilfe der Versuchsergebnisse werden die Verfahrenskombinationen weiterentwickelt und aus energetischer Sicht und bezüglich ihrer Treibhausgasemissionen bewertet. Der Anaerobfilter ermöglicht eine größere Energieausbeute als aerobe Verfahren und durch die Deammonifikation aus den autotrophen Teilprozessen „partielle Nitritation“ und „Anammox“ sowie auch durch die Kombination mit der Nitritation / Denitritation wird der Energieverbrauch bei der Stickstoffelimination reduziert. Eine energiepositive / energieautarke Kläranlage ist mit dieser Verfahrenskombination möglich. Aufgrund der Erfahrungen in der Versuchsdurchführung wird ein Verfahrenskonzept bestehend aus den Teilprozessen anaerobe Abwasserbehandlung, Nitritation, Denitritation und Anammox empfohlen, das auf wechselnde CSB-Abbaugrade im Anaerobfilter durch entsprechende Prozesssteuerung reagieren kann. Diese innovative Verfahrenskombination muss im Rahmen weiterer Forschungen geprüft sowie technisch und wirtschaftlich bewertet werden, insbesondere müssen weitere Untersuchungen der Lachgasemissionen zeigen, ob auch im Vergleich zu konventionellen Verfahren die Treibhausgasbilanz verbessert wird.

In a first step the present study describes the main features of the energy budget in municipal sewage plants, of the anaerobic wastewater treatment and the nitrogen removal, especially the innovative procedure of the deammonification. After this, new combinations of an anaerobic filter with the classical nitrogen removal, like nitrification + denitrification, nitritation + denitritation as well as deammonification (PNA = partial nitritation Anammox), are subsequently demonstrated. These combinations were tested in an experimental station in laboratory scale, in which the deammonification worked rudimentary. Based on the test results, the combinations, described above, are further developed and valuated from an energy perspective and their greenhouse gas emission. By using an anaerobic filter it is possible to get a much higher profit of energy than in an aerobic process, and the deammonification with the two autotrophic steps of “partial nitritation” and “anammox” as well as a combination with nitritation + denitritation can even reduce the energy input for the nitrogen removal. In these combinations the process is able to achieve a self-sufficient energy-balance of a wastewater treatment plant and even energy supplies. Based on the experiences of the experimental results this study recommends a process concept, that consists of the sub-processes anaerobic wastewater treatment, nitritation, denitritation and Anammox, that can react fast on changing concentrations of CSB in the anaerobic filter by the aid of corresponding process control. This innovative procedure has to be tested in scientific studies and assessed with regard on technical and economic aspects, especially further research on the emissions of nitrous oxid are necessary, as well as a comparison to conventional procedure in what concerns the reduction of greenhouse gas emissions.