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Klärschlammbehandlung Sichere Steuerung und Überwachung in der Klärschlammbehandlung

| Autor / Redakteur: Christian Gutknecht und Andreas Lengemann / Dr. Jörg Kempf

Die Schlammbehandlung stellt eine der größten Herausforderungen für Kläranlagenbetreiber dar, bietet aber auch neue Chancen. Mit dem richtigen Instrumentierungskonzept sind Sie auf der sicheren Seite, wie das Beispiel Phosphor-Rückgewinnung zeigt.

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Magnesiumammoniumphosphat (MAP) in kristalliner Form, gewonnen in der MAP-Anlage in Waßmannsdorf
Magnesiumammoniumphosphat (MAP) in kristalliner Form, gewonnen in der MAP-Anlage in Waßmannsdorf
(Bild: Endress+Hauser)

Im Klärwerk Waßmannsdorf am Rande Berlins wird seit 1998 eine Form des Phosphorrecyclings praktiziert, die gleich mehrere ökologische und ökonomische Vorteile bietet: die so genannte optimierte biologische Phosphatelimination im Abwasser mit kontrollierter Magnesiumammoniumphosphat (MAP)-Fällung. Die Anwesenheit freier ungebundener Phosphate aus der biologischen Abwasserreinigung zur Schlammbehandlung über den Überschussschlamm bewirkt allerdings eine neue Situation: Der Prozess mit biologischer Phosphorelimination und Faulung konzentrierter Schlammströme begünstigte offenbar die Bildung von Inkrustationen in der Schlammbehandlung, die vorwiegend aus schwerlöslichen MAP-Ablagerungen bestehen. Hintergrund: Das Entgasen der mit Kohlensäure übersättigten Faulschlämme und Prozesswässer bewirkt eine pH-Wert-Erhöhung der wässrigen Phase dieser Medien. Das Löslichkeitsgleichgewicht wird verschoben. MAP kristallisiert aus und lagert sich an Rohrwänden und Pumpen ab.

Die Reinigungskapazität des Klärwerks Waßmannsdorf entspricht 230.000 m³/Tag bei Trockenwetter.
Die Reinigungskapazität des Klärwerks Waßmannsdorf entspricht 230.000 m³/Tag bei Trockenwetter.
(Bild: Berliner Wasserbetriebe)

Die Eindickung des Überschussschlammes durch Zentrifugation sowie die Schwerkrafteindickung des Primärschlamms sind umweltverträgliche Methoden mit geringem Energieaufwand. Durch die Erhöhung der Konzentration der Feststoffe in der Schlammbehandlung findet ebenfalls eine Anreicherung der gelösten Inhaltsstoffe statt, die zur Fällung neigen. Nach der Fest-Flüssig-Trennung mittels Zentrifugen wird das mit löslichen Phosphaten belastete Schlammwasser dem Klärwerk wieder zugeleitet, was sich in der Phosphatbilanz negativ auf die Ablaufwerte niederschlägt.

Weitere Optimierungen im Schlammbereich führten zu einer unbeabsichtigten Verschärfung der Problematik. Insbesondere die Aufkonzentrierung der Schlämme durch statische und maschinelle Eindickung erhöht zwangsläufig die Konzentrationen an gelösten Ionen wie Magnesium, Ammonium und Phosphor im Klärschlamm. Innerhalb kurzer Zeit inkrustierten viele Rohrleitungen und Aggregate in der Verfahrenstechnik der Schlammbehandlungsanlagen.

Ein normaler Klärwerksbetrieb war unter diesen Umständen ökologisch und ökonomisch kaum zu gewährleisten. Eine Lösung gegen die ungewollte Ausfällung der Magnesiumammoniumphosphate wurde mit der Entwicklung eines so genannten MAP-Fällungsverfahrens erreicht. Damit werden die freien Orthophosphationen im Prozess – nach dem Faulturm und vor der Schlammentwässerung – aus dem Schlamm entfernt und die erwähnten Probleme beseitigt.

Optimale Fällungsbedingungen

Vor fünf Jahren entstand im Klärwerk Waßmannsdorf ein patentierter Reaktionsbehälter, in dem Bedingungen herrschen, die eine Fällung und Rückgewinnung von MAP aus dem Schlamm exakt und ausschließlich an diesem Ort erfolgen lassen. Die Steuerung und Überwachung der Prozesse übernimmt Messtechnik von Endress+ Hauser. In der Anlage sorgen Parameter wie Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur sowie pH-Wert entscheidend dazu bei, den gesamten Prozess zu steuern und zu überwachen.

Vor allem die pH-Messung im Zu- und Ablauf des MAP-Reaktionsbehälters (Orbisint CPS11D mit Memosens-Technologie und Wechselarmatur CPA450) stellen dabei einen entscheidenden Regelparameter dar, das MAP aus dem Schlamm unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zurückzugewinnen.

Im MAP-Reaktionsbehälter wird das Koagulations- und Fällungsmittel MgCl2 (Magnesiumdichlorid) dosiert. Das Ausstrippen des mit CO2 übersättigten Faulschlammes mit Luft über eine Flächenbelüftung am Behälter­boden bewirkt einen pH-Wert-Anstieg in Richtung pH 8. Somit wird eine gezielte Ausfällung von größeren Mengen an MAP induziert. Hier entsteht nun ein Produkt, das sich durch seine Reinheit und Zusammensetzung (gemäß Düngemittelverordnung) als hervorragendes Düngemittel auszeichnet und direkt in der Landwirtschaft und im Gartenbau eingesetzt werden kann.

* C. Gutknecht ist Branchenmanager Umwelt bei der Endress+Hauser Messtechnik GmbH + Co. KG, Weil am Rhein; A. Lengemann ist Mitarbeiter der Berliner Wasserbetriebe.

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