Das C-N-P – Verfahren zur biologischen Optimierung von Kläranlagen

1.       Veranlassung und Zielsetzung

1.1.      Ökonomie oder Ökologie ?

In der öffentlichen Diskussion wird das Thema „Umweltschutz“ in den letzten Jahren zunehmend kontrovers diskutiert:

Während einerseits nachhaltige Maßnahmen zur Erhaltung der Umweltqualität und zum Schutz des globalen Klimas gefordert werden (z.B. Kyoto- und folgende Protokolle), wird andererseits geltend gemacht, dass in wirtschaftlich schwierigen Zeiten ökonomische Aspekte Vorrang haben müssten. Umweltschutz droht damit zum Luxusgut zu werden, auf das man „später“ zurückkommt, „wenn man es sich leisten kann“.

Konkret heißt dies, dass das Umweltargument bei der Entscheidungsfindung in den maßgeblichen Gremien allenfalls eine nachgeordnete Rolle spielt, es sei denn, es seien bestimmte Gesetze einzuhalten (z.B. Emissionsgrenzwerte). Dies ist aus der Sicht der Kommunen und Verbände auch verständlich, da diese sich durch erhöhten Kostendruck und Ausfällen auf der Einnahmeseite immer stärker mit der Notwendigkeit konfrontiert sehen, Kosten einzusparen oder zu vermeiden.

Aus der Erkenntnis heraus, dass ökologisch vorteilhafte Maßnahmen sich nur dann in nennenswertem Umfang durchsetzen werden, wenn sie mit ökonomischen Vorteilen gepaart sind, wurde das innovative C-N-P – Verfahren entwickelt.

Für den Bereich der Abwasserreinigung sind anzustrebende Vorteile für den Umweltschutz im Wesentlichen:

• Verbesserung der Reinigungsleistung
• Erhöhung der Prozessstabilität und damit weniger Störfälle, die die ordnungsgemäße Funktion der Anlage beeinträchtigen
• Verminderung der CO₂-Emission durch verminderten Energieverbrauch, ggf. Erhöhung der Eigenerzeugung aus Klärgas
• Verminderung der zu entsorgenden Reststoffe (Klärschlamm)

Alle diese Punkte sind ebenfalls ökonomisch relevant durch:

• Verbesserung der Reinigungsleistung = weniger Abwasserabgabe,
• Erhöhung der Prozessstabilität = Vermeidung von Strafzahlungen bei Grenzwertüberschreitungen sowie Verminderung der Kosten für Störungsbeseitigung
• Verminderung der Kosten für Energieverbrauch
• Verminderung der Kosten für Reststoffentsorgung

Wie man sieht, ist die Schnittmenge zwischen den beiden Themenkreisen sehr groß, so dass sich eine realistische Chance bietet, mit Hilfe intelligenter Technologie ökologische und ökonomische Aspekte miteinander zu verbinden.

1.2.       Zielsetzung

Das C-N-P – Verfahren wurde entwickelt, um mit Hilfe biologischer Optimierung von Belebungsanlagen Vorteile bei Reinigungsleistung, Prozessstabilität und Anlagenkapazität zu erzielen, gleichzeitig aber auch den Energieverbrauch und die anfallenden Reststoffe zu vermindern. Anders als viele gebräuchliche Ansätze zielt das C-N-P – Verfahren nicht auf eine anlagen- oder regelungstechnische Verbesserung, da dies als eher peripher betrachtet wird (z.B. bessere Ausnutzung des eingetragenen Sauerstoffs oder effizienterer Energieeinsatz). Vielmehr setzt das C-N-P – Verfahren direkt bei den die Abwasserreinigung bestimmenden Mikroorganismen an. Durch Optimierung derer Lebensbedingungen und Regelung ihrer Atmungsaktivität wird einerseits eine höhere und stabilere Reinigungsleistung erzielt, andererseits werden die Mikroorganismen aber auch in die Lage versetzt, die Reinigungsleistung mit insgesamt niedrigerem Sauerstoffverbrauch zu erzielen.

Dies führt insbesondere dazu, dass Stickstoffverbindungen nicht mehr ausschließlich mit der konventionellen Nitrifikation / Denitrifikation eliminiert werden. Vielmehr wird der Stickstoff ohne Umweg über die Nitrat-erzeugung zum großen Teil direkt als molekularer Stickstoff ausgetragen. Dies führt zu geringerem Sauerstoffbedarf (und damit geringerem Stromverbrauch), stabilerer Reinigungsleistung und geringerem Stickstoffeintrag in den Schlamm und damit geringerer Rückbelastung.

Die damit mögliche geringere Belüftung hat weiterhin eine bessere Phosphor-eliminierung zur Folge, da in der Biomasse gebundener Phosphor nicht mehr durch Autolyse freigesetzt und dann gefällt werden muss. Unterstützt wird die verbesserte Phosphoreliminierung durch das verbesserte Absetzverhalten des Schlamms, wodurch der Flockenabtrieb unterbunden wird, der zur Erhöhung des P_ges-Ablaufwertes durch partikulären Phosphor führen würde.

Der niedrigere Sauerstoffeintrag führt nicht nur zu geringerem Stromverbrauch (die Gebläse sind für ca. 50 – 60 % des Stromverbrauchs der Anlage verantwortlich), sondern auch zu geringerem Sauerstoffeintrag in den Belebtschlamm. Dies führt zu einem geringeren Überschussschlammanfall. Die Veränderung der Zusammensetzung und Masse des Überschussschlamms ist schematisch in nebenstehender Abbildung dargestellt (bezogen auf die Trockensubstanz)