Emsland-Aller Aqua: Zwei Abwasserwelten in einer Anlage
Ein dreistufiges MBBR-System ermöglicht die zuverlässige Behandlung zweier saisonal unterschiedlicher Abwassercharakteristika.
Die Herausforderung: konstante Anforderungen, wechselndes Abwasser
Emsland-Aller Aqua verarbeitet Kartoffeln und Erbsen als Ausgangsmaterial für seine Produkte. Daraus ergibt sich eine besondere Herausforderung für die industrielle Abwasserbehandlung: Von August bis November bestimmt die Kartoffelkampagne den Betrieb, von Dezember bis Juli die Erbsenkampagne. Mit dem Wechsel der Ausgangsmaterialien verändern sich auch die Eigenschaften des anfallenden Prozessabwassers. Organische Belastung, Stickstoffgehalt und C/N-Verhältnis variieren über das Jahr deutlich.
Die Anforderungen an die Ablaufqualität verändern sich dagegen nicht. Für die Direkteinleitung müssen unter anderem Vorgaben für den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor eingehalten werden. Die konkreten Grenzwerte werden in der wasserrechtlichen Einleitungserlaubnis festgelegt. Gerade bei wechselnden Zulaufbedingungen braucht es deshalb ein Behandlungskonzept, das nicht auf einen einzelnen Betriebszustand zugeschnitten ist.
Vom Abwasserprofil zum passenden Verfahrenskonzept
Für DAS Environmental Experts stand deshalb nicht die Auswahl einer einzelnen Technologie am Anfang der Planung, sondern die Frage: Wie muss das Gesamtsystem aufgebaut sein, damit es mit beiden Abwassercharakteristika stabil arbeitet?
Dazu wurden zunächst verschiedene biologische Verfahren betrachtet. Entscheidend waren eine hohe Biomassekonzentration, eine stabile Prozessführung, kompakte Bauweise und die Möglichkeit, das System bei Bedarf zu erweitern. Gemeinsam mit dem Kunden Emsland-Aller Aqua fiel die Wahl auf ein mehrstufiges MBBR-Verfahren (Moving Bed Biofilm Reactor).
Vor der endgültigen Dimensionierung untersuchte DAS Environmental Experts die Abwässer im Labor. Unter anderem wurden CSB-Abbauraten sowie Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse analysiert und Veränderungen des C/N-Verhältnisses bewertet. Eine anschließende Pilotierung überprüfte die Ergebnisse unter realitätsnahen Bedingungen. Damit ließen sich Reaktorgrößen, Belüftungskonzepte und die Aufteilung der biologischen Stufen absichern.
Drei biologische Stufen für unterschiedliche Aufgaben
Herzstück der Anlage ist ein dreistufiges MBBR-System. Im ersten Schritt werden die verschiedenen Abwasserströme in einem Misch- und Ausgleichsbehälter zusammengeführt und homogenisiert. Dadurch lassen sich Schwankungen in Menge und Zusammensetzung ausgleichen, bevor das Abwasser die biologische Behandlung erreicht. Online-Analysatoren erfassen kontinuierlich wichtige Parameter wie CSB, Stickstoff und Phosphor und schaffen die Grundlage für eine bedarfsgerechte Nährstoffdosierung.
Anschließend übernimmt jede MBBR-Stufe eine definierte Aufgabe. Die Hochlaststufe reduziert den überwiegenden Teil der organischen Fracht. In der Schwachlaststufe wird die verbleibende organische Belastung weiter abgesenkt und Ammonium durch Nitrifikation zu Nitrat oxidiert. Die separate Denitrifikationsstufe wandelt dieses Nitrat schließlich in Stickstoffgas (N₂) um und reduziert damit gezielt den Gesamtstickstoff im Ablauf.
Das MBBR-Verfahren basiert auf dem Biofilmprinzip: Die Mikroorganismen siedeln sich auf frei beweglichen Trägermaterialien im Reaktor an. Dadurch verbleibt die Biomasse länger im System und kann sich besser an schwierige Abwasserbedingungen anpassen. Eine Schlammrückführung ist nicht erforderlich. Das vereinfacht die Anlagenhydraulik und reduziert die verfahrenstechnische Komplexität.
Chemisch-physikalische Behandlung ergänzt die Biologie
Um die Anforderungen an die Ablaufqualität sicher einzuhalten, ergänzen chemisch-physikalische Prozessschritte die biologische Behandlung.
Zur Phosphorelimination werden gelöste Phosphate durch eine gezielte chemische Fällung in schwerlösliche Verbindungen überführt und anschließend als Feststoffe aus dem Abwasser entfernt. Nach der biologischen Behandlung wird der anfallende Überschussschlamm mittels Flotation abgetrennt. Fein verteilte Luftblasen lagern sich dabei an die Feststoffpartikel an und transportieren sie an die Wasseroberfläche. Anschließend wird der abgetrennte Schlamm mechanisch entwässert. Das reduziert seinen Wasseranteil und damit das Volumen für Lagerung und Abtransport.
Das Ergebnis ist ein abgestimmtes Gesamtsystem, das schwankende Zulaufbedingungen ausgleicht, Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen biologisch abbaut und die Phosphorelimination mit der Schlammabtrennung und -entwässerung verbindet.
Fazit: Ausgelegt auf zwei Abwassercharakteristika
Die Anlage wurde von Beginn an für zwei saisonal unterschiedliche Abwasserströme konzipiert. Die jeweiligen Belastungsprofile flossen deshalb bereits in die Planung und Auslegung der einzelnen Verfahrensstufen ein. Laboruntersuchungen und Pilotierung lieferten dafür die Datengrundlage und halfen, Reaktorgrößen, Belüftung und Stufeneinteilung abzusichern.
Die funktionale Trennung von Hochlastabbau, Nitrifikation und Denitrifikation ermöglicht eine gezielte Prozessführung bei wechselnden C/N-Verhältnissen. Die auf den Trägermaterialien angesiedelte Biomasse erhöht zugleich die Robustheit gegenüber Lastwechseln und schwierigen Abwasserbedingungen. Zusammen mit der chemischen Phosphorelimination und der Flotation zur Schlammabtrennung entsteht so ein Anlagenkonzept, das auf die saisonal wechselnden Produktionsbedingungen abgestimmt ist.
Damit lässt sich die zentrale Anforderung des Projekts erfüllen: zwei unterschiedliche saisonale Abwassercharakteristika in einer Anlage zuverlässig zu behandeln und gleichzeitig eine stabile Ablaufqualität sicherzustellen.
Weitere Impressionen
