6.3    Schlammalter

Obgleich dies in kleinen Kläranlagen nach AbwVO (1999) nicht verlangt wird, galt in Kappe nach Inbetriebnahme der SBR-Anlage die Maßgabe einer die vorhandenen Möglichkeiten ausschöpfenden Stickstoffentfernung. Ein begrenzender Faktor war abgesehen vom Sauerstoffeintrag durch das Schlammalter gegeben. Um diese Begrenzung zu minimieren, sollte das Schlammalter so hoch wie möglich eingestellt werden, ohne dabei einen Schlammabzug mit dem Klarwasser in der Dekantierphase zu riskieren.

Wie in Abschnitt 5.3.1 beschrieben, erreichte das Schlammalter im Meßzeitraum einen Maximalwert von 18 d. Dabei entwickelte sich die Absetzgeschwindigkeit derart, daß z.B. im Falle des 3.12. der Schlammspiegel zu Beginn der Dekantierphase 80 cm, nach Phasenende noch 60 cm unter dem Wasserspiegel lag. Soll, wie in M 210 für maximale Füllhöhen unter 2,50 m empfohlen, der Abstand zwischen Wasser- und Schlammspiegel mindestens 25 cm betragen, liegt das höchstmögliche Schlammalter also noch über 18 d.

Für die maximale Schlammspiegelhöhe gilt nach Umstellung von Gleichung ( 23 ):

hS,max = (1-fA)·hW-0,25 = (1-0,174)·2,30-0,25 = 1,65 m.

Werden für den ISV 90 ml/g angesetzt, läßt sich der TS-Gehalt unter Verwendung der Gleichungen ( 8 ) und ( 20 ) bestimmen:

(24)

Anschließend ist das VSV nach Gleichung ( 8 ) zu berechnen:

VSV = TS · ISV = 5,37 · 90 » 480 ml/l.(25)

Mit TSmax läßt sich schließlich das maximale Schlammalter wie in Abb. 5-9 nach M 210 errechnen. Da außer dem TS-Gehalt alle anderen Einflußgrößen unverändert bleiben, ergibt sich:

Es ist darauf hinzuweisen, daß die richtige Wahl des Schlammindex umso bedeutsamer ist, je näher am Rande der Kapazitätsgrenzen operiert werden soll. Wird der ISV z.B. von 90 ml/g auf 110 ml/g erhöht, sinkt das zugehörige maximale Schlammalter bereits um 3 d. Es ist daher besondere Aufmerksamkeit darauf zu legen, daß der ISV nicht zu niedrig angesetzt wird.

In Kappe indessen steht dem berechneten Schlammalter zufolge hinsichtlich des Beckenvolumens einer weitgehenden Nitrifikation und Denitrifikation nichts im Wege. Darüber hinaus reicht die erzielbare Schlammenge nach A 131 fast für eine zusätzliche Schlammstabilisierung aus. Hierfür werden im Regelwerk 25 d als minimales Schlammalter angesetzt. Für eine Stickstoffentfernung ohne Stabilisierung wird bei dem gewählten Verhältnis der Denitrifikationszeit zur Reaktionszeit tD/tR < 0,2 und einer Temperatur von 10° C lediglich ein Mindestschlammalter von 12 d gefordert. Dabei entspricht tD/tR nach M 210 dem Verhältnis VD/VBB.

Das erforderliche Schlammalter zur Stickstoffeliminierung fällt etwas höher aus, wird es nach einem Bemessungsansatz berechnet, der aufgrund eines Erfahrungsaustausches einiger Hochschulen (HSG-Ansatz) entwickelt wurde (BÖHNKE 1989, HSG 1993). Danach ist zunächst das für die Nitrifikation erforderliche aerobe Schlammalter zu bestimmen. Es setzt sich zusammen aus dem Kehrwert der Wachstumsrate der Nitrifikanten µT und einem Sicherheitsfaktor f' für partiell mangelnde Sauerstoffgehalte, schwankende pH-Werte und evtl. vorhandene Hemmstoffe. In der Wachstumsrate wird die Wachstumskinetik nach Monod, der Temperatureinfluß und die Absterberate berücksichtigt:

(26)

Hierin bedeuten:
µmax,A maximale Zuwachsrate der Nitrifikanten; Vorschlag: µmax,A = 0,52 d-1 bei T = 15 °C;
S Schwankungsfaktor der zu nitrifizierenden Stickstofffracht über den Tag; Vorschlag: S = 2 für Anlagen < 20.000 EW;
NH4-Ne,Sp Überwachungswert für die NH4-N-Konzentration im Ablauf;
Vorschlag: NH4-Ne,Sp ³ 3 mg/l;
KN  Halbwertskonstante für das Wachstum der Nitrifikanten; Vorschlag: 
KN = 0,7 mg/l;
fT,A Temperaturfaktor für das Nitrifikantenwachstum; Vorschlag: fT,A = 1,103(T-15);
bA Absterberate der Nitrifikanten; Vorschlag: bA = 0,05 d-1 bei T = 15 °C;
fT,bA  Temperaturfaktor für die Absterberate der Nitrifikanten; Vorschlag: 
fT,bA = 1,09(T-15).

Für das aerobe Schlammalter ergibt sich daraus bei einer Bemessungstemperatur von 10 °C und einem Überwachungswert von NH4-Ne,Sp = 3 mg/l:

(27)

Bei einem Anteil der Belüftungszeit an der Reaktionsdauer von tN/tR » 0,8 errechnet sich ein gesamtes Schlammalter von

(28)

Schlußfolgernd ist festzustellen, daß das Volumen des SBR-Reaktors der Kläranlage Kappe sowohl nach ATV-A 131 als auch nach dem HSG-Ansatz für eine weitgehende Stickstoffentfernung ausreicht. Dies gilt auch dann, wenn für die Berechnung des Schlammspiegels im Vergleich zu ATV-M 210 ein deutlich vorsichtigeres Modell angewendet wird (s. Abschnitt 6.2). Ob sich der für die Kläranlage Kappe ermittelte Ausgleichsabstand von TS/10 (s. Gleichung ( 20 )) auch für andere Schlämme als anwendbar erweist, bleibt künftigen Forschungsarbeiten überlassen.


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