Die Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser
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Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Die Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser Bilanzen in Kläranlagen – warum und wie? Stickstoff im Abwasser Verfahrensschritte der Stickstoffumwandlung Ergebnis einer Stickstoffbilanz Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 1 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Bilanzen in Kläranlagen – warum? Den Betrieb und seine Prozesse verstehen. Beispiel 1: Hintergrundwissen auffrischen Beispiel 2: Ablaufgrenzwerte sicher einhalten. Die eigenen Messungen überprüfen. Beispiel 1: Plausibilität von Messwerten erkennen Betriebsprobleme erkennen. Beispiel 1: Einfluß von erhöhtem Fremdwasser Beispiel 2: Rückbelastung aus Filtrat der Schlammentwässerung Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 2 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Bilanzen in Kläranlagen – wie? Abluft Zulauf Stufe 1 Ablauf Schlamm Zulauf – Summe aus Ablauf, Abluft und Schlamm = 0 Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 3 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff im Abwasser - Parameter GesN Gesamtstickstoff gelöst / ungelöst Nges Gesamter anorganischer Stickstoff gelöst / ungelöst TKN Norg + NH4-N gelöst / ungelöst Norg Organischer Stickstoff gelöst / ungelöst NH4-N Ammonium-Stickstoff gelöst NO3-N / NO2-N Nitrat/Nitrit-Stickstoff gelöst N2 Elementarer Stickstoff gasförmig NPS N im Primärschlamm ungelöst NÜS N im Überschußschlamm ungelöst Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 4 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff im Abwasser - Prozesse Ammonifikation = (Bio-)Chemische Umwandlung von organischen Stickstoff in Ammoniak (NH3) bzw. Ammonium-Stickstoff (NH4-N), auch: Hydrolyse wo? → Kanal und Vorklärung Inkorporation = Einbau von Ammonium-Stickstoff in die Biomasse wo? → Überschussschlamm Nitrifikation = Biochemische Umwandlung von Ammonium-Stickstoff in Nitrat/Nitrit-Stickstoff unter aeroben Bedingungen (mit Sauerstoff) wo? → Belebungsbecken (belüftete Zonen) Denitrifikation = Biochemische Umwandlung von Nitrat/Nitrit-Stickstoff unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) in gasförmigen Stickstoff wo? → Belebungsbecken (unbelüftete Zonen) Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 5 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Schema Stickstoffbilanz Denitrifikation Zulauf Nzu NVK Nab Ablauf Rückbelastung Einbau in Schlämmen Entnahme mit Klärschlamm Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 6 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff (mg / l) Stickstoffbilanz im Abwasser - Überblick Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 7 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff im Rohabwasser wie? → ca. 60% Ammonium-Stickstoff und ca. 40% organischer Stickstoff durch Hydrolyse im Kanalnetz TKN Stickstoff (mg / l) woher? → Urin/Harnstoff, ca. 11 g/(EW x d) Werte? → 60 – 80 mg/l TKN Unterschiede? → Fremdwassereinfluss, gewerbliches/industrielles Abwasser Probenahmestelle (mit/ohne Rückbelastung) Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 8 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff nach der Vorklärung was? → Fortsetzung der Hydrolyse und TKN Stickstoff (mg / l) Primärschlamm Entnahme von organischem Stickstoff (ungelöst) mit dem Primärschlamm, ca. 1 g/(EW x d) Werte? → 50 – 70 mg/l TKN 10% N-Elimination Unterschiede? → Aufenthaltszeit , interne Kreisläufe Achtung! → Rücklösung in Abwasserteichen Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 9 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff nach biologischer Reinigung (nur C-Abbau) Überschußschlamm TKN Stickstoff (mg / l) was? → Fortsetzung der Hydrolyse und Entnahme von organischem Stickstoff (ungelöst) mit dem Überschussschlamm, ca. 2-3 g/(EW x d) Werte? → 45 - 60 mg/l TKN ca. 20-25% N-Elimination Unterschiede? → Schlammalter, Abwasserzusammensetzung (N/C-Verhältnis) Achtung! → Rücklösung in Abwasserteichen Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 10 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff nach biologischer Reinigung (Nitrifikation) Stickstoff (mg / l) was? → Nitrifikation von NH4-N mit Sauerstoff Nitrat-/NitritStickstoff Werte? → < 5 mg/l TKN > 40 mg/l NO3-N/NO2-N (davon < 1 mg/l NO2-N) Unterschiede? → Schlammalter, TKN Sauerstoffeintrag, Temperatur, ... Achtung! → ohne Nitrifikation, keine Denitrifikation (siehe nächster Schritt) Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 11 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Stickstoff nach biologischer Reinigung (Denitrifikation) Unterschiede? → Größe/Dauer der unbelüfteten Zonen, N/C-Verhältnis, Temperatur, ... Stickstoff (mg / l) Gasförmiger Stickstoff N2 NH4-N NO2-N NO3-N Denitrifikation in unbelüfteten Zonen der Belebung N-Elimination > 70% Norg Nges < 12 mg/l Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 12 Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V. Warum „Stickstoffbilanz“? Den Betrieb und seine Prozesse verstehen. Stickstoffanteile, Schritte der Stickstoffumwandlung und -elimination Die eigenen Messungen überprüfen. Schwankungsbereiche der Messwerte erklären Betriebsprobleme erkennen. Einfluss von erhöhtem Fremdwasseranteil, von langen Kanalnetzen mit vielen Pumpwerken, von Filtrat bei mobiler Schlammentwässerung Stickstoffbilanz im kommunalen Abwasser 13
