701_DO_Kurzbericht_Schlammentwässerungseigenschaften 2021.pdf

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Inhaltsverzeichnis Seite

1. VERANLASSUNG UND VORGEHENSWEISE 3

2. VERSUCHSPROGRAMM 4

3. PRAXISBEWÄHRTE UNTERSUCHUNGSMETHODIK ZUR BEURTEILUNG VON KLÄRSCHLAMMEIGENSCHAFTEN 5

4. ERGEBNISSE DER SCHLAMMKENNWERTE 8

4.1 Allgemeine Vergleichs-Schlammkennwerte 9 4.2 Ergebnisse der Faulschlamm-Kennwerte 10 4.2.1 weitergehende Analysen und Bewertungen 11 4.2.2 Fällungspotential 13 4.2.3 Kationenverhältnis 16 4.2.4 Fotodokumentation Mikroskopie 19 4.2.5 Feinstanteil 21 4.2.6 Entwässerungsprognosekennwert Laborschleuder / Prognose 22 4.3 Fazit Schlammkennwerte und Empfehlungen zur Zentrifugenbetriebsweise 29

A N L A G E N 33

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1. Veranlassung und Vorgehensweise

Im Rahmen der Bearbeitung des „Gutachtens zur Faulschlammentwässerung mit Auswahl Maschinen- system“ wurde entschieden, die pFM-Aufbereitung im Bereich der Entwässerung ergänzend zu unter- suchen und dabei auch erneut die Faulschlammkennwerte zu dokumentieren.

Das Gutachten wurde September 2020 vorgelegt und im Dezember 2020 vorgestellt. Nach Wechsel des Polymerlieferanten durch das Klärwerk wurde die Probenahme am 26.05.2021 durchgeführt.

Hiermit wird ein zusammenfassender Bericht zu den Ergebnissen der Schlammuntersuchungen und einer Prognose der möglichen Entwässerungsleistung vorgelegt.

Abb. 1: pFM-Dosierbehälter FS-ENTW, 26.05.2021 [Quelle: IB Dr. Denkert]

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2. Versuchsprogramm

Probenahme: 16.07.2019 für Gutachten, Beprobung durch IB Dr. Denkert Probenahme: 26.05.2021 Ergänzung ausgewählter Proben, Beprobung durch IB Dr. Denkert und Betrieb KA

Tabelle 1: Untersuchte Schlammproben

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3. Praxisbewährte Untersuchungsmethodik zur Beurteilung von

Klärschlammeigenschaften

Zur Beurteilung und Beschreibung der Klärschlammeigenschaften sind Leitparameter der physikali- schen, chemischen, biologischen und/oder seuchenhygienischen Klärschlamm-Eigenschaften be- kannt. Nach der von uns entwickelten Untersuchungsmethodik und vorliegenden eigenen langjährigen Erfahrungen werden je nach Aufgabenstellung die Kriterien

• Bewertung der Abwasserreinigungs- und Klärschlammbehandlungs-Verfahrenstechnik und deren Leistungsfähigkeit, • Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der gesamten Schlammbehandlung und zur Sedimentation, Kompressibilität und der Feinstanteile der Klärschlämme sowie deren Opti- mierung

für die Beurteilung der Klärschlammeigenschaften ganzheitlich beurteilt.

Die Bewertung der vorhandenen Verfahrenstechnik zur Abwasserreinigung und Klärschlammbehand- lung und deren Einfluss auf die Klärschlammeigenschaften ist nicht Bestandteil des vereinbarten Leis- tungsumfanges.

Die Leistungsfähigkeit der Eindick- und Entwässerungsmaschinen wird von nachfolgenden Einflussfak- toren maßgeblich bestimmt.

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Abb. 2: Allgemeine Einflussfaktoren auf die Eindick- und Entwässerungsmaschinen

Die bei der Abwasserbehandlung anfallenden Klärschlämme sind als Rückstände das technische Er- gebnis

• aus der Abwasserzusammensetzung, • aus Art und Umfang der Verfahren zur Abwasserreinigung und Schlammbehandlung.

Auf verschiedenen Kläranlagen, die mit gleichen Maschinen ausgestattet sind, können sehr unter- schiedliche Entwässerungsergebnisse erreicht werden, weil die Schlammeigenschaften als Folge der Rohabwasserzusammensetzung und der Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Klärschlamm- behandlung von Anlage zu Anlage sehr unterschiedlich sein können. Die variablen Maschinenparame- ter müssen in jedem Fall auf die jeweiligen Klärschlammarten und -eigenschaften angepasst und opti- miert werden.

Die hohen Reinigungsanforderungen an die kommunale und industrielle Abwasserbehandlung mit den gesetzlich festgeschriebenen Reinigungszielen zur Stickstoff- und Phosphorelimination verursachen nach den hier vorliegenden Untersuchungsergebnissen sowohl einen deutlichen Anstieg der zu behan- delnden Klärschlammmengen, wie auch deutliche Veränderungen der Klärschlammeigenschaften.

Die komplexen Zusammenhänge und Einflüsse aus der Abwasserreinigung auf die anfallenden Klär- schlämme und insbesondere die Veränderungen der Schlammeigenschaften im Prozessverlauf wer- den mit der hier entwickelten Untersuchungsmethodik ganzheitlich beurteilt und mit vorliegenden Be- triebsergebnissen verschiedener Klärwerke verglichen. Je nach Aufgabenstellung werden bis zu 20

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verschiedene praxisbewährte schlammspezifische Kennwerte im hiesigen Abwasser- und Schlammla- bor bestimmt, mit Bewertung der verschiedenen praxisbewährten chemisch-physikalische Kenngrößen (einschließlich Fett- und Eiweißanteil, MAP-/CaCO -Fällungspotenzial, Sandanteil und Mikroskopie mit 3 Nachweis Fadenbakterien und EPS) und spezieller Eindick- und Entwässerungs-Kennwerte zur Beur- teilung des Sedimentations- und Kompressionsverhalten, des Feinstanteils sowie der optimalen Kondi- tionierung (Ladungspotenzial-Messung mit SCD-Streaming Current Detector).

Zur abschließenden Bewertung der Veränderungen der Schlammeigenschaften im Prozessverlauf werden diese Untersuchungen empfohlen.

Die Grundlagen mit allgemeiner Beschreibung der untersuchten Laborkennwerte und der Vorgehens- weise befinden sich in Anlage 2.

Derzeit sind hier ca. 8.760 Datensätze von ca. 244 verschiedenen Klärwerken und Schlammarten (Stand 01.09.2016) ausgewertet. Sämtliche Kennwerte sind auch im DWA Merkblatt M 383 „Kenn- werte der Klärschlammentwässerung“ (Juli 2019) enthalten und ausführlich beschrieben.

Hier im Büro sind derzeit ca. 495 Gutachten, Berichte und Entwürfe sowie 95 Veröffentlichungen/Vor- träge zur Abwasserreinigung und Schlammbehandlung zusätzlich zu den HOAI-Ingenieurplanungen bearbeitet worden (Stand 01.12.2019).

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4. Ergebnisse der Untersuchungen

Tabelle 2: Untersuchte Schlammkennwerte

Fett- und Eiweiß-Analysen wurden im chemischen Fachlabor Wessling durchgeführt.

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4.1 Allgemeine Vergleichs-Schlammkennwerte

Nachfolgend sind die Bandbreiten für die Kennwerte der im hiesigen Schlammlabor analysier- ten Klärschlämme zur vergleichenden Bewertung zusammengestellt: Stand: 31.08.2016 ausgewertete Datensätze: 8.761 ausgewertete Klärwerke und Schlammarten: 244

Tabelle 3: Statistische Auswertung der Kennwerte von Faulschlamm

(Quelle: Datenmaterial Ingenieurbüro Dr. Denkert, veröffentlicht in DWA M 383 „Kennwerte der Schlammentwässerung)

Einzelne Extremwerte können die Folge von Betriebsstörungen sein. Es sind hierfür 8.761 Datensätze von 244 verschiedenen Klärwerken und Schlammarten ausgewertet (Quelle: Datenmaterial Ingenieur- büro Dr. Denkert, veröffentlicht in DWA M 383 „Kennwerte der Schlammentwässerung, Juli 2019).

Bericht FS-Kennwerte BGL 20210526.docx K e n n w e r t

F e s ts to ffk o n z e n tra tio n T G lü h v e rlu s t G V S a n d a n te il (s a lz s ä u re u n lö s lic h e r A O rg a n is c h e S ä u re n (E s s ig s ä u re ä q u iv a le n t H S ä u re k a p a z itä t S K 4 ,3 B a s e n k a p a z itä t B K 8 ,2 p H -W e rt e le k tris c h e L e itfä h ig k e it L a b o rs c h le u d e r-A u s tra g s p e z . C S T -W e rt s p e z . L ip o p h ile S to ffe s p e z . P ro te in /E iw e iß -A n C h lo rid K o n z e n tra tio n S

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8 2 6 9

5 8

5 4

5 6 2 5 7 9 7 9 3 .1 7 5 2 7 1 9 2 0 a 87

0

6

5 8 5087927 h

5 l M in

1 1 ,2 4 0 ,1

2 ,1

3 ,7

6 ,4 0 ,3 6 ,1 1 ,1 3 4 ,2 1 ,0 2 ,4 0 ,6 9 ,1 3 M a x

9 3 ,0 7 0 ,2

7 2 ,9

.8 1 5 ,0

1 6 3 ,3 1 4 ,0 8 ,3 1 5 ,2 2 8 4 ,2 5 0 ,2 3 3 8 ,6 5 5 6 ,5 9 9 3 ,0 M W

2 9 ,6 5 4 ,6

3 2 ,7

2 0 7 ,4

7 6 ,7 5 ,1 7 ,4 7 ,2 9 8 ,5 9 ,8 2 4 ,2 8 2 ,6 2 4 7 ,2 M e d ia

2 7 ,3 5 5 ,1

3 1 ,6

1 6 1 ,4

7 5 ,9 4 ,6 7 ,4 7 ,1 9 3 ,4 8 ,4 2 0 ,5 6 6 ,5 1 7 1 ,0 n p 1 5 % - e r c e n til 2 0 ,3 4 8 ,9

1 9 ,7

4 8 ,9

5 3 ,1 2 ,6 7 ,2 5 ,1 7 6 ,2 3 ,8 9 ,3 2 7 ,0 1 0 1 ,9 p 8 5 % - e r c e n til 3 7 ,5 6 0 ,5

4 5 ,4

3 1 2 ,2

1 0 4 ,4 7 ,5 7 ,6 9 ,5 1 1 7 ,4 1 5 ,3 3 5 ,3 4 3 8 ,9 0 ,0

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4.2 Ergebnisse der Faulschlamm-Kennwerte

Tabelle 4: Zusammenstellung und Bewertung der Schlammkennwerte

*) Durchführung Analytik durch Wessling Laboratorien

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4.2.1 weitergehende Analysen und Bewertungen

Tabelle 5: Gegenüberstellung Prozentualer Anteil organisch/Sand

 hier: Verhältnis organischer Feststoffanteil / Sandanteil vergleichsweise leicht erhöht, aufgrund des geringfügig erhöhten organischen Anteils bei gleichzeitig geringem Sandanteil; d. h. hieraus sind keine signifikant negativen Auswirkungen auf das Entwässerungs- verhalten des Faulschlammes zu erwarten.

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Tabelle 6: Bewertung organische Säuren/ Stabilisierung

Bewertung gemäß DWA M 368 „Biologische Stabilisierung von Klärschlamm“, Juni 2014 : Verhältnis org. Säuren/ oTS < 10 mg/g  gute Stabilisierung

 hier: Aktuell wird im Faulschlamm Zulauf Entwässerung (Herkunft statischer FS-Eindicker) eine geringe Konzentration an organischen Säuren nachgewiesen. Wie bei der ersten Untersuchung im Juli 2019 ergibt sich gemäß der Bewertung nach DWA-M 368 ein niedriges Verhältnis orgSäuren/oTS, was eine gute Stabilisierung be- deutet.

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4.2.2 Fällungspotential

Tabelle 7: weitergehende chemische Analysen, Küvetten-Analyse IB DE

*) mit Schlamm **) Durchführung Analytik durch Wessling Laboratorien

Bewertung Fällungspotential der Probenahme 26.05.2021:

• Der pH-Wert der des Faulschlammes ist mit 7,5 weiterhin leicht erhöht. Gleichzeitig ist im Zulauf zur Entwässerung bei der aktuellen Probe keine Basenkapazität nachweisbar. Dies führt dazu, dass bei CO -Ausstrippungen schnell ein deutlicher pH-Wert-Anstieg eintritt 2 (siehe Tabelle 7Tabelle 7, pH-Wert im Schlammwasser nach Probenvorbereitung mit Ab- schleudern und Filtration mit 8,2). Hierdurch ist ein deutliches Fällungspotential gegeben. Bei einer Entwässerung mit Zentrifugen ist durch die hohe Trommeldrehzahl von einer ho- hen CO -Ausstrippung auszugehen mit entsprechendem Einfluss auf den pH-Wert. 2 • Weiterhin ist eine vergleichsweise sehr hohe Calcium-Konzentration vorhanden, so dass ein sehr hohes Potential für Calciumcarbonat-Ausfällung und -Ablagerungen be- steht. • Die NH -N Ammonium-Konzentration liegt in einem schlammarttypischen, leicht erhöhten 4 Bereich. • Die PO -P-Konzentration im Schlammwasser ist weiterhin sehr gering. Es ist voraussicht- 4 lich nur von einer sehr geringen, ungezielten, biologischen P-Elimination in der Belebungs- stufe auszugehen.

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Nachfolgend ist eine MAP-Kristallisationskurve zur Bewertung des MAP-Fällungspotentials dargestellt, siehe Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.. Hier ist zu be- achten, dass PO -Konzentrationen bewertet werden. Die umgerechneten Werte sind in Ta- 4 belle 7 enthalten. Die Kurve gilt für eine Mg-Konzentration von 40 mg/l. Hier wurde eine ver- gleichbare Konzentrationen von ca. 30-40 mg Mg/l nachgewiesen. Es wird deutlich, dass auch aktuell im Faulschlammwasser mit einem erhöhten pH- Wert von rd. 8,2 und der sehr geringen PO -Konzentration von rd. 15 mg/l voraussicht- 4 lich keine MAP-Fällungen zu erwarten sind.

Legende: Faulschlamm MP (vor stat. ED) Faulschlamm Zulauf ENTW 16.07.2019 26.05.2021

Abb. 3: Kristallisationskurve für Mg = 40 mg/l – IST ca. 30 - 40 mg Mg/l [Quelle: W. Ewert, 5. Klärschlammtage Hildesheim, DWA 2007, projektbezogene Ergänzungen IB Dr. Denkert]

• Es ist eine leicht erhöhte Konzentration an gelöstem Eisen (~ 1 mg/l) nachweisbar. Da gelöstes Eisen sehr reaktiv ist, werden die im anaeroben Milieu entstandenen, reduzier- ten Verbindungen sehr schnell wieder in neue Verbindungen gebracht, die direkt ausfallen können und dann in der Analytik nicht mehr erfasst werden. Damit sind die Ergebnisse der Eisenanalytik nicht sehr aussagekräftig. Anhand der Ergebnisse kann kein belastbares Fäl- lungspotential für Eisenverbindungen bestimmt werden. Aufgrund der geringen P-Konzentrationen ist voraussichtlich auch nur ein sehr geringes Fäl- lungspotential für Eisenphosphat-Verbindungen gegeben.

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Zusammenfassend wird festgestellt, dass im Faulschlamm auf Basis der aktuellen Stich- probe Mai 2021 mit einem erhöhten pH-Wert und extrem geringer Basenkapazität weiterhin ein hohes Fällungspotenzial für CaCO im Bereich der Entwässerung vorhanden ist. 3 Möglicherweise kann es in den Zentratrohrleitungen oder im Zentratspeicher zu Ausfällun- gen und entsprechenden Ablagerungen kommen. Generell wird empfohlen bei Umrüstung auf eine Zentrifugenentwässerung zur Optimierung Dosierstellen für Belagsverhinderer vorzusehen, um auf ggf. auftretende Betriebsprobleme durch Fällungsprodukte reagieren zu können.

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4.2.3 Kationenverhältnis

Exozelluläre polymere Substanzen (EPS) haben eine sehr wichtige Funktion als Bestandteil der Be- lebtschlammflocken. Die negativ geladenen Oberflächen der EPS und Bakterien werden über Katio- nenbrücken untereinander verbunden. Die Neigung der Kationen zur Brückenbildung ist abhängig von der ionischen Ladung und der Größe der Hydrathülle. Daher werden die stabilsten Brücken durch zwei- und dreiwertige Kationen gebildet. Im Abwasser und damit im Belebtschlamm und in den Belebtschlammflocken sind jedoch auch einwertige Kationen vorhanden. Insgesamt führt eine hohe Konzentration an einwertigen Kationen zu einer vermehrten Verdrängung von zweiwertigen Kationen durch Ionentausch und nachfolgend zu Flockenzerfall. Kationen im Belebtschlamm:

• Calcium, Magnesium, zweiwertig: natürlicher Bestandteil des Trinkwassers

• Kalium, einwertig: Abwasserbestandteil aus Deponien

• Natrium, einwertig: Abwasserbestandteil aus Haushalten, Waschmittel, Streusalz, Fleisch-/Fischverarbeitung, Brauereien, Deponien

Natrium ist der schlechteste Flockenbildner, weil es nur einwertig geladen ist und deshalb keine Brü- cken zwischen den EPS ausbilden kann. Außerdem bildet Natrium in Bezug auf die unten aufgeführ- ten Kationen die größte Hydrathülle aus und wirkt so als Ionenaustauscher, das Calcium oder Mag- nesium aus den Flocken verdrängt. Bezüglich der Eigenschaften zur Flockenbildung der Kationen ergibt sich folgende Reihenfolge: Ca2+ > Mg2 > K+ >Na+ :

Nach KARA et al. 2008 kann daher eine hohe Natriumkonzentration (einwertige Ionen) im Abwasser und damit im Belebungsbecken zu einer Destabilisierung der Belebtschlammflocken bis hin zum Flo- ckenzerfall als Folge geringer Scherstabilität bzw. einer Behinderung der Flockenbildung führen. Gleichzeitig wird die EPS-Produktion signifikant erhöht, die Absetzgeschwindigkeit der Flocken ver- mindert, der ISV unabhängig von der Entwicklung fadenförmiger Mikroorganismen erhöht und das Entwässerungsverhalten signifikant verschlechtert. Das Verhältnis der zweiwertigen zu den einwerti- gen Kationen, mindestens das Verhältnis von Calcium (zweiwertige Ionen mit positiver Auswirkung auf die Flockenbildung) zu Natrium (einwertige Ionen mit negativer Auswirkung auf die Flockenbil- dung) wird berechnet. Ab einem Verhältniswert Ca2+/Na+ < 0,6 ist von einer geringen Stabilität der Belebtschlammflocken auszugehen. Dieses Verhältnis kann sich bei Niederschlagsereignissen (Ver- ringerung der Calciumkonzentration) als auch durch den Einsatz von Streusalz (Erhöhung der Natri- umkonzentration) deutlich verschlechtern. Zur Verbesserung des Verhältnisses können Kreide- oder Kalkzuschlagstoffe eingesetzt werden.

HIGGINS & NOVAK 1997 führten den Begriff M/D-Verhältnis für das Verhältnis von monovalenten zu divalenten Kationen ein. M/D-Verhältnisse > 2 im Belebtschlamm weisen auf Flockenzerfall hin. Bei Faulschlämmen dagegen wird ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem M/D-Verhältnis, dem Phosphatgehalt und der Entwässerbarkeit festgestellt. Da zusätzlich zu Calcium und Kalium auch

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Ammonium mitberücksichtigt wird, wird indirekt der Einfluss des Überschussschlammanteils mit er- fasst.

Bei der biologischen Phosphorelimination wird neben Phosphat auch Kalium aus den Zellen unter anaeroben Milieubedingungen zurückgelöst, welche wiederum das Verhältnis der mono- zu divalen- ten Kationen beeinflussen. In Abb. 4 sind die Entwässerungsergebnisse in Abhängigkeit des M/D Verhältnisses zum Entwässerungsergebnis für Schlammproben von Kläranlagen mit und ohne biolo- gische Phosphorelimination dargestellt. Die Anlagen mit biologischer Phosphorelimination zeigen ein um 4 % bis 5 % TR geringeres Entwässerungsergebnis.

Bewertungsformel und Grafik: Anmerkung: c[Kation] in (mmol/l)

𝑀 𝑐[𝑁𝑎+]+𝑐[𝐾+]+𝑐[𝑁𝐻+] 4

𝐷 2∙𝑐[𝐶𝑎2+]+2∙𝑐[𝑀𝑔2+]

Abb. 4: Austrag Entwässerung TR (%), in Abhängigkeit zum mono-/divalenten Kationenverhältnis (M/D) (Quelle: HIGGINS 2016a)

Diese Abbildung ist im neuen DWA-Merkblatt M 383 „Kennwerte der Klärschlammentwässerung“, Juli 2019 enthalten. Es zeigt den signifikanten Einfluss eines Faulschlammes aus einer Belebungsstufe mit einer biologischen Phosphat-Elimination und der entsprechenden Rücklösung des Phosphats im Faulbehälter und deren Einfluss auf die Entwässerungsleistung. Diese Untersuchungsergebnisse stammen aus Kläranlagen in USA und sind zumindest im Austrags-Feststoffgehalt derzeit nicht über- tragbar auf deutsche Verhältnisse. In Deutschland werden derzeit für Faulschlämme ohne Bio-P-Eli- mination in der Regel höhere Austrags-Feststoff-Konzentrationen erreicht, als in der Abbildung dar-

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M / D V e r h ä l t n i s ( - ) (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

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gestellt. Zur vergleichenden Bewertung werden die Kennwerte aktuell im IB Dr. Denkert in allen Faul- schlamm-Projekten mit untersucht und zusammengestellt. Die Ergebnisse gehen nicht in die ab- schließende Bewertung der Schlammentwässerungseigenschaften ein.

Bewertung Kationenverhältnis KA Marl-Lenkerbeck

Tabelle 8: weitergehende chemische Analysen

*) Analyse im Fremdlabor (Dr. Wessling Laboratorien, Bochum), Probenvorbehandlung: abgeschleudert, filtriert mittels Schwarzbandfilter, Aufschluss mit HNO 3 hierdurch ggf. erhöhter Nachweis der einwertigen Kationen Natrium und Kalium **) Analyse im Fremdlabor (Dr. Wessling Laboratorien, Bochum), Probenvorbehandlung: abgeschleudert, filtriert mittels Schwarzbandfilter,

Abb. 5: Austrag Entwässerung TR (%), in Abhängigkeit zum mono-/divalenten Kationenverhältnis (M/D) [projektbezogene Ergänzungen IB Dr. Denkert] (Quelle: HIGGINS 2016a)

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M / D V e r h ä l t n i s ( - ) M/D-Verhältnis Beningsfeld SP 16.07.19: Austrag ~ 27%TR SP 26.05.21

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Fazit:

 Aufgrund der Kationenverhältnisse wird der untersuchte Faulschlamm KW Beningsfeld keiner Kläranlage mit biologischer P-Elimination zugeordnet.

Die dokumentierte PO -P-Konzentration von rd. 5 mg/l weist ebenfalls auf keine P-Rücklö- 4 sung in der Faulungsstufe hin, was nahezu keine biologische P-Elimination in der Bele- bungsstufe bedeutet und somit in Bezug auf die Entwässerbarkeit des untersuchten Faul- schlammes keine negativen Auswirkungen aufgrund von BioP-Einflüssen hat.

4.2.4 Fotodokumentation Mikroskopie

Es wurden zahlreiche Mikroskopie-Aufnahmen angefertigt, die bei Bedarf vorgelegt und erläutert werden können.

• Die Gesamtfädigkeit ist mit Kategorie 0 - 1 (keine bis einzelne Fadenorganismen nach Knoop) für einen Faulschlamm sehr gering. Hierbei ist jedoch auch die sehr dichte Schlammstruktur zu berücksichtigen. Für eine detaillierte Bestimmung der Gesamtfädigkeit im Schlammkreislauf mit Ermittlung der dominanten Fadenbakterienspezies ist die mikroskopische Untersuchung einer Belebtschlammprobe mit entsprechenden Einfärbungen erforderlich. • Der Anteil an gelartigen, sehr wasserreichen extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) ist vergleichsweise sehr hoch in Kategorie 3 (viel nach Knoop) in der mikroskopischen Bewertung einzustufen.

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Abb. 6 FS 26.05.21, Hellfeld, Schlammstruktur, FS 26.05.21, Dunkelfeld, Feinstanteil, ca. 100x ca. 100x

Abb. 7 FS 26.05.21, Hellfeld, Nachweis EPS, FS 26.05.21, Kristallviolett, Gesamtfädigkeit Kategorie 3, Tuschefärbung, Hellfeld ca. 100x Kategorie 0 - 1, Dunkelfeld, ca. 100x

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4.2.5 Feinstanteil

Abb. 8: Abhängigkeit zwischen CST und spez. CST (spez. pFM-Bedarf optimaler Laborschleuder-Austrag)

Bewertung Feinstanteil (spez. CST):  Weiterhin liegt der CST-Wert des Faulschlammes Zulauf Entwässerung in einem faul- schlammtypischen Bereich < 300 sec, hierbei sind jedoch die Auswirkungen der Polymerzugabe in der statischen Faulschlammein- dickung auf die Bindung von Feinstanteilen zu berücksichtigen.  Insgesamt wird festgestellt, dass der CST-Wert Mai 2021 höher ist als im Juli 2019.  Durch Einbeziehung der jeweiligen Feststoffkonzentration wird der spez. CST-Wert ermittelt und als Maß für den Feinstanteil bewertet.  Der spez. CST-Wert liegt weiterhin deutlich unterhalb der Trendlinie, was als vergleichs- weise gute Filtrierbarkeit aufgrund eines geringen Feinstanteils bewertet wird.  Damit sind keine negativen Auswirkungen auf das Entwässerungsverhalten des Schlammes insbesondere hinsichtlich pFM-Verbrauch zu erwarten. Die Auswirkung der Polymerkonditionierung des Schlammes im Nacheindicker kann aber auch produktabhängig zu Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Polymerproduktes im Ent- wässerungsprozess führen mit ggf. einem höheren pFM-Verbrauch oder einem schlechteren Entwässerungsergebnis in Hinblick auf die Austragsfeststoffkonzentration.

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4.2.6 Entwässerungsprognosekennwert Laborschleuder / Prognose

Das Sedimentations- und Kompressionsverhalten der Faulschlammprobe Zulauf Entwässerung (FS ZU ENTW) in der Laborschleuder als Maß für das Entwässerungsverhalten wird aktuell als ver- gleichsweise schlecht im allgemeinen Faulschlammvergleich bewertet. Der Nachweis erfolgte mit dem hier als Standard eingesetzten pFM-Pulver-Produkt BASF, Zetag 8140, 0,1 %-Lösungskonzentration. Das beste Laborschleuder-Ergebnis wurde mit einer spez. pFM-Menge von ca. 12 kgWS/MgTM nachgewiesen. Im Vergleich zur Untersuchung Juli 2019 ist eine deutliche Verschlechterung der Entwässerungseigenschaften eingetreten.

Zusätzlich zu den Laborschleuderversuchen mit dem Standard-pFM-Produkt Z 8140 wurden weitere Laborschleuderversuche mit dem seit Februar 2021 vor Ort eingesetzten Flüssigpolymer 93191LCX der Fa. Stockmeier durchgeführt. Generell wird festgestellt, dass das vor Ort eingesetzte pFM- Produkt gut auf den Schlamm abgestimmt ist. Das verwendete pFM-Produkt verbessert die Ent- wässerungseigenschaften im Vergleich zu dem hier eingesetzten Standard-Produkt deutlich. Ob durch die Vorkonditionierung mit dem gleichem pFM-Produkt zur statischen Eindickung im Nacheindicker die Entwässerungseigenschaften generell oder maschinensystem bezogen negativ beeinflusst werden, kann mit den durchgeführten Laborversuchen nicht festgestellt werden.

Tabelle 9: Gegenüberstellung Austragsfeststoffkonzentration und Laborschleuderergebnisse KW Beningsfeld

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Auf Basis der Untersuchungsergebnisse der Laborkennwerte für die Faulschlammentwässerungsei- genschaften Juli 2019 (blau) und Mai 2021 (rot) sind in der nachfolgenden Abbildung die Prognose und in der nachfolgenden Tabelle die zu erwartenden Austragsfeststoffkonzentrationen nach dem Laborschleuderwert für eine Membranfilterpressenentwässerung (kariert) bzw. eine Zentrifugenent- wässerung (uni) dargestellt.

Abb. 9: Abhängigkeit zwischen Prognosewert Laborschleuder und Austragsfeststoffkonzentration Entwässerungsmaschinen KW Beningsfeld mit Prognose (spez. pFM-Bedarf optimaler Laborschleuder-Austrag) Laborschleuderaustrag LSA IV = (TS*Laborschleudervolumen) / abgesetztes Volumen SV IV [g/l]

Tabelle 10: Prognose Faulschlamm-Entwässerung KW Beningsfeld

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Mit einer Zentrifugenentwässerung muss zum Erreichen der maximalen Austragsfeststoffkonzentra- tion die Durchsatzmenge/ Durchsatzfracht gegenüber den üblichen Herstellerempfehlungen ange- passt an die Schlammentwässerungseigenschaften entsprechend etwas reduziert werden, um die Aufenthaltszeit in der Zentrifuge zu verlängern. Zugleich ist eine optimale Betriebsweise [Schleuder- ziffer z > 3000 x g (Vielfaches der Erdbeschleunigung), Betrieb mit einem hohem Schneckendreh- moment (ca. 8.000 Nm) ] und eine optimierte Verfahrenstechnik der Gesamtanlage notwendig. Darüber hinaus muss eine optimale Polymerauswahl erfolgen, damit möglichst scherstabile Schlammflocken erzeugt werden.

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4.3 Bewertung Aufbereitung polymerer Flockungsmittel

Für den hier im IB Dr. Denkert entwickelten Laborversuch zum Nachweis der pFM-Lösungskonzent- ration wird vor Ort eine Probe der pFM-Dosierlösung entnommen und direkt leistungsrelevante Kennwerte gemessen. Zusätzlich wird eine Probe der pFM-Handelsware und des pFM-Ansatzwas- sers (projektspezifisch Brauchwasser, Brunnenwasser oder Trinkwasser) abgefüllt, von denen ebenfalls direkt die Kennwerte bestimmt werden.

Hierfür wird gemäß M 350 in der Dosierlösung die Feststoffkonzentration als Maß den Anteil Han- delsware und die elektrische Leitfähigkeit als Maß für die Ladungsfreisetzung der Handelsware un- tersucht.

Im Labor erfolgte mit dem Ansatzwasser der Kläranlage oder mit Labor-Trinkwasser und der pFM- Handelsware der Ansatz verschiedener pFM-Lösungen mit unterschiedlicher Lösungskonzentration. Hierzu wurde ein standardisiertes Verfahren entwickelt, nach dem jeweils ein Liter pFM-Lösung auf- bereitet wird. Die Mindest-Reifezeit der pFM-Lösung beträgt 45 Minuten, während der die Lösung kontinuierlich mit einem Flügelrührer bei definierter Drehzahl abhängig von der Lösungskonzentra- tion durchmischt wird.

Die besonderen Kennwerte der verschiedenen Ansatzlösungen sind proportional zur verwendeten Lösungskonzentration und werden in der Grafik als Bewertungskurve dargestellt. Im Vergleich zur Differenz-Messung des vor Ort aufbereiteten Produktes kann beurteilt werden, ob das pFM-Produkt wie vorgesehen aufbereitet wird, ob die Durchmischung oder die Reifezeit der pFM-Anlage nicht ausreicht oder ob es zu Mehr- oder Minderdosierungen an pFM-Handelsware während des Ansat- zes bei der pFM-Aufbereitung gekommen ist.

Der Vergleich mehrerer Bewertungskurven eines Produktes machen Aussagen zur Veränderung des Produktes (z. B. durch Alterung oder Zusätze) möglich. Hierbei sind Standardabweichungen der Messungen und Aufbereitung im Labor zu berücksichtigen.

Die Aufbereitung des polymeren Flockungsmittels erfolgt auf dem KW Beningsfeld mit einer Flocmix-Löseanlage. Die pFM-Handelsware wird in einem Tank gelagert und vor Verwendung über einen Filter in einen Gebrauchs-IBC gepumpt. Von dort erfolgt die Beschickung der Löseanlage. Die Dosierlösung wird in einem weiteren Behälter ohne Rührwerk zwischengespeichert bevor sie ohne Nachverdünnung zur Einmischung vor die Membranfilterpresse gefördert wird.

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Abb. 10 pFM-Handelswarebehälter mit Flocmix-Löseanlage mit Flocmix-Löseanlage (links) und Gebrauchs-IBC (rechts)

Abb. 11 Bedien-OP Flocmix-Löseanlage Bedien-OP Flocmix-Löseanlage während Ansatz nach Ansatz

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Abb. 12 pFM-Dosierbehälter FS-ENTW, 2 6.05.2021

Ansetzwasser: Brauchwasser Ablauf Nachklärung eingesetztes pFM-Produkt: Stockmeier ST-Floc 93191 LCX Wirksubstanz FM-Handelsware: 48% (gemäß tel. Auskunft Fr. Gröpler/ Fa. Stockmeier am 26.05.21) Sollwert pFM-Dosierlösung: 0,8% (gemäß Anzeige Flocmix-Anlage)  0,384 %WS (Rechenwert)

Es wurde eine Stichprobe der pFM-Dosierlösungen aus dem Dosierbehälter entnommen und im Labor die Feststoffkonzentration bestimmt (siehe hierzu Abb. 13, Dreieck-Symbol) und Tabelle 11.

Tabelle 11: Analytik und Messungen pFM-Dosierlösung, IB Dr. Denkert

DL: Dosierlösung; LF: Leitfähigkeit

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 Fazit:

Auf Basis der Trockenrückstandsanalyse wird nachgewiesen, dass die vorgesehene Dosierlösungs- konzentration mit einer Wirksubstanz von 0,8% = 0,38 %WS sehr genau angesetzt wurde. Gemäß Trockenrückstandsanalyse ist eine Dosierlösungskonzentration von 0,38%WS vorhanden, siehe Abb. 13.

Auf Basis der Leitfähigkeitsmessungen wird festgestellt, dass die Ladungsfreisetzung trotz dem im Vergleich zum Laboransatz deutlich kühleren Ansetzwasser (Ansetzwassertemperatur vor Ort: 15°C, im Labor ca. 23°C) hoch ist. Nach hier vorliegenden Erfahrungen wird mit einem warmen An- setzwasser eine höhere Ladungsfreisetzung erreicht als mit einem kalten Ansetzwasser. Es wird dokumentiert, dass bei der Probenahme eine Ladungsfreisetzung erreicht wurde, die ober- halb der erwarteten Ladungsfreisetzung nach einer Reifezeit von 45 Minuten und optimalem Ener- gieeintrag liegt.

5. Fazit Untersuchungen und Empfehlungen

Zur Dokumentation der Faulschlammentwässerungseigenschaften KW Beningsfeld und zur Beurtei- lung der aktuellen Leistungsfähigkeit der polymeren Flockungsmittelaufbereitung wurde die Aufbe- reitungsanlage vom Ingenieurbüro Dr. Denkert beprobt und die Schlammkennwerte untersucht und bewertet.

Auf Basis der Probenahme vom 26.05.2021 und im Vergleich zur Beprobung 07/2019 werden die wichtigsten Untersuchungsergebnisse der Schlammkennwerte nachfolgend zusammengefasst, die Einflüsse auf die Schlammentwässerungsleistungsfähigkeit von Maschinen haben. Detaillierte An- gaben befinden sich bei den Ergebnissen der Schlammkennwerte in Abschnitt 4.2. Hierbei ist zu be- rücksichtigen, dass es sich um die Auswertung von Stichproben handelt und damit die Ergebnisse entsprechend der möglichen jahreszeitlichen Ungleichförmigkeiten nicht dauerhaft repräsentativ sein müssen.

• Durch die statische Eindickung im Nacheindicker mit Zugabe von polymeren Flockungsmitteln und entsprechendem Trübwasserabzug ist weiterhin eine vergleichsweise hohe Feststoffkon- zentration im gemischten Faulschlamm Zulauf Entwässerung vorhanden. Weiterhin gilt: Zur statischen Eindickung im Nacheindicker wird das selbe Polymerprodukt eingesetzt wie zur anschließenden Entwässerung. Möglicherweise werden die Entwässerungseigenschaften des Faulschlammgemisches durch diese Vorkonditionierung negativ beeinflusst, insbesondere bei einer Zentrifugenentwässerung für die sehr scherstabile Flocken erforderlich sind. Die hohe Feststoffkonzentration hat einen signifikanten Einfluss auf die Durchsatzmenge von Entwässerungsmaschinen, die wie Zentrifugen auf eine Durchsatzfracht bemessen werden.

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Gleichzeitig ist der Schlamm aufgrund der hohen Feststoffkonzentration erwartungsgemäß vis- koser als ein dünnerer Schlamm mit entsprechenden Auswirkungen auf eine optimale Einmi- schung des polymeren Flockungsmittels zur Konditionierung. • Der organische Anteil (Glühverlust) ist in der Probe 05/2021 etwas höher als zuvor, aber weiter- hin nicht signifikant auffällig. In Bezug auf den organischen Anteil im Schlamm und die nachgewiesenen organischen Säu- ren ist gemäß DWA M 368 „Biologische Stabilisierung von Klärschlamm“, Juni 2014 ist weiter- hin eine gute Stabilisierung gegeben. • Der Sandanteil ist in der Probe 05/2021 deutlich geringer und auch insgesamt als gering zu be- werten mit negativen Auswirkungen auf das Entwässerungsverhalten des Schlammes. • Der pH-Wert ist in der Probe 05/2021 etwas erhöht, gleichzeitig ist keine Basenkapazität nach- weisbar, wodurch das Fällungspotential verstärkt wird. Insbesondere durch eine sehr hohe Cal- ciumkonzentration ist ein hohes Fällungspotential für Calciumcarbonat gegeben. Ein MAP- Fällungspotential wird als sehr gering bewertet. Weiterhin gilt wie 07/2019: Zusammenfassend wird festgestellt, dass im Faulschlamm ein Fällungspotenzial für CaCO im 3 Bereich der Entwässerung vorhanden ist. Möglicherweise kann es in den Zentratrohrleitungen oder im Zentratspeicher zu Ausfällungen und entsprechenden Ablagerungen kommen. Generell wird empfohlen bei Umrüstung auf eine Zentrifugenentwässerung, aber auch bei Er- neuerung einer Membranfilterpressenanlage zu Optimierung Dosierstellen für Belagsverhinde- rer vorzusehen, um auf ggf. auftretende Betriebsprobleme durch Fällungsprodukte reagieren zu können. • Der Fettanteil ist etwas angestiegen und liegt bei der Probe 05/2021 in einem erhöhten Bereich. • Der Eiweißanteil ist deutlich angestiegen, insgesamt aber nicht sehr auffällig. • Die Chloridkonzentration ist angestiegen und sehr hoch mit entsprechend negativen Auswirkun- gen auf das Entwässerungsverhalten. • Weiterhin wird eine sehr hohe EPS-Konzentration nachgewiesen mit negativen Auswirkungen auf das Entwässerungsverhalten.

 Insgesamt ergeben sich in der Probe 05/2021 vergleichsweise schlechte Entwässerungs- eigenschaften im Prognosekennwert Laborschleuder mit dem hier eingesetzten Standard-pFM-Produkt Optimum LSA IV = ca. 89 g/l Z8140 Polymerbedarf ca. 10 – 12 kgWS/MgTM  Es wird festgestellt, dass das vor Ort eingesetzte pFM-Produkt (St-Floc 93191 LCX) gut auf den Schlamm abgestimmt ist. Hierdurch werden die Entwässerungseigenschaften deutlich verbessert: Optimum LSA IV = ca. 98 g/l St-Floc93191LCX Polymerbedarf ca. 10 – 12 kgWS/MgTM

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Leistungsprognose Faulschlammentwässerung

Zusammenfassend wird unter Würdigung sämtlicher Untersuchungen der Schlammkennwerte Mai 2021 (rot) festgestellt, dass nach den hier vorliegenden Erfahrungen mit vergleichbaren Maschinen folgende Entwässerungsleistungen der Maschinensysteme Membranfilterpresse und Entwässe- rungszentrifuge unter optimalen Betriebsbedingungen erwartet werden. Die Vergleichswerte 07/2019 sind ebenfalls aufgeführt (blau):

Tabelle 10: Prognose Faulschlamm-Entwässerung KW Beningsfeld (Wiederholung)

Zusätzlich wurde die Leistungsfähigkeit der polymeren Flockungsmittelaufbereitung unter- sucht und bewertet. Details sind in Abschnitt 4.3 enthalten.

Es wird nachgewiesen, dass die vorgesehene Dosierlösungskonzentration mit einer Wirksubstanz von 0,8% = 0,38 %WS sehr genau angesetzt wurde. Es wird dokumentiert, dass bei der Probenahme eine Ladungsfreisetzung erreicht wurde, die ober- halb der erwarteten Ladungsfreisetzung nach einer Reifezeit von 45 Minuten und optimalem Ener- gieeintrag liegt.

In Hinblick auf eine Optimierung der Schlammentwässerung wird empfohlen, die Auswirkungen auf die Entwässerungsleistung durch eine Intensivierung der Flockmitteleinmischung in den feststoffrei- chen und damit viskosen Schlamm zu prüfen, sowie die Verwendung einer dünneren Dosierlö- sungskonzentration.

Die Auswirkung der Polymerkonditionierung des Schlammes im Nacheindicker kann ggf. produktab- hängig zu Auswirkungen auf die Wirksamkeit des Polymerproduktes im Entwässerungsprozess füh- ren mit ggf. einem höheren pFM-Verbrauch oder einem schlechteren Entwässerungsergebnis in Hinblick auf die Austragsfeststoffkonzentration. Die Wechselwirkung kann ggf. mit dem Flockmittel- lieferanten untersucht werden.

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Kurzbericht Seite 32 KA Marl-Lenkerbeck, Entwässerungsprognose

Für weitergehende verfahrenstechnische und anlagen-/ maschinenbezogene Fachberatungen und Ingenieurplanungen im Hinblick auf eine optimierte und wirtschaftliche Gesamtlösung in diesem und weiteren Projekten stehen wir jederzeit mit den hier im Ingenieurbüro Dr. Denkert vorliegenden nun- mehr über 30-jährigen praxisbewährten Erfahrungen zur Verfügung.

Bochum, im Juli 2021

Bericht FS-Kennwerte BGL 20210526.docx (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84)

Dr.-Ing. Ralf Denkert Dipl.-Ing. Yvonne Reza-Tehrani

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AUFTRAGSNUMMER

CHEMISCH-PHYSIKALISCHE-KENNWERTE

Vorbehandlung EINDICK-/ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

Mikroskopie

LEGENDE: LSA-TS I g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl I LSA-TS II g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl II LSA-TS III g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl III LSA-TS IV g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl IV Trübe-Überstand LW Messgerät Lichtwert

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AUFTRAGSNUMMER

CHEMISCH-PHYSIKALISCHE-KENNWERTE

Vorbehandlung EINDICK-/ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

Mikroskopie

LEGENDE: LSA-TS I g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl I LSA-TS II g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl II LSA-TS III g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl III LSA-TS IV g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl IV Trübe-Überstand LW Messgerät Lichtwert

Y:\Bergisch Gladbach\KA Bergisch Gladbach\01_Kennwerte\LAB-BGL.xlsx\Zusammenf.\ 09.07.2021

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AUFTRAGSNUMMER

CHEMISCH-PHYSIKALISCHE-KENNWERTE

Vorbehandlung EINDICK-/ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

Mikroskopie

LEGENDE: LSA-TS I g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl I LSA-TS II g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl II LSA-TS III g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl III LSA-TS IV g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl IV Trübe-Überstand LW Messgerät Lichtwert

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AUFTRAGSNUMMER

CHEMISCH-PHYSIKALISCHE-KENNWERTE

Vorbehandlung EINDICK-/ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

Mikroskopie

LEGENDE: LSA-TS I g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl I LSA-TS II g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl II LSA-TS III g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl III LSA-TS IV g/l Laborschleuder-Austrag-TS Drehzahl IV Trübe-Überstand LW Messgerät Lichtwert

Y:\Bergisch Gladbach\KA Bergisch Gladbach\01_Kennwerte\LAB-BGL.xlsx\Zusammenf.\ 09.07.2021

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

Eigene Labormesswerte zur Beurteilung der Klärschlamm-Eindick- und Entwässerungseigenschaften

Tabelle 12: CHEMISCHE-PHYSIKALISCHE KENNWERTE

• Feststoff-/Trockensubstanzkonzentration TS an der abfiltrierten Probe (Zulauf/Zentrat/Filtrat maschi- nelle Verfahren) nach DIN 38414 S10 Beiblatt 1 - 5.05, (Papierfilter aschefrei, schnell filtrierend, Durch- flussdauer ca. 9 bis 10 Sekunden – früher Fachbegriff Schwarzbandfilter) oder Trockenrückstand an der nicht abfiltrierten Schlammprobe (Zulauf/Austrag maschinelle Verfahren) nach DIN 38414/ DIN EN 12880 S2 – 2.01, • organischer Anteil als Glühverlust GV, nach DIN EN 12879 S3 – 2.01; früher DIN 38409 H1-3 1.87 / DEV S 3; • Bestimmung des Sandanteils als salzsäureunlöslicher Anteil HCl-unlöslich in % von Glührückstand GR; gemessen als Feldmethode; • organische Säuren als Essigsäureäquivalent HAcäq, gemessen als Feldmethode über Titration; • Säurekapazität K , gemessen an der abfiltrierten Probe über Titration, S4,3 in Anlehnung an DIN 38409 H7–1 – 5.79; • Basenkapazität K , gemessen an der abfiltrierten Probe über Titration, B8,2 in Anlehnung an DIN 38409 H7–2 – 5.79; • pH-Wert, gemessen mit WTW Laborgerät; • Leitfähigkeit, gemessen mit WTW Laborgerät; • Phosphatkonzentration, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Chloridgehalt, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Wasserhärte, Calcium- und Magnesium-Konzentrationen, photometrische Bestimmung mittels Küvettentest in Photometer CADAS 50; • Redox-Potenzial, gemessen mit WTW Laborgerät; • Schwefelwasserstoff H S, 2 gemessen nach Betriebsanleitung Schwefelwasserstoffselektive Messkette H2S-245-85-S7, Fa. Ingold; • Viskosität, visuelle Beurteilung, qualitative Bewertung nach Erfahrungen; • Mikroskopisches Bild mit verschiedenen Einfärbungen zum Nachweis der Population, Fadenbakterien, EPS und lipophile Stoffe;

• Schwerflüchtige lipophile Stoffe, Fremdanalyse Fach-Labor, Bestimmung nach DIN 38409 H56 - 5.81 • Protein-Eiweißgehalt, Fremdanalyse Fach-Labor, Bestimmung von organischem Stickstoff an der abfil- trierten Probe nach DIN EN 25663 und Umrechnung

Tabelle 13: SEDIMENTATIONS- EINDICK- und ENTWÄSSERUNGS-KENNWERTE

• Laborschleuder LSA-TS IV

• Capillary Suction Time spez. CST=CST/TS / CST - Mess-Zylinder Durchm. 20 mm

• Spezielle Scher-, Sedimentations- und Flockungsversuche

• Messung des strömungsinduzierten Potentials (streaming current detection [SCD])

• Weitergehende Konditionierungsversuche mit Zuschlagstoffen

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

Tabelle 14: FESTIGKEITSEIGENSCHAFTEN VON ENTWÄSSERTEM KLÄRSCHLAMM

• Penetrometer-Tragfähigkeit mit Umrechnung in Flügelscherfestigkeit

Derzeit sind hier ca. 8.760 Datensätze von ca. 244 verschiedenen Klärwerken und Schlammarten (Stand 01.09.2016) ausgewertet. Sämtliche Kennwerte sind auch im DWA Merkblatt M 383 „Klär- schlammkennwerte“ (Oktober 2008) enthalten und ausführlich beschrieben.

Nach diesen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass nachfolgende Faktoren bei der Schlammeindi- ckung und insbesondere bei der Klärschlammentwässerung einen entscheidenden Einfluss auf die Durchsatzmenge der Maschine, den Austrags-Feststoffgehalt und auch auf den pFM-Verbrauch ha- ben:

• organischer Feststoff-Anteil (bestimmt als Glühverlust aus der Analyse des Glührückstands), • Sandanteil (gemessen als salzsäure-unlöslicher Anteil aus der Analyse des Glührückstands), • Feinstanteile im Schlamm infolge der hohen Wasserbindungskräfte, • Anteil an Fadenbakterien (z.B. Microthrix parvicella) infolge der hydrophoben (wasserabstoßenden) Eigenschaften, • Anteil an EPS (Extrazelluläre-Polymere-Substanzen) infolge der schleimigen/viskosen Eigenschaf- ten, • Eiweiß-(Potein-)und Fettanteil und • Anteil der Überschussschlamm- an Gesamtschlamm-Menge.

Das Erreichen eines hohen Druckes im Schlammbett einer Entwässerungsmaschine, das für einen ho- hen Feststoff-Austrag erforderlich ist, wird signifikant von diesen Faktoren bestimmt . Dabei ist die ge- genseitige Beeinflussung zu berücksichtigen. So wird z.B. der Glühverlust im Rohschlamm entschei- dend vom Anteil Überschussschlamm im Rohschlamm und der Glühverlust im Faulschlamm im ent- scheidenden Maß vom Glühverlust des Rohschlammes beeinflusst.

Aufgrund des hier vorhandenen sehr großen ausgewerteten Datenmaterials der verschiedenen Schlammarten und maschinellen Verfahren werden beispielsweise mit Hilfe dieser betriebspraktischen Untersuchungen der Schlammeigenschaften in Abhängigkeit der variablen Maschinenparameter für sämtliche verschiedene Eindick- und Entwässerungsmaschinen gesicherte Vorhersagen für nachfol- gende leistungsrelevante Kenngrößen erstellt: • Austrags-Feststoffgehalt, • polymerer Flockungsmittel-Verbrauch, • Abscheidegrad, • Durchsatzleistung mit scale-up Faktoren.

Nach den hier vorliegenden langjährigen Erfahrungen werden bei optimaler Verfahrenstechnik im Um- feld der Entwässerungs-Maschine (z.B. Pumpen-Art und –Größe, pFM-Aufbereitung) und optimaler Maschineneinstellung (z.B. Durchsatzmenge Schlamm, Dosiermenge, Einmischenergie und Lösungs- konzentration Flockungsmittel) der Austrags-Feststoffgehalt im Bereich von +/- 1 % TR prognostiziert. Unter diesen Voraussetzungen und unter Berücksichtigung des erforderlichen Abscheidegrades von

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

größer 98 % wird der polymere Flockungsmittel-Verbrauch im Bereich von +/- 1 kg/tTR vorhergesagt. Diese Genauigkeit wird erreicht, wenn die gesamte Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung sowie die Rohabwasserbeschaffenheit und deren industrielle Beeinflussung be- kannt ist und die leistungsrelevanten Kenngrößen in die hier entwickelte Bewertungsmatrix der Ein- flussfaktoren auf die Schlammentwässerungseigenschaften eingeht.

Nach dieser Untersuchungsmethodik der verschiedenen Schlammkennwerte werden die Schlammei- genschaften ermittelt und damit ein Nachweis erbracht werden, ob eventuell Betriebsprobleme auf- grund der Klärschlammeigenschaften oder des verfahrenstechnischen Umfeldes der Entwässerungs- anlage (pFM-Anlage, Pumpen usw.) oder der gesamten Abwasserreinigung und Schlammbehandlung begründet sind.

Die verschiedenen Schlammkennwerte werden nachfolgend im Vergleich zu hier vorliegenden Erfah- rungen allgemein bewertet. Entsprechend der Aufgabenstellung werden teilweise nur ausgewählte Kennwerte bestimmt.

• Feststoffgehalt TS an der abfiltrierten Schlammprobe Der Feststoffgehalt der Schlammproben spiegelt das Sedimentations- und Eindickverhalten in Ab- hängigkeit der Aufenthaltszeit in den einzelnen Schlammbehandlungsstufen wieder.

• Organischer Anteil als Glühverlust GV Der Glühverlust [(GV = 100 – GR) in %] ist annähernd ein Maß für den organischen Anteil der Fest- stoffe. Der Glührückstand wird jedoch insbesondere vom Salzgehalt (z.B. aus den Phosphat-Fäll- mitteln) und Sandanteil im Schlamm beeinflusst. Diese wirken sich auf den prozentualen organi- schen Feststoffanteil (Analysewert des Glühverlustes) aus. Hierbei ist außerdem zu berücksichti- gen, dass es leicht, schwer und nicht abbaubare organische Bestandteile im Klärschlamm gibt. Da organische Stoffe normalerweise schlechter entwässerbar sind als anorganische Stoffe ist der GV ein wichtiges Merkmal. Organische Stoffe haben eine geringere Dichte, eine höhere Kompressibili- tät, eine höhere Oberflächenladung und binden Wasser stärker. Deshalb verschlechtert sich bei steigendem GV üblicherweise das Entwässerungsergebnis. Allerdings hängt dieses auch entschei- dend davon ab, woraus die organischen Stoffe bestehen (unterschiedliches Wasserbindevermögen z. B. von Fasern, Fetten, EPS). Der Glühverlust stabilisierter Schlämme ist sowohl vom Glühverlust der Rohschlämme als auch vom Abbaugrad der Stabilisierung abhängig. Der Glühverlust allein er- laubt keine zuverlässige Prognose des Entwässerungsergebnisses.

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Abb. 15: Abhängigkeit zwischen Glühverlust und Austrags-Feststoffgehalt Entwässerungsmaschine [Labordaten Ingenieurbüro Dr.Denkert]

• Bestimmung des Sandanteils als salzsäureunlöslicher Anteil HCl-unlöslich in % von Glüh- rückstand GR Zur quantitativen Beurteilung der Sandmengen innerhalb der Abwasserreinigung und Klärschlamm- behandlung werden Stichproben der einzelnen Teilströme untersucht. Hierbei wird zunächst der Feststoffgehalt und anschließend der Glührückstand als Maß für den mineralischen Anteil im Muffel- ofen ermittelt. Von dieser Probe wird dann eine spezielle Untersuchung des salzsäureunlöslichen Anteils bestimmt. Nach dieser Untersuchungsmethodik wird davon ausgegangen, dass der Rück- stand der mit Salzsäure behandelten Probe und anschließendem Glühen im Muffelofen der minera- lische Sandanteil ist. Diese qualitative Untersuchung ermöglicht keine detaillierte Bestimmung der Herkunft oder Spezifikation des mineralischen Anteils. Hierzu müsste eine Röntgen-Fluoreszens- Analyse (RFA) durchgeführt werden.

Der salzsäureunlösliche Anteil ist bei der Auswertung auf den Glührückstand bezogen und gilt als Maß für den Sandanteil im Schlamm. Der Wert ist u. a. in Abhängigkeit des Sandfanges zu bewer- ten und hat entsprechende Auswirkungen auf die Eindick- Entwässerungseigenschaften. Ein verrin- gerter Sandanteil verschlechtert infolge der fehlenden Drainagewirkung das Entwässerungsverhal- ten und kann damit zu einer Erhöhung des Flockungsmittelverbrauchs und einer Verminderung des Austrags-Feststoffgehalts führen, da die schlammbeschwerenden Anteile fehlen. Bei einem gerin- gen Sandanteil ist auch mit einem geringen Verschleiß an Maschinen und Pumpen zu rechnen. Für die Beurteilung der Einflussfaktoren ist die Teilchengrößenverteilung der Sandanteile von entschei- dender Bedeutung.

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• Organische Säuren als Essigsäureäquivalent HAcäq, gemessen als Feldmethode über Titra- tion Die organischen Säuren dienen als Maß für den Stabilisierungs- und Hydrolysezustand des Schlammes und deren Einfluss auf den Feinstanteil und die Wasserbindungskräfte. Bei einem sehr hohen Anteil an organischen Säuren ist infolge der eingesetzten Hydrolyse mit einer Auflösung des Flockenverbandes und entsprechender Erhöhung der Feinstanteile im Schlamm zu rechnen. Die Ergebnisse sind nicht vergleichbar mit den Untersuchungsergebnissen nach DIN DIN-38414, da mit der DIN-Methode nur die wasserdampfflüchtigen, organischen Säuren erfasst werden.

• Säurekapazität K , gemessen über Titration, an der abfiltrierten Probe S4,3 Die Säurekapazität als Maß für das Säure-Puffervermögen und damit für den Stabilisierungszu- stand ist in Abhängigkeit des Eindickgrades des Schlammes, des pH-Wertes, der Leitfähigkeit und der Wasserhärte zu bewerten. Eine zu geringe Säurekapazität im Belebungsbecken kann zu einer maßgeblichen Absenkung des pH-Wertes während der Nitrifikationsphase im Belebungsbecken führen, mit den entsprechenden Auswirkungen auf die biologischen Abbauvorgänge.

• Basenkapazität K , gemessen über Titration, an der abfiltrierten Probe B8,2 Die Basenkapazität als Maß für das Basen-Puffervermögen ist in Abhängigkeit des Eindickgrades des Schlammes, des pH-Wertes, der Leitfähigkeit, der Säurekapazität und der Wasserhärte zu be- werten. Dieser Parameter beschreibt den freien Kohlensäure-Anteil im Schlamm mit den entspre- chenden Auswirkungen z. B. auf die Schädigung von Beton-Bauwerken. Der freie Kohlensäureanteil im in der filtrierten Belebtschlamm-Probe sollte den Wert BK > 0,5 8,2 mmol nicht überschreiten, da die Kohlensäure sich ansonsten voraussichtlich hemmend oder selek- tierend auf die Besiedlung der Belebtschlammflocke auswirken kann.

• Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht Durch das Verhältnis Basenkapazität (freie Kohlensäure) zu Säurekapazität (gebundene Kohlen- säure) kann bestimmt werden, ob sich ein Schlamm oder Wasser im Kalk-Kohlensäure-Gleichge- wicht befindet. In jedem Fall sollte sich die Biomasse in der Belebungsstufe im Kalk-Kohlensäure- Gleichgewicht befinden, um optimale Milieuzustände zur Vermeidung/Verminderung einer massen- haften Entwicklung von Fadenbakterien im Belebungsbecken zu erreichen. Wenn dieses Kalk-Koh- lensäure-Gleichgewicht im Belebungsbecken nicht vorhanden ist, kann es als Folge der Rohabwas- serzusammensetzung und der Abbauvorgänge durch die zunehmende Versäuerung der Milieube- dingungen auf Grund einer Akkumulierung freier kalkaggressiver Kohlensäure zu negativen Auswir- kungen kommen. Ein kalkaggressives Milieu kann die Flockenstruktur durch Lösung des Calci- umcarbonats CaCO destabilisieren. Nach Fachliteratur ist es möglich, dass infolge eines CaCO - 3 3 Mangels die Flockenstruktur des Belebtschlammes zusammenbricht und sich die Absetzeigenschaf- ten verschlechtern. Des Weiteren können durch dieses Milieu die Lebensbedingungen in der Bio- zönose negativ verändert werden. Ein Calcium-Mangel im Biofilm kann unter Umständen besondere Wachstumsvorteile für fadenförmige Mikroorganismen bieten.

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

Zur Bewertung der Milieubedingungen in der Belebungsstufe wird das Verhältnis Säurekapazität zu Basenkapazität betrachtet. Hierfür werden die Analysen jeweils an der filtrierten Probe und an der unfiltrierten Gesamtprobe (inklusive Schlammflocken) durchgeführt, um ebenfalls die freie und ge- bundene Kohlensäure in der Schlammflocke zu berücksichtigen. Die Differenz zwischen dem abfil- trierten SK-Wert und dem nicht abfiltrierten SK-Wert ermöglichlicht eine Aussage über einen Kreide- bzw. Kalkpuffer, der sich in der Schlammflocke angereichert hat.

Eine Abscheidung von CaCO hat wahrscheinlich eher positiven Auswirkungen auf das Entwässe- 3 rungsverhalten; bei verstärkter CaCO -Ausfällung aus dem Schlamm Zulauf Entwässerungsma- 3 schine sind die Rohrleitungen, sowie die Maschine regelmäßig auf Ablagerungen zu überprüfen und ggf. geeignete Gegenmaßnahmen vorzusehen;

• Messungen pH-Wert, Redox-Potenzials, Schwefelwasserstoff-Konzentration, elektrische Leit- fähigkeit und Beurteilung Farbe pH-Wert, Redox-Potenzial (bei Bedarf) und Schwefelwasserstoff-Konzentration (bei Bedarf) werden als Maß für die Schlammzusammensetzung und den Stabilisierungsgrad in Abhängigkeit der Ab- wasserzusammensetzung, der Phosphat-Fällmittelzugabe bei der Abwasserreinigung, der Schlammlagerungsdauer und des Eindickgrades bewertet. Die elektrische Leitfähigkeit als Maß für den Salzgehalt ist in Abhängigkeit der Abwasserzusam- mensetzung, der Phosphat-Fällmittelzugabe bei der Abwasserreinigung und des Eindickgrades des Schlammes zu bewerten. Bei Faulschlämmen ist die Leitfähigkeit ebenfalls ein Hinweis auf die Höhe der Stickstoff-Rückbelastung. Anhand der Farbe und des Geruchs können Einflüsse aus der Lagerungszeit und deren Auswirkun- gen auf die Eindick- und Entwässerungseigenschaften festgestellt werden.

• Viskosität Die Viskosität des Schlammes hat einen signifikanten Einfluss auf die Eindick- und Entwässerungs- eigenschaften und insbesondere auch auf die Wirksamkeit des Flockungsmittels und deren optima- ler Einbringung in den Schlamm. Die Viskosität wird signifikant von der Schlamm-Vorbehandlung bestimmt. Eine maschinelle Überschussschlamm-Eindickung z.B. mit einer Zentrifuge ohne Zugabe von pFM oder eines Bandeindickers mit Zugabe von FM erhöht deutlich die Viskosität. Es wird hier eine qualitative Bewertung der Viskosität vorgenommen.

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

• Laborschleuder mit verschiedenen Drehzahlen mit Zugabe Standard-Flockungshilfs-mittel Die Laborschleuder-Ergebnisse sind ein Maß für das Sedimentations- und Kompressionsverhaltens der Schlämme und damit für das Eindick- und Entwässerungsverhalten. Nach der hier entwickelten Untersuchungsmethodik wird die Laborschleuder mit 80 ml Gläsern bei verschiedenen Drehzahlen für jeweils 3 Minuten betrieben. Die Schlammprobe wird mit verschiedenen pFM-Mengen und -Arten vorkonditioniert. Bezogen auf die Feststofffracht im Laborschleuderglas wird das spezifische La- borschleudervolumen als Erwartung für den Austrags-Feststoffgehalt (Laborschleuder-Austrag/ LSA) berechnet. Der elektro-optisch gemessene Lichtwert im Überstand der Laborschleuder bei Zu- gabe verschiedener Mengen an Flockungsmittel ist ein Maß die Zentrat-/Filtrat-Rückbelastung und damit für den Feinstanteil im Schlamm und den Bedarf an pFM in Abhängigkeit der gewünschten Abscheideleistung für verschiedene Maschinentypen. Als Standard-pFM wurde bis Dezember 2006 Ciba Z 66 bzw. Z7566 – Festprodukt verwendet, seit Januar 2007 Ciba Z 8140 - Festprodukt.

Auf Basis der grafischen Auswertung einer Drehzahl bei optimaler pFM-Dosiermenge und der lang- jährigen Erfahrungen werden die Maschinentypen Kammerfilterpresse, Membranfilterpresse, Band- filterpresse, Schneckenpresse, Schlauchfilterpresse, Zentrifuge und Hochleistungszentrifuge im Hinblick auf die zu erwartende Austrags-Feststoffkonzentration bewertet. Entsprechend der unter- schiedlichen mechanischen Belastungen in den verschiedenen Maschinentypen (Zentrifugations- oder Filtrationsverfahren) wird über die Bewertung der Überstands-Trübe die optimale spezifische polymere Flockungsmittel-Menge ermittelt.

Die Untersuchungen in der Laborschleuder werden auch zum Nachweis von Veränderungen des Sedimentations- und Kompressionsverhalten nach Aufbringen einer hohen Scherenergie zur Simu-

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

lation einer optimalen Einmischung pFM oder einer hohen Beanspruchung in einer Hochleistungs- zentrifuge, sowie unter Berücksichtigung verschiedener Konditionierungsverfahren z.B. mit Kalk oder Eisen-Fällmittel eingesetzt.

• CST-Messung (Zylinder 20 mm) in der Schlammprobe ohne Flockungsmittel zur Beurteilung der Filtrierbarkeit und der Feinstanteile im Schlamm

CST-Messgerät: Der feststoffbezogene spezifische CST – Wert gilt nach der hiesigen Aus- 234,5 sec wertungsmethodik als Maß für den Feinstanteil und dessen Einfluss auf Zeitmessung

den polymeren Flockungsmittelverbrauch, den zu erreichenden Feststoff- austrag und die Durchsatzmenge. Stoppkontakt

Startkontakt

Mess-Zylindr 20° mm • Lipophile Stoffe Der Analysenwert der lipophilen Stoffe, der die Menge der emulgierten, Schlamm

Filterpapier suspendierten und der kolloidal oder gelösten Fettanteile einer Probe an- gibt, kann das Sauerstoffaufnahmevermögen eines Belebtschlammes Grundprinzip eines CST-Meßgerätes

CST/11.94 und dessen Einfluss auf die Schlammeigenschaften, sowie der Fettanteil der organischen Masse direkt das Eindick- und Entwässerungsverhalten von Schlämmen entscheidend beeinflussen. Es wird der spez. Fettgehalt bezogen auf den organischen Feststoffgehalt bewertet.

• Protein-/Eiweißgehalt Der Protein- oder Eiweißanteil im Schlamm kann prinzipiell durch proteinhaltige Abwasserinhalts- stoffe oder über den Biomassenzuwachs der aeroben und anaeroben Mikroorganismen mit der Bil- dung von hochmolekularen, stark wasserbindenden Substanzen eingetragen werden. Diese Sub- stanzen lagern sich außerhalb der Bakterienzelle an und werden deshalb als extrazelluläre-poly- mere oder exopolymere Substanzen (EPS) bezeichnet. Exopolymere Substanzen bestehen haupt- sächlich aus verschiedenen langkettigen Polysaccharid- (Kohlenhydrat-) und Protein- (Eiweiß-) Ver- bindungen. Ein Hauptmerkmal der meisten hochmolekularen Verbindungen ist jedoch die Bildung eines dreidimensionales Netzwerkes, das in der Lage ist, große Mengen Wasser in den Zwischen- räumen einzulagern. Hierdurch entstehen signifikante Einflüsse auf die Klärschlammeigenschaften mit deren Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Maschinen. Der Analy- senwert wird aus der an der abfiltrierten Probe ermittelten organischen Stickstoffkonzentration um- gerechnet.

• Chloridgehalt Es wurde beobachtet, dass sich bei sehr hohen Chloridkonzentrationen (Streusalze, Fällmittel, In- dustrieeinleiter) das Entwässerungsverhalten eines Schlammes negativ verändert, da Chloride Wasser binden und sich die dynamische Viskosität des Wassers verändert. Bei verschiedenen Ver- suchen hat sich gezeigt, dass dieser Einfluss im Austrags-Feststoffgehalt einer Entwässerungsma- schine 2-3% TR ausmachen kann. Der Einfluss sollte im Jahresgang betrachtet werden. Die Chlo- ridkonzentration kann vereinfacht auch durch die elektrische Leitfähigkeit erfasst werden.

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• Einwertige Kationen (Ca/Na-Verhältnis) Aufgrund der Möglichkeit, über Brücken aus Biopolymeren eine Verbindung der negativ geladenen Bakterienoberflächen herzustellen, haben die extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eine sehr wichtige Funktion als Bestandteil der Belebtschlammflocken. In Abhängigkeit der Abwasserzu- sammensetzung und der Zugabe weiterer Hilfsstoffe sind in der EPS verschiedene Kationen enthal- ten, sodass die negativ Enden/ Randbereiche der EPS mit den negativ geladenen Oberflächen der Bakterien über Kationenbrücken verbunden werden. Die Neigung der Kationen zur Brückenbildung ist abhängig von der ionischen Ladung und der Größe der Hydrathülle. Daher werden die stabilsten Brücken durch zwei- und dreiwertige Kationen (Ca, Mg, Al, Fe) gebildet. Im Abwasser und damit im Belebtschlamm und in den Belebtschlammflocken sind jedoch auch einwertige Kationen (Na, K) vorhanden. Insgesamt führt eine hohe Konzentration an einwertigen Kationen zu einer vermehrten Verdrängung von zweiwertigen Kationen durch Ionentausch und nachfolgend zu Flockenzerfall.

Kationen im Belebtschlamm:

• Calcium, Magnesium zweiwertig natürliches Bestandteil des Trinkwassers:
• Natrium einwertig Abwasserbestandteil aus Waschmittel, Streusalz Fischverarbeitung, Brauereien, Deponien
• Kalium einwertig Abwasserbestandteil aus Deponien

Natrium ist der schlechteste Flockenbildner, weil es nur einwertig geladen ist, klein ist und die dickste Hydrathülle hat. Bezüglich der Flockulationskraft der Kationen ergibt sich folgende Reihen- folge: Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+

Nach hier aktuell vorliegenden Literaturquellen (Deutscher Inhaltsauszug von: Monovalent cations and their influence on activates sludge floc chemistry , structure and physical characteristics von Kara, F. et. al; Biotechnoloy and Bioengineering Volume 100, No. 2, June 1, 2008; übersetzt von K. Sölter, Bioserve GmbH) kann daher eine hohe Natriumkonzentration (einwertige Ionen) im Abwas- ser und damit im Belebungsbecken zu einer Destabilisierung der Belebtschlammflocken bis hin zum Flockenzerfall bzw. einer Behinderung der Flockenbildung führen. Gleichzeitig wird die EPS- Produktion signifikant erhöht, die Absetzgeschwindigkeit der Flocken vermindert, der ISV unabhän- gig von der Fadenbakterienentwicklung erhöht und das Entwässerungsverhalten signifikant ver- schlechtert. Wichtig hierbei ist das Verhältnis zwei- bzw. mehrwertiger zu einwertiger Ionen. Daher werden zumindest die Calcium- und Natriumkonzentration bestimmt und das Verhältnis von Calcium (zweiwertige Ionen mit sehr guten Auswirkungen auf die Flockenbildung) zu Natrium (ein- wertige Ionen mit schlechten Auswirkungen auf die Flockenbildung) berechnet. Ab einem Verhält- niswert < 0,6 ist von deutlichen, negativen Auswirkungen auf die Belebtschlammflockenstabilität auszugehen.

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

• Schlammindex Über den Zusammenhang zwischen dem ISV und dem erreichbaren Entwässerungsergebnis bzw. dem erforderlichen FM-Bedarf gibt es kaum Veröffentlichungen. Der ISV wird als Kenngröße für das Absetzverhalten von belebten Schlämmen genutzt. Für die Entwässerung von aerob stabilisierten Überschussschlämmen sollte der Parameter daher stets als Entwässerungskennwert dokumentiert werden. Ein hoher Schlammindex ISV (> 150 ml/g) ist aber auch ein Indiz für viele fadenförmige Mikroorganismen im belebtem Schlamm. Als Folge kann das Sedimentationsverhalten und somit das Eindick- und Entwässerungsverhalten aerob stabilisierter Schlämme beeinträchtigt sein. Ist hin- gegen der ISV sehr gering (< 90 ml/g) und werden vermehrt Trübstoffe im Ablauf der Nachklärung beobachtet, kann dies ein Indiz für ein gestörtes Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht sein. Dadurch kann die Flockenstruktur und die Entwässerbarkeit infolge des hohen Suspensaanteils beeinträch- tigt werden.

• SCD-Messung Bei der Klärschlammkonditionierung wird durch die Zugabe von Konditionierungsmitteln ein zweistu- figer, nicht trennbarer Prozess erwirkt. In einem ersten Schritt, der Koagulation, wird eine Destabili- sierung der Suspension herbeigeführt. Nach dem Ladungsausgleich kommt es zur Flockulation, d. h. durch Vernetzung bzw. Brückenbildung kommt es zur Makroflockenbildung. Die Destabilisierung entspricht somit der Verminderung der Oberflächenladung und der elektrostatischen Abstoßungs- kräfte. Das Zetapotenzial wird als Hilfsgröße zur Bestimmung des Konditionierungsmittelbedarfes herangezogen. Eine Alternative zur Bestimmung des Zetapotenzials ist die Messung des Strö- mungspotenzials.

Ein Messsystem zur Bestimmung der Ladungsverteilung ist die Messung des Strömungspotenzials. Die Messung erfolgt nach dem Prinzip des „streaming current detection“ (SCD), der Methode des strömungsinduzierten Potenzials. Wird in einer bestimmten Schlammmenge eine definierte Menge von kationischem Polymer eingetragen, verändert sich die Oberflächenladung des Systems. Aus der Titrationskurve aufgetragen als Streaming-Current-Einheiten (SCU) gegen den Polymerver- brauch, bezogen auf kg/tTS, können die Wirksamkeit eines Polymertyps, eine Abschätzung des Po- lymerbedarfs und wichtige Aussagen zur Flockenstabilität gewonnen werden. Für jeden Schlamm sind der Anstieg der Titrationskurve und der weitere Verlauf charakteristisch. Zur Charakterisierung eines Schlammes wird daher der Startwert und der spez. FM-Verbrauch bis zum Nulldurchgang dokumentiert. Hierfür wird das Messgerät auf reines Wasser (Umkehr-Osmose) geeicht und auf einen Wert von – 60 SCU voreingestellt.

Es wird darauf hingewiesen, dass es sich um einen Laborversuch handelt, der hinsichtlich des erfor- derlichen spez. pFM-Verbrauchs nicht direkt auf den großtechnischen Betriebseinsatz zu übertra- gen ist. Es können Veränderungen der Schlammeigenschaften bei Einsatz des gleichen polymeren Flockungsmittels oder die Wirkung unterschiedlicher pFM-Produkte bei der gleichen Schlammprobe qualitativ bewertet werden.

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

• Mikroskopuntersuchungen Von den Schlammproben werden Mikroskopuntersuchungen in verschiedenen Vergrößerungsfakto- ren durchgeführt und z. T. Farb-Mikroskopaufnahmen angefertigt.

• Kristallviolett-Färbung, zum Nachweis der Gesamtfädigkeit; • Gram-Färbung, zur Identifikation einzelner Fadenbakterien-Spezies; • Neisser-Färbung, zur Identifikation einzelner Fadenbakterien-Spezies; • Bestimmung von extrazellulären Polymeren Substanzen (EPS) mittels Standard Graph Tusche schwarz bzw. Ruthenium-Rot.

Für ausgewählte Proben können auch Schwefel-Einfärbungen oder weitere Färbemethode ange- wendet werden. Die Bestimmung der verschiedenen Fadenorganismen erfolgte gemäß den Bestim- mungsschlüssel nach D. H. Eikelboom „Handbuch für die mikroskopische Schlammuntersuchung“, 1999. Der Nachweis an EPS und die Bestimmung der Gesamtfädigkeit wird nach Knoop, S. „Unter- suchungen zum Vorkommen von Microthrix parvicella in Kläranlagen mit Nährstoffelimination“,1997 durchgeführt.

Tabelle 15: Bewertung mikroskopisches Bild nach Knoop

Die Mikroskopie-Untersuchungen dienen zur Bewertung der Flockenstruktur, der Fädigkeit und der weiteren Schlamminhaltsstoffe.

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Kurzbericht Anlage 2 (cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:69)(cid:78)(cid:73)(cid:69)(cid:85)(cid:82)(cid:66)(cid:220)(cid:82)(cid:79)(cid:32)(cid:68)(cid:82)(cid:46)(cid:45)(cid:73)(cid:78)(cid:71)(cid:46)(cid:32)(cid:82)(cid:65)(cid:76)(cid:70)(cid:32)(cid:68)(cid:69)(cid:78)(cid:75)(cid:69)(cid:82)(cid:84) KW Beningsfeld, Entwässerungsprognose

• Erstellung von polymeren Flockungsmittel (pFM)-Bewertungskurven Für den hier entwickelten Laborversuch zum Nachweis der pFM-Lösungskonzentration wird vor Ort eine Probe der pFM-Dosierlösung entnommen und direkt leistungsrelevante Kennwerte gemessen. Zusätzlich wird eine Probe der pFM-Handelsware und des pFM-Ansatzwassers (Brauchwasser, Brunnenwasser oder Trinkwasser) abgefüllt, von denen ebenfalls direkt die Kennwerte bestimmt werden.

Im Labor erfolgte mit dem Ansatzwasser des Klärwerks oder mit Labor-Trinkwasser und der pFM- Handelsware der Ansatz verschiedener pFM-Lösungen mit unterschiedlicher Lösungskonzentration. Hierzu wurde ein standardisiertes Verfahren entwickelt, nach dem jeweils ein Liter pFM-Lösung auf- bereitet wird. Die Mindest-Reifezeit der pFM-Lösung beträgt 45 Minuten, während der die Lösung kontinuierlich mit einem Flügelrührer bei definierter Drehzahl abhängig von der Lösungskonzentra- tion durchmischt wird.

Die besonderen Kennwerte der verschiedenen Ansatzlösungen sind proportional zur verwendeten Lösungskonzentration und werden in der Grafik als Bewertungskurve dargestellt. Im Vergleich zur Differenz-Messung des vor Ort aufbereiteten Produktes kann beurteilt werden, ob das pFM-Produkt wie vorgesehen aufbereitet wird, ob die Durchmischung oder die Reifezeit der pFM-Anlage nicht ausreicht oder ob es zu Mehr- oder Minderdosierungen durch die pFM-Aufbereitung gekommen ist.

Der Vergleich mehrerer Bewertungskurven eines Produktes machen Aussagen zur Veränderung des Produktes (z. B. durch Alterung oder Zusätze) möglich. Hierbei sind Standardabweichungen der Messungen und Aufbereitung im Labor zu berücksichtigen.

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