Leitfaden zur Phosphorelimination in Abwasserteichanlagen - Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
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Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie Leitfaden zur Phosphorelimination in Abwasserteichanlagen
Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie Leitfaden zur Phosphorelimination in Abwasserteichanlagen Wiesbaden, 2018
Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie Impressum Herausgeber: Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie Rheingaustr. 186 65203 Wiesbaden Tel.: 0611 / 6939-0 vertrieb@hlnug.hessen.de Beauftragung: Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Mainzer Str. 80 65189 Wiesbaden Tel.: 0611 / 815-1301 WasserundBoden@umwelt.hessen.de Grundlage des Leitfadens: Merkel, S. (April 2017): Phosphorelimination in hessischen Abwasserteichkläranlagen: Phosphorus removal in hessian lagoon treatment systems. Masterarbeit, TU Darmstadt Erarbeitung durch M. Sc. Simone Merkel in Zusammenarbeit mit: Karl-Wilhelm Frese, Untere Wasserbehörde, Landkreis Waldeck-Frankenberg Michael Kühn, Untere Wasserbehörde, Landkreis Limburg-Weilburg Jürgen Steuber, Untere Wasserbehörde, Landkreis Vogelsberg Hubertus Pfaff, Regierungspräsidium Gießen, Abteilung Umwelt Prof. Dr.-Ing. Ulf Theilen, Technische Hochschule Mittelhessen Dr. Björn Michaelis, Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie Imke Brehmer, Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Abteilung Wasser und Boden. Beate Zedler, Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz, Abteilung Wasser und Boden
Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Inhaltsverzeichnis
1 Zusammenfassung����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������7
2 Rechtliche Grundlagen���������������������������������������������������������������������������������������������������������������7
3 Abwasserteichanlagen in Hessen�����������������������������������������������������������������������������������������������8
3.1 Verfahrenstechnische Abwasserteichanlagentypen��������������������������������������������������������������������������� 8
3.1.1 Belüftete Abwasserteichanlage����������������������������������������������������������������������������������������������� 9
3.1.2 Abwasserteichanlage mit zwischengeschalteter technischer Stufe����������������������������������������� 10
3.2 Identifizierte Abwasserteichanlagen nach dem hessischen Maßnahmenprogramm 2015–2021...... 10
4 Maßnahmen zur Umsetzung der Phosphorelimination������������������������������������������������������������ 11
4.1 Technische Maßnahmen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 11
4.1.1 Installation des Fällmittellagers und der Dosierstation����������������������������������������������������������� 11
4.1.2 Wahl der Dosierstelle und Steuerung der Dosierung������������������������������������������������������������� 13
4.1.3 Einmischung des Fällmittels������������������������������������������������������������������������������������������������� 15
4.1.4 Verbesserung der Feststoffabscheidung��������������������������������������������������������������������������������� 17
4.2 Betriebliche Maßnahmen�������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 17
4.2.1 Analyse der Säurekapazität�������������������������������������������������������������������������������������������������� 17
4.2.2 Wahl des Fällmittels������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 18
4.2.3 Erweiterung der Analytik im Ablauf um den Parameter Ortho-Phosphat-Phosphor (PO4-P)...... 19
4.2.4 Weitere Optimierung einer bestehenden Anlage zur Phosphorelimination���������������������������� 20
4.3 Kostenbetrachtungen�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 20
4.3.1 Varianten für die Kostenbetrachtungen��������������������������������������������������������������������������������� 21
4.3.2 Investitionskosten���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 24
4.3.3 Kapitalkosten����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26
4.3.4 Betriebskosten��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 27
4.3.5 Bewertung der Varianten����������������������������������������������������������������������������������������������������� 28
Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
5 Literaturverzeichnis����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31
6 Anhang������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 35
6.1 Liste der von den Maßnahmen betroffenen Abwasserteichanlagen in Hessen��������������������������������� 35
6.2 Hinweise
zum Betrieb, zur Wartung und zur Eigenkontrolle der hessischen
Abwasserteichanlagen in GK 2��������������������������������������������������������������������������������������������������������37
6.3 Schlammräumung������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 38
6.4 Schlammentsorgung��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 38
6.5 Probenahme und -konservierung�������������������������������������������������������������������������������������������������� 39
6.5.1 Qualifizierte Stichprobe������������������������������������������������������������������������������������������������������� 39
6.5.2 2-h- und 24-h-Mischproben������������������������������������������������������������������������������������������������ 39
6.5.3 Probenkonservierung����������������������������������������������������������������������������������������������������������� 39
6.5.4 Probenahme-Protokoll��������������������������������������������������������������������������������������������������������� 40
6.6 Tabellen zu den Kostenbetrachtungen������������������������������������������������������������������������������������������� 42
Tabellenverzeichnis
Tab. 1 Anzahl der nach dem Verfahrenstyp differenzierten Abwasserteichanlagen
(Stand HAA: 30.11.2018)���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 9
Tab. 2 Vor- und Nachteile eines festinstallierten Tanks und eines doppelwandigen
1-m³-Wechselbehälters (IBC)��������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 13
Tab. 3 Varianten für die Kostenbetrachtungen für eine Abwasserteichanlage mit 2 500 EW
mit einem Fremdwasseranteil von 90 % QT,d���������������������������������������������������������������������������������������� 22
Tab. 4 Varianten für die Kostenbetrachtungen für eine Abwasserteichanlage mit 2 500 EW
mit einem Fremdwasseranteil von 50 % QT,d���������������������������������������������������������������������������������������� 22
Tab. 5 Vom hessischen Maßnahmenprogramm 2015–2021 betroffene Abwasserteichanlagen
der Größenklasse 2 und 3 (Stand 30.11. 2018)������������������������������������������������������������������������������������ 35
Tab. 6 Techniken zur Probenkonservierung (DIN EN ISO 5667-3, 2013)������������������������������������������������������� 40
Tab. 7 Probenahmeprotokoll����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������41
Tab. 8 Kostenbetrachtungen��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 42Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 Verfahrensschema einer belüfteten Abwasserteichanlage (nach Großmann [1999])������������������������������ 9
Abb. 2 Verfahrensschema einer Abwasserteichanlage mit zwischengeschalteter technischer Stufe
(hier Tauchkörper) (nach Großmann [1999])������������������������������������������������������������������������������������� 10
Abb. 3 Aufteilung der im hessischen MP 2015–2021 aufgeführten Abwasserteichanlagen
in die verfahrenstechnischen Anlagentypen (Stand 30.11. 2018)��������������������������������������������������������11
Abb. 4 Einstieg in die Maßnahmen für Abwasserteichanlagen mit installierter Phosphorelimination�������������� 12
Abb. 5 Einstieg in die Maßnahmen für Abwasserteichanlagen ohne Phosphorelimination1��������������������������� 12
Abb. 6 Wahl der Dosierstelle in belüfteten Abwasserteichanlagen (nach Großmann [1999])�������������������������� 14
Abb. 7 Prozentualer Verlauf der Trinkwasserabgabe eines Tages in einer Landgemeinde
(Beispiel) (Mutschmann und Stimmelmayr, 2007)����������������������������������������������������������������������������� 14
Abb. 8 Wahl der Dosierstelle in Abwasserteichanlagen mit zwischengeschalteter
technischer Stufe (nach Großmann [1999])��������������������������������������������������������������������������������������� 15
Abb. 9 Optionen zur Einmischung des Fällmittels (nach Gleisberg [1988])���������������������������������������������������� 15
Abb. 10 Schnitt durch einen statischen Mischer in einer Rohrleitungsstrecke (links)
Rührwerk zur Einmischung des Fällmittels (rechts) (Stadtwerke Schlitz)�������������������������������������������� 16
Abb. 11 Varianten zur Installation einer Tauchwand vor dem Ablauf (Ablaufbauwerk aus Beton
mit Tauchwand aus Metall (links), selbstgebaute Tauchwand aus Holz (rechts)���������������������������������� 16
Abb. 12 Im Schönungsteich installierter Oberflächenbelüfter mit Tauchmotor
und pilzförmigem Wasserauswurf������������������������������������������������������������������������������������������������������17
Abb. 13 Jahreskosten und einwohnerspezifische jährliche Kosten für die betrachteten
Varianten mit Fremdwasseranteil von 90 % QT,d ������������������������������������������������������������������������������� 29
Abb. 14 Jahreskosten und einwohnerspezifische jährliche Kosten für die betrachteten Varianten
mit Fremdwasseranteil von 50 % QT,d����������������������������������������������������������������������������������������������� 29Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Abkürzungsverzeichnis
βFäll erforderliche, zu dosierende relative Fällmittelmenge bezogen
auf den zu fällenden Phosphor [(mol/l)/(mol/l)]
ATA Abwasserteichanlage
Bd,FM im Mittel dosierte absolute Fällmittelmenge pro Tag [g/d]
Bh,FM im Mittel dosierte absolute Fällmittelmenge pro Stunde [g/h]
BSB5 biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen
CSB chemischer Sauerstoffbedarf
EW Einwohnerwerte
FeCl3 Eisen (III)-chlorid
GK Größenklasse
HD-PE Hart-Polyethylen (high-density polyethylene)
IBC Intermediate Bulk Container
MwSt Mehrwertsteuer
N Stickstoff
Pges Gesamt-Phosphor
PO4-P Ortho-Phosphat-Phosphor
qF Fremdwasseranteil am täglichen Trockenwetterabfluss [%]
QM Mischwasserabfluss
QT Trockenwetterabfluss
QT,d täglicher Trockenwetterabfluss [m³/d]
SE Schadeinheit
TR Trockenrückstand [%]
TS Trockensubtanz [kg/m³]
wS,d mittlerer täglicher einwohnerspezifischer Abwasseranfall [l/(EW·d)]
WGK Wassergefährdungsklasse
WSP WasserspiegelhöheHessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
1 Zusammenfassung
Mit der Verabschiedung des hessischen Maßnah- Mit der Implementierung der Phosphatfällung ist es
menprogramms 2015–2021 zur Umsetzung der EU- auch bei den Abwasserteichanlagen möglich, einen
Wasserrahmenrichtlinie sind u.a. Maßnahmen zur Jahresmittelwert von 1 mg Pges/l und einen Überwa-
Phosphorreduzierung an kommunalen Kläranlagen chungswert von 2 mg Pges/l einzuhalten. Darüber
festgelegt worden. Für Abwasserbehandlungsanlagen hinaus werden organische Stoffe in die Fällmittel-
der Größenklasse (GK) 2 und 3 beinhaltet das Maß- flocken eingebunden, wodurch zusätzlich die CSB-
nahmenprogramm die Reduzierung des Gesamtphos- Konzentration reduziert werden kann.
phor-Überwachungswertes auf 2 mg Pges/l. Darüber
hinaus soll die Einhaltung eines Jahresmittelwertes Zur Installation der Phosphatfällung an den Ab-
von 1 mg Pges/l erreicht werden. Davon sind in der wasserteichanlagen werden zunächst technische
GK 2 auch Abwasserteichanlagen betroffen. Maßnahmen aufgeführt. Bei der Installation des
Fällmitteltanks, der Dosierleitungen und der Dosier-
Dieser Leitfaden hat das Ziel, den Betreibern der Ab- stelle sind die zum Schutz der Gewässer aufgestellten
wasserteichanlagen der GK 2 und den zuständigen rechtlichen Vorgaben der AwSV (2017) zu beachten,
Wasserbehörden Handlungsempfehlungen zur Im- da Fällmittel der Wassergefährdungsklasse (WGK) 1
plementierung der chemischen Phosphoreliminati- zugeordnet sind. Die Wahl der Dosierstelle ist vom
on an Abwasserteichanlagen an die Hand zu geben. Aufbau der Abwasserteichanlage abhängig. Der Ein-
Mit diesen Empfehlungen sollen die diesbezüglichen mischung des Fällmittels an einer turbulenten Stel-
Ziele des Maßnahmenprogrammes erreicht werden. le wird der höchste Stellenwert für eine effiziente
Fällung zugeschrieben. Um partikulären Phosphor
Aber auch für Betreiber der Abwasserteichanlagen in der Abwasserteichanlage zurückzuhalten, ist die
der GK 1 kann dieser Leitfaden einen Anreiz zur Verbesserung der Feststoffabscheidung durch eine
Installation der Phosphatfällung bieten, um – neben Tauchwand vor dem Ablauf notwendig.
einer Verminderung des Phosphoreintrages – bspw.
auf der Basis eines geringeren, im Bescheid festge- Die anschließenden betrieblichen Maßnahmen um-
legten Überwachungswertes eine Verminderung der fassen die Analyse der Säurekapazität zur Sicherstel-
jährlichen Abwasserabgabe für den Parameter Pges zu lung des Säurepuffers im Gewässer und die Wahl des
erzielen. Fällmittels. Die Erweiterung der Analytik im Ablauf
um den Parameter Ortho-Phosphat-Phosphor wird
Bei Abwasserteichanlagen handelt es sich um in Erd- rechtlich zwar nicht gefordert, ist allerdings zu emp-
beckenbauweise errichtete Abwasserbehandlungsan- fehlen, da hierdurch eine wirtschaftliche Dosierung
lagen mit geringer Technisierung. In Hessen gibt es des Fällmittels unterstützt wird. Eine weitere Maß-
152 Abwasserteichanlagen in den GK 1–3, von de- nahme beinhaltet die weitergehende Optimierung
nen 30 Abwasserteichanlagen bereits mit einer Phos- einer bestehenden Anlage zur Phosphorelimination.
phatfällung ausgestattet sind.
2 Rechtliche Grundlagen
Ziel der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) ist das Anforderungen zur Reduzierung der Phosphoremis-
Erreichen eines guten Zustands der Gewässer bis spä- sionen aus kommunalen Abwasserbehandlungsan-
testens 2027 (WRRL, 2000). Zu diesem Zweck sind lagen der GK 2–5 festgelegt (HMUKLV, 2015). Für
im hessischen Maßnahmenprogramm (MP) in der die im Anhang 6 des hessischen MP 2015–2021
zweiten Bewirtschaftungsphase 2015–2021 neue aufgeführten Abwasserbehandlungsanlagen der GK
7Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
2 und 3 ist künftig mindestens ein Überwachungs- wässereigenschaften vereinbar sein. Hieraus können
wert von 2,0 mg Pges/l (bezogen auf die 2-Stunden im konkreten Einzelfall auch Anforderungen an den
Mischprobe bzw. qualifizierte Stichprobe) im was- Parameter Pges für Abwasserbehandlungsanlagen der
serrechtlichen Erlaubnisbescheid festzulegen. Zudem GK 1 resultieren.
soll ein Zielwert von 1,0 mg Pges/l im Jahresmittel
(Betriebsmittelwert) in der Eigenkontrolle erreicht In der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit
werden (HMUKLV, 2015). In der GK 2 sind von wassergefährdenden Stoffen (AwSV, 2017) sind Re-
dieser Regelung auch viele Abwasserteichanlagen gelungen zum Umgang mit wassergefährdenden
betroffen. Abwasserbehandlungsanlagen der GK 1 Stoffen in Anlagen festgelegt. Die Anforderungen
haben nach dem MP 2015–2021 hinsichtlich der dienen dem vorsorgenden Gewässerschutz. Die zur
Phosphorelimination bisher keine weitergehenden Phosphatfällung eingesetzten Fällmittel werden der
Anforderungen zu erfüllen. Bei der Erteilung einer Wassergefährdungsklasse 1 zugeordnet (Umweltbun-
wasserrechtlichen Erlaubnis ist allerdings § 57 Abs. 1 desamt, 2017). Die Anforderungen der AwSV auf die
Nr. 2 Wasserhaushaltsgesetz zu beachten. Hiernach Ausgestaltung der Phosphatfällung an den Abwasser-
müssen die Abwassereinleitungen u. a. mit den Ge- teichanlagen werden in Kap. 4.1.1 genauer erläutert.
3 Abwasserteichanlagen in Hessen
3.1 Verfahrenstechnische Verfahrenstechnisch können Abwasserteichanlagen
Abwasserteichanlagentypen zum einen in unbelüftete und belüftete Abwasser-
teichanlagen differenziert werden, und zum anderen
Eine Abwasserbehandlungsanlage wird als Abwasser- lassen sich Abwasserteichanlagen mit zwischenge-
teichanlage definiert, wenn sie, abgesehen von einer schalteter technischer Stufe gesondert betrachten
Befestigung der Sohle und der Böschungen, in Erd- (Tab. 1). In unbelüfteten Abwasserteichanlagen er-
beckenbauweise errichtet und verfahrenstechnisch folgt der Sauerstoffeintrag auf natürliche Weise über
als Durchlaufreaktor ausgeführt ist. Die biologische die Wasseroberfläche und durch die Photosynthese
Behandlung des Abwassers findet durch die suspen- der vorhandenen Algen. Deshalb ist sie von Klima
dierte Algen- und Bakterienbiomasse statt. Darüber und Witterung und somit auch von der Tages- und
hinaus können Fische und Wasserpflanzen am biolo- Jahreszeit abhängig (Barjenbruch und Erler, 2005).
gischen Prozess beteiligt sein (Fuhrmann, 2014; Ru- Unbelüftete Abwasserteichanlagen sind daher zum
dolph et al., 2009). Teil anaerob, haben einen hohen spezifischen Flä-
chenbedarf und werden nur bis zu einer Ausbaugröße
Insgesamt gibt es in Hessen 152 Abwasserteichan- von 1 000 EW empfohlen (Arceivala und Asolekar,
lagen, von denen 89 unter die GK 1 und 62 unter 2007; DWA, 2005; Großmann, 1999). Nachfolgend
die GK 2 fallen sowie eine der GK 3 zuzuordnen ist. werden die unbelüfteten Abwasserteichanlagen des-
Die Auswertung basiert auf der Zuordnung der GK halb nicht weiter betrachtet.
nach Anhang 6 MP 2015–2021. Hierbei sind aus
verfahrenstechnischer Sicht sowie unter Berücksich- In der von der Phosphorelimination betroffenen
tigung des wasserrechtlichen Vollzuges Kläranlagen, GK 2 werden nur belüftete Abwasserteichanla-
die dem DWA Arbeitsblatt 201 zugeordnet werden gen und Abwasserteichanlagen mit zwischen-
können und / oder in deren Einleiteerlaubnis Über- geschalteten technischen Stufen (Tropfkörper,
wachungswerte für die algenfreie Probe (Abwasser- Tauchkörper, getauchtes Festbett) eingesetzt, auf
verordnung Anhang 1 Abs. C [3]) eingetragen sind, die im Folgenden genauer eingegangen wird.
herangezogen worden.
8Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Tab. 1: Anzahl der nach dem Verfahrenstyp differenzierten Abwasserteichanlagen (Stand HAA: 30.11.2018)
Technischer Verfahrenstyp GK 1* GK 2* GK 3* Summe
unbelüftete Abwasserteiche 4 0 0 4
belüftete Abwasserteiche 42 29 0 71
unbelüftete Abwasserteiche und belüftete Abwasserteiche 7 9 0 16
unbelüftete Abwasserteiche mit zwischengeschalteter technischer Stufe 15 2 0 17
belüftete Abwasserteiche mit zwischengeschalteter technischer Stufe 16 15 1 32
unbelüftete Abwasserteiche und belüftete Abwasserteiche mit
5 7 0 12
zwischengeschalteter technischer Stufe
Summe 89 62 1 152**
* Zuordnung der Größenklassen aus HAA nach Anhang 6 des hessischen Maßnahmenprogramms 2015–2021.
** Davon sind 30 bereits mit einer Phosphatfällung ausgestattet
Im Zulauf aller Abwasserteichanlagen ist ein auf ne bessere Durchmischung weitgehend unabhängig
die Anlage bemessener funktionierender Rechen von Klima und Witterung (Horan, 2001). Die hö-
notwendig. Dieser soll Störstoffe wie unästhetische here Durchmischung sorgt zum einen dafür, dass die
aufschwimmende Kunststoff- und Hygieneartikel Algenkonzentration geringer ist als in unbelüfteten
in den Teichen vermeiden (DWA, 2005; Schleypen, Teichen (Middlebrooks et al., 2005), und zum an-
1987) und eine eventuelle landwirtschaftliche Klär- deren dafür, dass sich neben freischwimmenden Mi-
schlammverwertung nicht zu erschweren. Darüber kroorganismen auch Flocken ausbilden (Großmann,
hinaus ist an einigen Abwasserteichanlagen ein be- 1999). Die TS-Konzentration steigt mit zuneh-
lüfteter Sandfang im Anschluss an den Rechen an- mendem Energieeintrag durch die Durchmischung
geordnet. An Abwasserteichanlagen ohne Sandfang und beträgt 0,05–0,3 g TS/l (Arceivala und Asolekar,
lagert sich der Sand im Zulaufbereich des ersten 2007). Belüftete Abwasserteiche können aufgrund
Teiches ab (Bayrisches Landesamt für Umwelt, 2015; des technischen Sauerstoffeintrags organische Be-
Landesamt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt, 2007; lastungen in Höhe von 112 bis 225 g BSB5/(m²·d)
Schleypen, 1987). aufnehmen und behandeln (US EPA, 2011). Die Tie-
fe der belüfteten Teiche kann 1,5–2,5 m betragen
(Barjenbruch und Erler, 2005). Es ergibt sich ein
3.1.1 Belüftete Abwasserteichanlage geringerer spezifischer Flächenbedarf als bei unbe-
lüfteten Abwasserteichanlagen, weshalb sie – wenn
In belüfteten Teichen ist der Sauerstoffeintrag und überhaupt – für Ausbaugrößen von 1 000 bis 5 000
die Behandlung des Abwassers durch den Einsatz EW empfohlen werden (DWA, 2005).
technischer Belüfter für den Sauerstoffeintrag und ei-
WSP WSP
QT QM
Schacht
Rechen mit
Drossel Nachklärteich
Sandfang Bel . Teich 1 Bel . Teich 2 Gewässer
Abb. 1: Verfahrensschema einer belüfteten Abwasserteichanlage (nach Großmann [1999])
9Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
WSP WSP Grobent-
QT QM schlammung
Schacht
Rechen mit Tauchkörper
Drossel Nachklärteich
Sandfang Bel . Teich Gewässer
Rücklauf /Schlamm
Abb. 2: Verfahrensschema einer Abwasserteichanlage mit zwischengeschalteter technischer Stufe (hier Tauchkörper)
(nach Großmann [1999])
Ist die Belüftung im Teich ausreichend, so ist der Teich tensiv sind, wurden die ersten Teiche in der Ver-
bis in die oberste Schlammschicht aerob (Chabir et al., gangenheit überwiegend zu belüfteten Teichen um-
2000). Die darunter liegenden Schichten sind weitge- gebaut. Das zwischengeschaltete Biofilm-Verfahren
hend anaerob, so dass die sedimentierten organischen übernimmt den Großteil der biologischen Abwasser-
Stoffe dort vergleichbar mit unbelüfteten Teichen wei- reinigung und neben dem Kohlenstoffabbau bei aus-
ter anaerob abgebaut werden (Beck et al., 1997). reichender Auslegung auch die Nitrifikation. Die aus
der technischen Stufe ausgetragenen suspendierten
Bei belüfteten Abwasserteichanlagen (siehe Abb. 1) Stoffe werden mittels einer Grobentschlammung wie
ist i. d. R. kein Absetzteich vorgeschaltet. Das erfor- bspw. einem Lamellenabscheider abgetrennt und
derliche Volumen ist auf mindestens zwei technisch zur Stabilisierung in den ersten Teich zurückgeführt.
belüftete Abwasserteiche aufgeteilt. Um bei Regen Im nachgeschalteten Nachklärteich werden weitere
den Spülstoß aus dem Kanalnetz aufnehmen zu kön- suspendierte Stoffe abgeschieden (Beck et al., 1997;
nen, ist der erste Teich i. d. R. als Aufstauteich kon- Großmann, 1999).
zipiert. Die biologische Behandlung durch die Bio-
masse findet weitgehend in den belüfteten Teichen
statt. Deshalb ist dem letzten belüfteten Teich ein 3.2 Identifizierte Abwasser-
Nachklärteich zur Abtrennung der suspendierten teichanlagen nach dem
Biomasse nachgeschaltet, bevor das behandelte Ab-
hessischen Maßnahmen-
wasser dem Gewässer zugeführt wird (DWA, 2005;
Großmann, 1999). programm 2015–2021
In Hessen gibt es insgesamt 62 Abwasserteichanla-
3.1.2 Abwasserteichanlage gen, die der GK 2 zugeordnet sowie eine die der GK
mit zwischengeschalteter 3 zugeordnet sind.
Gemäß dem hessischen Maßnahmenprogramm
technischer Stufe
2015–2021 (Anhang 6) müssen 60 dieser Anlagen
In Abwasserteichanlagen mit einer zwischengeschal- die neuen Phosphoranforderungen erfüllen (HMUKLV,
teten technischen Stufe (Tropfkörper, Tauchkör- 2015). Eine Auflistung der 60 betroffenen Abwasser-
per, getauchtem Festbett) (siehe Abb. 2) dient der teichanlagen kann dem Anhang (Kap. 6.1) entnom-
erste Teich der Vorklärung und dem Ausgleich des men werden. Abb. 3 zeigt die Verteilung der 60 Anla-
Zuflusses. Da reine Absetzteiche oft sehr geruchsin- gen in die verfahrenstechnischen Anlagentypen.
10Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Abwasserteichanlagen
(ATA) der GK 2 und GK 3
gemäß hess. MP 2015-2021
60 Anlagen
Mit Phosphorelimination Ohne Phosphorelimination
26 Anlagen 34 Anlagen
Mit techn. Stufe Ohne techn. Stufe Mit techn. Stufe Ohne techn. Stufe
10 Anlagen, davon 16 Anlagen, davon 13 Anlagen, davon 21 Anlagen, davon
7 belüftet 15 belüftet 8 belüftet 13 belüftet
1 un- u. belüftet 1 un- u. belüftet 5 un- u. belüftet 8 un- u. belüftet
2 unbelüftet 0 unbelüftet 0 unbelüftet 0 unbelüftet
Abb. 3: Aufteilung der im hessischen MP 2015–2021 aufgeführten Abwasserteichanlagen in die verfahrenstechnischen Anlagentypen
(Stand 30.11. 2018)
4 Maßnahmen zur Umsetzung der Phosphorelimination
Im Folgenden werden Maßnahmen zur Umsetzung Abwasserteichanlagen ohne
der Phosphorelimination sowohl für die Abwasser-
installierte Phosphorelimination
teichanlagen ohne Phosphorelimination als auch für
Abwasserteichanlagen mit bereits vorhandener Phos- Für Abwasserteichanlagen ohne vorhandene Phos-
phatfällung aufgeführt. Die Maßnahmen werden in phatfällung kann mit denen in Abb. 5 angegebenen
technische Maßnahmen, die Investitionen zur Folge Schritten in die Maßnahmen dieses Kapitels einge-
haben, und betriebliche (organisatorische) Maßnah- stiegen werden.
men, die Betriebskosten zur Folge haben, unterschie-
den. Mit diesen Maßnahmen werden Varianten für die
Kostenbetrachtung zusammengestellt. Anschließend 4.1 Technische Maßnahmen
werden die Jahreskosten und die einwohnerspezi-
fischen jährlichen Kosten berechnet.
4.1. 1 Installation des Fällmittella-
Abwasserteichanlagen mit gers und der Dosierstation
installierter Phosphorelimination
Die Installation des Fällmittellagers und der Dosier-
Die Anlagen, die bereits eine Phosphorelimination station umfasst einen Lagerbehälter, die Infrastruktur
implementiert haben, folgen zur Optimierung der be- zur Befüllung und zur Dosierung sowie die nötige
stehenden Anlage den in Abb. 4 dargestellten Schritten. Leitungs- und Sicherheitstechnik. Da kleinere An-
11Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Überprüfung der Säurekapazität
(Kap. 4.2.1)
Überprüfung der Säurekapazität
(Kap. 4.2.1)
Analyse Ortho-Phosphat-
Phosphor (Kap. 4.2.3)
Analyse Ortho-Phosphat-
Phosphor (Kap. 4.2.3)
Überprüfung Einmischung und
Dosierung (Kap. 4.1.2 und 4.1.3)
Einbau einer Tauchwand vor dem
Ablauf (Kap. 4.1.4)
Einbau einer Tauchwand vor dem
Ablauf (Kap. 4.1.4) PO4-P > 0,3 mg/l PO4-P ≤ 0,3 mg/l
Pges >1 mg/l Pges >1 mg/l
PO4-P > 0,3 mg/l PO4-P ≤ 0,3 mg/l
Pges >1 mg/l Pges >1 mg/l Installation der
Weitergehende
Phosphorelimination
Feststoffabscheidung
Optimierung der Weitergehende (Kap. 4.1.1 bis
(Kap. 4.1.4)
Phosphorelimination Feststoffabscheidung 4.1.3, 4.2.2)
(Kap. 4.2.4) (Kap. 4.1.4)
Abb. 5: Einstieg in die Maßnahmen für Abwasserteichanlagen
Abb. 4: Einstieg in die Maßnahmen für Abwasserteichanlagen ohne Phosphorelimination1
mit installierter Phosphorelimination1
lagen meist weit außerhalb von Ortschaften liegen, PE) oder in 1-m³-Wechselbehältern (sog. Interme-
erweist sich die Infrastruktur bezüglich einer witte- diate Bulk Container – IBC) erfolgen. Der festinstal-
rungsunabhängigen Erreichbarkeit mit (schweren) lierte Tank ist so auszulegen, dass die Lagerzeit des
Fahrzeugen als problematisch. Darüber hinaus ist Fällmittels nicht überschritten wird (Barjenbruch
das Betriebspersonal nicht permanent auf der Anlage, und Exner, 2009).
um bspw. bei einer ausgefallenen Fällmitteldosierung
eingreifen zu können. Deshalb ist es wichtig, neben Wird nur sehr wenig Fällmittel benötigt, erweist sich
der Wirtschaftlichkeit auf einen möglichst geringen der Einsatz von 1-m³-IBC oft als wirtschaftlicher.
Technisierungsgrad der Installation zu achten und Da beim Einsatz von einwandigen IBC zudem ein
das Fällmittellager und die Dosierstation vor Witte- Fundament und eine Auffangwanne nötig werden
rungseinflüssen zu schützen (Tränckner et al., 2016). (Tränckner et al., 2016), sollte die Wirtschaftlichkeit
bei der Verwendung von doppelwandigen IBC durch
I. d. R. ist eine für die Dosierung nötige Energiever- den Betreiber geprüft werden. Der Austausch eines
sorgung, die zudem für den Betrieb einer Durchfluss- ganzen Containers ist einer Nachfüllung vorzuziehen,
messeinrichtung benötigt wird, auf den Anlagen vor- da so gesichert ist, dass kein Fällmittel in die Umge-
handen. Reicht die vorhandene Kapazität nicht aus, bung gelangt (Tränckner et al., 2016). Doppelwandige
besteht die Möglichkeit, einen Teil der benötigten 1-m³-IBC werden häufig als Mietwechselbehälter vom
Energie mittels Solarpanelen und passenden Batterie- Fällmittellieferanten bereitgestellt und die Mietkosten
speichern zu decken. über den Fällmittelpreis umgelegt. In Tab. 2 sind die
Vor- und Nachteile der beiden Varianten aufgeführt.
Die Lagerung des Fällmittels kann grundsätzlich in Anlagenspezifisch erweist sich immer eine der beiden
einem festinstallierten Tank (bspw. 10 m³ aus HD- Varianten als wirtschaftlicher.
1 Ab einer Konzentration des Parameters PO4-P von 0,3 mg/l wird zur Erreichung noch geringerer Konzentrationen deutlich mehr
Fällmittel benötigt. Dann ist es zweckmäßiger, den partikulären Phosphor weiter abzuscheiden, um geringe Konzentrationen für den
Gesamtphosphor zu erzielen.
12Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Tab. 2: Vor- und Nachteile eines festinstallierten Tanks und eines doppelwandigen 1-m³-Wechselbehälters (IBC)
Doppelwandiger
Festinstallierter HD-PE-Tank
1-m³-Wechselbehälter (IBC)
geringere spezifische Fällmittelkosten
+ + geringere Wartung des Lagerbehälters
(durch größere Abnahmemenge)
höhere Investitionskosten bei Lagerung im beheizten Gebäude (bspw. Rechenhaus) keine zusätzliche
- +
Beheizung des Behälters nötig
Wartung des Lagerbehälters und höhere spezifische Fällmittelkosten durch
- -
der Dosiereinrichtung erforderlich geringere Abnahmemenge
- zu entrichtende Mietkosten für den doppelwandigen IBC
Bei der Errichtung der Fällmitteldosierung sind Bevor eine feste Installation der Dosierstelle und der
die Vorgaben der AwSV (2017) zu erfüllen. Bei der Lagerung gewählt werden, sollte ein einjähriger Test-
Verwendung von wassergefährdenden Stoffen der betrieb mit einem IBC an der gewählten Dosierstel-
Wassergefährdungsklasse 1 sind entsprechende La- le erfolgen, um die Dosierung einzustellen und alle
geranlagen bis zu einer Größe von > 100 m³ nicht Schwankungen in den Jahreszeiten beobachten zu
anzeigepflichtig bei der zuständigen Wasserbehörde. können. Erst danach sollte die Wahl zwischen einem
Die materiellen Vorgaben an Anlagen sind vom Be- festen Tank, die damit verbundene Bemessung und
treiber in eigener Verantwortung sicherzustellen. Installation und der Betriebsweise mit doppelwan-
digen IBC getroffen werden. Hinweise zur Wahl des
Beispielhaft werden im Folgenden hierzu Angaben Fällmittels, zum Umgang mit dem Fällmittel und der
gemacht: Lagerung können Kap. 4.2.2 entnommen werden.
Schlauchleitungen sind druckseitig der Dosierpum-
pe, von der Dosierstation zur Dosierstelle, in Schutz- 4.1. 2 Wahl der Dosierstelle und
rohren mit Gefälle zu verlegen. An den tiefsten Steuerung der Dosierung
Stellen der Schutzrohre sind kontrollierbare Leckage-
schächte einzuplanen. Schutzrohre sind mindestens Bei der Wahl der Dosierstelle auf der Abwasserteich-
80 cm tief in den Boden einzubinden, um den Frost- anlage sollte auf den verfahrenstechnischen Aufbau
schutz sicherzustellen. der Anlage geachtet werden. Die Einmischung des
Fällmittels muss zwingend in einem Bereich mit ho-
Die festinstallierten HD-PE-Tanks sind auf Funda- her Turbulenz erfolgen, um eine gute Verteilung des
menten zu errichten und in einer Auffangwanne Fällmittels zu erreichen und die Bildung von Mikro-
aufzustellen. Die verwendeten Anlagenteile müs- flocken zu unterstützen. Daher sollten möglichst be-
sen eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des reits vorhandene turbulente Stellen genutzt werden
Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) für die (Kap. 4.1.3).
Verwendung des Fällmittels haben.
Belüftete Abwasserteichanlage
Bei festinstallierten Anlagen ist ein Abfüllplatz als An-
lagenteil zu errichten, der beim Befüllen im Fall einer Die Dosierung in belüfteten Abwasserteichanlagen
Betriebsstörung beaufschlagt werden kann und die (vgl. Abb. 6) sollte im Zulauf zum letzten belüfteten
Rückhaltung des austretenden Volumens gewährleistet. Teich (1. Wahl) vorgenommen werden (Beck et al.,
1997). Dies hat den Vorteil, dass der Fällschlamm
Um sicherzugehen, dass alle Anforderungen nach getrennt vom primären Schlamm anfällt und somit
AwSV (2017) erfüllt werden, sollte für die genaue das Risiko einer Rücklösung des chemisch gebun-
Planung der Fällmitteldosier- und -lagereinrichtung denen Phosphors aus dem abgelagerten Schlamm
ein Sachverständiger eingebunden werden, zumal die deutlich reduziert wird (Beck et al., 1997; Eichholz
Anlage gemäß AwSV (2017) vor Inbetriebnahme einer und Strohmeier, 1981). Wenn der belüftete Teich
Sachverständigenprüfung unterzogen werden muss. bis in die oberste Schlammschicht aerob ist, kommt
13Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Dosierung des Dosierung des
Fällmittels Fällmittels
(2.Wahl ) (1.Wahl )
WSP WSP
QT QM
Schacht
Rechen mit
Drossel Nachklärteich
Sandfang Bel . Teich 1 Bel . Teich 2 Gewässer
Abb. 6: Wahl der Dosierstelle in belüfteten Abwasserteichanlagen (nach Großmann [1999])
es aufgrund einer stabilen Eisenhydroxidschicht an 2-h-Mischprobe erfolgen. Die zugeordnete Durch-
der Grenzfläche zwischen Schlamm und Wasser flussmenge ist zu erfassen. Aus der Konzentration
zur Bindung des Phosphors in der Schlammschicht. und der Durchflussmenge errechnet sich die Fracht.
Dort können aus der anaeroben Zone rückgelöste
Phosphationen mit Eisenoxiden reagieren (Chabir Ebenfalls empfehlenswert ist die Anpassung der Do-
et al., 2000; Melo et al., 2000; Peng et al., 2007; sierung an das Profil des Trinkwasserverbrauchs, das
Stumm und Morgan, 2012). An dieser Stelle kann die beim örtlichen Trinkwasserversorger angefragt wer-
Dosierung – aus den Erfahrungen der betrieblichen den kann. In Abb. 7 ist darüber hinaus ein Profil des
Praxis – konstant erfolgen. Für die Einmischung des Trinkwasserverbrauchs einer ländlichen Gemeinde
Fällmittels sind an dieser Stelle oft turbulente Stellen dargestellt, das zum Vergleich der Profile untereinan-
vorhanden oder können mit sehr wenig Aufwand der und zur direkten Anwendung dienen kann.
erzeugt werden (vgl. Kap. 4.1.3). Im Anschluss an
den belüfteten Teich, der den Fällschlamm aufnimmt,
sollte zur Sedimentation der suspendierten Stoffe ein
weiterer Teich nachgeschaltet sein (Balmér und Vik,
1978).
12
Ist keine ausreichend turbulente Stelle (siehe Kap.
4.1.3) vorhanden, kann auch im vorhandenen belüf- 10
teten Sandfang (2. Wahl) dosiert werden. Die Dosie-
rung im Zulauf sollte nicht konstant erfolgen, da die
Gesamtphosphorfrachten im Tagesgang schwanken.
8
Eine durchflussproportional gesteuerte Dosierung ist
aufgrund des häufig hohen Fremdwasseranteils im 6
% Qd
Zulauf der Abwasserteichanlagen (> 50 % QT,d) und
dem deshalb nicht am Durchfluss erkennbaren Ta-
gesgang der Frachten nicht sinnvoll. Darüber hinaus
4
wird der Durchfluss an den Anlagen oft im Ablauf
gemessen. Dieser entspricht wegen der Pufferwir- 2
kung der großen Teiche aber nicht dem Durchfluss
im Zulauf. Eine zeitgesteuerte Dosierung ist in die-
sen Fällen empfehlenswert. Der zeitliche Verlauf der 0 6 12 18 24
Dosiermengen kann durch die Durchführung einer Abb. 7: Prozentualer Verlauf der Trinkwasserabgabe eines
Messkampagne im Zulauf über mehrere Trockenwet- Tages in einerZeit
Landgemeinde (Beispiel)
tertage ermittelt werden. Die Probenahme sollte als (Mutschmann und Stimmelmayr, 2007)
14Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Dosierung des Dosierung des
Fällmittels Fällmittels
(2.Wahl ) (1.Wahl )
Grobent-
WSP WSP schlammung
QT QM
Schacht
Rechen mit Tauchkörper
Drossel Nachklärteich
Sandfang Bel . Teich Gewässer
Rücklauf /Schlamm
Abb. 8: Wahl der Dosierstelle in Abwasserteichanlagen mit zwischengeschalteter technischer Stufe (nach Großmann [1999])
Venturi Strömungsbrecher Rinnenknick
Dosierstelle
Abb. 9: Optionen zur Einmischung des Fällmittels (nach Gleisberg (1988))
Abwasserteichanlage mit zwischen- (Chabir et al., 2000; Melo et al., 2000; Peng et al.,
2007; Stumm und Morgan, 2012). Darüber hinaus
geschalteter technischer Stufe
kann die Dosierung an dieser Stelle, aus den Erfah-
In Abwasserteichanlagen mit einer zwischengeschal- rungen der betrieblichen Praxis, konstant erfolgen.
teten technischen Stufe (vgl. Abb. 8) ist eine Dosie- Ist keine ausreichend turbulente Stelle (siehe Kap.
rung im Ablauf der technischen Stufe bzw. im Zu- 4.1.3) vorhanden, kann auch im vorhandenen belüf-
lauf zur Zwischenklärung/Grobentschlammung (1. teten Sandfang (2. Wahl) dosiert werden. Die genaue
Wahl) empfehlenswert. Das abgetrennte Schlamm- Ausführung kann dem Abschnitt Belüftete Abwas-
Wasser-Gemisch ist in den ersten belüfteten Teich serteichanlage dieses Kapitels entnommen werden.
zurückzuführen, um den Schlamm dort aerob zu sta-
bilisieren (Beck et al., 1997; Rameseder und Stock- 4.1.3 Einmischung des Fällmittels
bauer, 2015). So steht der Biomasse im ersten Teich
und in der technischen Stufe immer ausreichend Die Einmischung des Fällmittels ist von hoher Bedeu-
Phosphor durch den Zulauf zur Verfügung, das Fäll- tung für die Effizienz des Fällungsprozesses. Abb. 9
mittel wird weitestgehend ausgenutzt und das Risi- zeigt Optionen zur Einmischung des Fällmittels. Die
ko einer Rücklösung minimiert. Wenn der belüftete Metallionen müssen in kürzester Zeit mit den Phos-
Teich bis in die oberste Schlammschicht aerob ist, phationen in Kontakt kommen, um direkt reagieren
kommt es aufgrund einer stabilen Eisenhydroxid- zu können (Bever, 2002; Pöpel, 1991). Die Stelle
schicht an der Grenzfläche zwischen Schlamm und der Einmischung des Fällmittels muss deshalb eine
Wasser zur Bindung des Phosphors in der Schlamm- turbulente Strömung zu allen Durchflusszuständen
schicht. Dort können aus der anaeroben Zonen rück- (sowohl bei Regenwetter als auch bei Trockenwetter)
gelöste Phosphationen mit Eisenoxiden reagieren aufweisen.
15Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Fällmittel
Abb. 10: Schnitt durch einen statischen Mischer in einer Rohrleitungsstrecke (links); Rührwerk zur Einmischung des Fällmittels
(rechts) (Stadtwerke Schlitz)
Die DWA (2011) empfiehlt eine Leistungsdichte von • hydraulischer Wechselsprung
100 bis 150 W/m³ für die Einmischung. Nach Szabó et • Querschnittsveränderung
al. (2008) sind 10–20 Sekunden nach der Dosierung • Toskammer nach einem Wehr
90 % der Phosphationen an die Metallionen gebunden. • Absturz
Dennoch ist eine Aufenthaltszeit von etwa einer Minu- • Zusammenführung von Abwasserteilströmen
te in der Mischzone zu empfehlen (DWA, 2011). • Rührwerk höherer Drehzahl (siehe Abb. 10
[rechts])
Um eine ausreichende Einmischung zu erreichen, ist • Belüfter
bei einer Dosierung im Zulauf zum letzten belüfteten • Blende
Teich bzw. im Zulauf zur Grobentschlammung vor • Rohrleitung mit statischem Mischer (in einer
der Rückführung des Wasser-Schlamm-Gemisches Rohrleitungsstrecke eingebrachter Einbau zur Er-
in den ersten belüfteten Teich eine der nachfolgend zeugung einer turbulenten Strömung, siehe Abb.
aufgezählten Stellen nötig (Barjenbruch und Exner, 10 [links])
2009; Firk, 1991; Gleisberg, 1988): • Schneckenpumpwerk
• druckseitige Turbulenz einer Pumpe
Abb. 11: Varianten zur Installation einer Tauchwand vor dem Ablauf (Ablaufbauwerk aus Beton mit Tauchwand aus Metall (links),
selbstgebaute Tauchwand aus Holz (rechts)
16Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Darüber hinaus sollte von einer Dosierung in einem
breiten Gerinne abgesehen werden.
Ist eine natürlich turbulente Stelle nicht gegeben,
sollte ein konstant, zeitgleich mit der Dosierung des
Fällmittels betriebenes kleines Rührwerk oder kleiner
Belüfter im Zulauf zum letzten belüfteten Teich (bzw.
im Zulauf zur Grobentschlammung vor Rückführung
des Wasser-Schlamm-Gemisches in den ersten belüf-
teten Teich) in einen bereits vorhandenen Schacht ein-
gebaut werden. Ist eine Rohrleitung vorhanden, kann
dort ggf. auch ein statischer Mischer eingebaut werden.
Wenn eine solche turbulente Stelle nicht gegeben ist, Abb. 12: Im Schönungsteich installierter Oberflächenbelüfter
kann bei einem vorhandenen belüfteten Sandfang mit Tauchmotor und pilzförmigem Wasserauswurf
auch direkt im Sandfang bzw. im Zulauf des Sand-
fangs dosiert werden. In diesem Fall ist die Sandfang-
belüftung über den Bedarf des Sandfangs hinaus im- naturnahe und wartungsarme Maßnahmen zur Fest-
mer zu Zeiten der Dosierung zu betreiben. stoffabscheidung zu ergreifen (z. B. Bodenpassagen,
Steinfilter). Bisher wurde von Anlagenbetreibern
Mit dem Fällmittel in Kontakt kommende Anlagen- mit implementierter Phosphorelimination nicht von
teile sollten immer korrosionsbeständig ausgeführt sein. einem erhöhten Abtrieb von Biomasse berichtet, so
dass dieser nur in Einzelfällen zu erwarten ist.
4.1.4 Verbesserung der
Feststoffabscheidung An dieser Stelle sei zudem darauf hingewiesen, dass
im Schönungsteich installierte Oberflächenbelüfter
Vielfach festgestellte Wasserlinsen oder andere mit Tauchmotor und pilzförmigem Wasserauswurf
Schwimmpflanzen auf dem Schönungsteich tragen, (siehe Abb. 12) zwar einerseits dazu beitragen, dass
wenn sie in den Ablauf gelangen, zu einer Erhöhung bei einer Bedeckung des Schönungsteiches mit Was-
des partikulären Phosphors und somit auch zu er- serlinsen mehr Sauerstoff eingetragen wird und somit
höhten Gesamtphosphorkonzentrationen bei. Des- auch eine mögliche Rücklösung reduziert wird. An-
halb ist es auch über die eigentliche Phosphorelimi- dererseits kann die dadurch erzielte Turbulenz aber
nation hinaus nötig, eine Tauchwand vor dem Ablauf auch dafür sorgen, dass sich die Biomasse nicht so
anzubringen, um den Abfluss (und mit diesem auch gut im Schönungsteich absetzen kann und vermehrt
die Schwimmpflanzen) nicht direkt von der Oberflä- in den Ablauf ausgetragen wird. Daher wird empfoh-
che abzuziehen. Dieser vor dem Ablauf abgetrennte len, auf einen Oberflächenbelüfter zu verzichten.
Bereich ist darüber hinaus bei der werktäglichen
Kontrolle der Anlage (siehe Anhang, Kap. 6.2) von
Schwimmpflanzen zu befreien und die Tauchwand 4.2 Betriebliche Maßnahmen
mit einem Besen zu säubern. In Abb. 11 sind zwei
Varianten einer solchen Tauchwand aufgezeigt, wobei
in beiden Beispielen der Bereich hinter den abgebil- 4.2.1 Analyse der Säurekapazität
deten Tauchwänden nur unzureichend gereinigt ist.
Durch die Dosierung von Metallsalzen zur Fällung
Ist der einzuhaltende Überwachungswert und der wird die Säurekapazität des Abwassers (zusätzlich
Jahresmittelwert im Anschluss an diese Maßnah- zur Nitrifikation) vermindert. Allerdings sollte die
me aufgrund des partikulären Phosphors noch im- Säurekapazität im Ablauf der Anlage 1,5 mmol/l
mer nicht erreichbar, kann die Ursache auch darin nicht unterschreiten, um den Prozessen im anschlie-
liegen, dass ein Abtrieb von Bakterien- oder Algen- ßenden Gewässer einen ausreichenden Säurepuffer
biomasse vorliegt. In diesem Fall sind weitergehende zu bieten (DWA, 2016).
17Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
SNH4,ZU Ammoniumstickstoff-Konzentration im Zulauf des ersten Teiches (in der filtrierten Probe) [mg/l]
SNH4,AB Ammoniumstickstoff-Konzentration im Ablauf des letzten Teiches (in der filtrierten Probe) [mg/l]
SNO3,ZU Nitratstickstoff-Konzentration im Zulauf des ersten Teiches (in der filtrierten Probe) [mg/l]
SNO3,AB Nitratstickstoff-Konzentration im Ablauf des letzten Teiches (in der filtrierten Probe) [mg/l]
SKS,ZU Säurekapazität im Zulauf des ersten Teiches [mmol/l]
SKS,AB Säurekapazität im Ablauf des letzten Teiches [mmol/l]
SFe3+ Konzentration des eingesetzten dreiwertigen Eisens Fe3+ [mg/l]
SAl3+ Konzentration des eingesetzten dreiwertigen Aluminiums Al3+ [mg/l]
XP,Fäll zu fällender Phosphor [mg/l]
Bei Abwasserteichanlagen mit einem meist hohen Dosierung in belüfteten Belebungsbecken eingesetzt
Fremdwasseranteil im Zulauf ist es meist nicht mög- werden (Henze, 2010; Pöpel, 1991). In den Abwas-
lich, von der Trinkwasserhärte auf die Säurekapazi- serteichen ist für diese Oxidation nicht ausreichend
tät zu schließen. Daher ist es nötig, eine qualifizierte Sauerstoff vorhanden, weshalb der Einsatz von
Stichprobe bei Trockenwetter im Zulauf des ersten Eisen(II)produkten nicht zu empfehlen ist (Eichholz
Teiches zu entnehmen und die Säurekapazität analy- und Strohmeier, 1981).
tisch zu bestimmen. Die Säurekapazität kann durch
Küvettentests im eigenen Labor analysiert werden Beim Einsatz von flüssigen Eisen(III)- und
oder bei einem Labor in Auftrag gegeben werden. Aluminium(III)produkten ist auf die korrosive Wir-
Wurde die Säurekapazität analysiert, kann mit der kung der Produkte zu achten (Bratby, 2006; Parsons
obigen Formel in Anlehnung an das DWA-Arbeits- und Berry, 2004). Die mit dem Fällmittel in Kontakt
blatt A 131 (2016) die Säurekapazität im Ablauf des kommenden Anlagenteile sollten deshalb aus korro-
letzten Teiches ermittelt werden. sionsbeständigem Material (bspw. PE) gefertigt sein.
Wird die Säurekapazität von 1,5 mmol/l im Ablauf
unterschritten, ist neben der Dosierung des Fällmit- Polyaluminiumprodukte sind einerseits deutlich
tels auch die Dosierung eines basischen Neutralisa- teurer als Eisen(III)- und Aluminium(III)produkte,
tionsmittels nötig (DWA, 2016). Bei einer Erhöhung bringen andererseits aber den Vorteil eines gerin-
der Fällmitteldosierung sollte die Berechnung über- geren Verbrauchs an Metallionen durch die vorhe-
prüft werden, um eine ausreichende Säurekapazität rige Polymerisation mit sich, da nach der Dosierung
im Ablauf gewährleisten zu können. weniger Metallhydroxide gebildet werden (Henze,
2010; Pöpel, 1991). Darüber hinaus sind die Tem-
4.2.2 Wahl des Fällmittels peraturanfälligkeit des Fällmittels, der Schlammanfall
und die Abgabe von Chlorid- und Sulfationen und so-
Die Wahl des Fällmittels kann unabhängig von der mit letztlich die Aufsalzung des Wassers beim Einsatz
verfahrenstechnischen Ausführung der Anlage ge- von Polyaluminiumprodukten geringer (Bratby, 2006).
troffen werden. Als Fällmittel können alle gängigen
flüssigen Eisen(III)-, Aluminium(III)- und Polyalu- Auf der Grundlage von Erfahrungen mit zwei hessi-
miniumprodukte eingesetzt werden. Bisher sind an schen Teichanlagen, die bereits den künftigen Jahres-
den acht untersuchten Abwasserteichanlagen, die mittelwert von 1 mg Pges/l einhalten, lässt sich eine
verschiedene Fällmittel einsetzen, keine Probleme erforderliche relative Fällmittelmenge βFäll von 2,6
aufgetreten. bis 3,5 ableiten. Allerdings wurde an diesen Anla-
gen bisher keine Optimierung des Fällmitteleinsatzes
Eisen(II)produkte müssen in aerobem Milieu zu durch die Analyse des Ortho-Phosphat-Phosphors
Eisen(III) oxidiert werden und können daher in und eine daran angepasste Dosierung (siehe Kap.
technischen Abwasserbehandlungsanlagen nur bei 4.2.4) durchgeführt. Zudem konnten die Werte aus-
18Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie
Bd,FM Zu dosierende absolute tägliche Fällmittelmenge [g Fällmittel/d]
CP,Z Konzentration des Phosphors im Zulauf [mg/l]
CP,aM,AN Konzentration des Phosphors im Ablauf, Jahresmittelwert (Betriebsmittelwert) [mg/l]
XP,BM P-Einbindung in die Biomasse (0,5 bis 1,0 % der Konzentration des BSB5 im Zulauf) [mg/l]
βFäll Relative Fällmittelmenge [-]
QT,d Tägliche Abwassermenge bei Trockenwetter [m³/d]
WSFe Eisen-Wirksubstanz des Fällmittels [kg Fe/kg Fällmittel]
WSAl Aluminium-Wirksubstanz des Fällmittels [kg Al/kg Fällmittel]
schließlich über die jährlich eingesetzte Fällmittel- stimmungen der AwSV (2017) zu beachten (vgl. Kap.
menge ermittelt werden. Deshalb ist es möglich, dass 4.1.1). In den Sicherheitsdatenblättern der Fällmittel
auch mit einem geringeren Fällmitteleinsatz der Jah- sind die jeweils einzuhaltenden Sicherheits- und Ar-
resmittelwert von 1 mg Pges/l erreicht werden kann. beitsschutzmaßnahmen beschrieben.
Die βFäll-Werte anderer, nicht naturnah errichteter
Belebungsanlagen sind – wegen möglicher Rücklö- 4.2.3 Erweiterung der Analytik im
sungen in den Abwasserteichanlagen – nicht direkt Ablauf um den Parameter
mit den oben genannten Werten vergleichbar. Es ist
Ortho-Phosphat-Phosphor
nicht davon auszugehen, dass durch eine Optimie-
rung der Phosphorelimination die niedrigen βFäll- (PO4-P)
Werte von anderen technischen Abwasserbehand-
lungsanlagen erreicht werden können. Probenahmen an vier Abwasserteichanlagen zeigten,
dass die laut EKVO (2017) vorgeschriebene wöchent-
Mit der obigen Formel kann der tägliche Fällmittel- liche Analytik des Gesamtphosphors im Ablauf einer
bedarf nach DWA (2011) berechnet werden. Auf- Abwasserbehandlungsanlage der Größenklasse 2 zur
grund der geringeren Trockensubstanzgehalte in den Kontrolle der Fällmitteldosierung nicht ausreicht.
Teichen und der i.d.R. nicht stattfindenden Nitrifika- Wenn eine Konzentration des Gesamtphosphors im
tion ist von einem geringeren Einbau des Phosphors Ablauf analysiert wird, die über dem einzuhaltenden
in die Biomasse auszugehen als in technischen Ab- Ablaufwert liegt, wird in der Regel mehr Fällmittel
wasserbehandlungsanlagen (bspw. Belebungsanla- dosiert ohne zu überprüfen, ob die erhöhte Konzen-
gen). Der Einbau in die Biomasse kann im Mittel mit tration auf den partikulären Phosphor oder den Ortho-
0,5–1,0 % der Konzentration des BSB5 im Zulauf der Phosphat-Phosphor zurückzuführen ist. Nur bei zu
Abwasserteichanlage angenommen werden. hohen Konzentrationen des Ortho-Phosphat-Phos-
phors ist eine Erhöhung der Fällmittelmenge wirksam.
Bei der Auslegung der Dosierpumpe sollten bei den Partikulärer Phosphor kann durch eine höhere Fäll-
Anlagen der GK 2 mindestens die oben genannten mitteldosierung nicht weiter reduziert werden.
βFäll-Werte zur Abdeckung des (stündlichen) Spitzen-
bedarfs Bh,FM und deutlich geringere βFäll-Werte (und/ Deshalb wird neben der wöchentlichen Analytik
oder die Nachtbelastung) zur Abdeckung des Mini- des Gesamtphosphors im Ablauf eine Bestimmung
malbedarfs (bspw. nachts) angesetzt werden. Die des Ortho-Phosphat-Phosphors dringlich empfohlen.
Auslegung ist in Hinblick auf den Jahresmittelwert Diese sollte vor allem in der Einfahrphase und bei
von 1 mg Pges/l durchzuführen. starken Schwankungen der Ablaufkonzentrationen
dreimal wöchentlich im Rahmen eines betrieblichen
Bei der Lagerung des Fällmittels und beim Umgang Messprogrammes vorgenommen werden, um stabi-
mit diesen wassergefährdenden Stoffen sind die Be- le Ablaufkonzentrationen zu erreichen und zudem
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