Die Forschung im Teilantrag P4 befasst sich mit den Einflüssen von Kulturpflanzen auf Prozesse und Raten der Denitrifikation in landwirtschaftlichen Böden. Diese Effekte konzentrieren sich auf Aktivitäten von Wurzeln, die erheblichen Einfluss auf die Bedingungen für Prozesse, Raten und Organismen der Denitrifikation ausüben. Die Wirkungen der Pflanzen werden systematisch nach vier Gruppen analysiert: Rhizodeposition, Stickstoffaufnahme durch Wurzeln, Wasseraufnahme und Wirkungen residualer Biomasse im Nach-Erntezeitraum. Da diese Wirkungen z.T. massive Verschiebungen in der Verfügbarkeit und im Verhältnis der Substrate verursachen, wird in die Stöchiometrie der Denitrifkationsprozesse eingegriffen, was u.a. zu Veränderungen im Verhältnis von N2O zu N2-Emissionen führt. Dies hat große Umweltrelevanz. In systematisch angelegten Mesokosmen-Versuchen mit Pflanzen sollen die genannten Wirkgruppen isoliert betrachtet werden. Neben der klassischen Online- und manuellen Spurengasanalytik werden 15N- und 13C-Markierungs- und Isotopomeransätze verwendet, um Gasflussraten und Produktstöchiometrie quantitativ zu erfassen und Pflanzenprozessen zuzuordnen. Angestrebt wird auch, die aus Isotopomeranalysen abgeleiteten Erkenntnisse zu verantwortlichen Organismen in Zusammenarbeit mit P2 zu verifizieren. Die Studien fließen in die Prozessparametrisierung der verschiedenen Modellebenen ein.
Musterprotokoll A Name und Anschrift der Wasserbehörde Datum: Sofern zu einzelnen Kontrollpunkten bereits Berichte o. ä. vorliegen, ist die Kontrolle und Dateneintragung mit Verweis darauf entfallen. Soweit möglich, sind diese Berichte o. ä. diesem Protokoll beigefügt. Protokoll der Kontrolle von Kläranlagen, in denen häusliches und kommunales Abwasser behandelt wird, gemäß Runderlass des Ministeriums für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt vom 12.04.2023 (MBl. LSA S. 151) mit Ausfüllhinweisen Name Kläranlage: Anlagenkontrolle am: Hinweis: Die Kontrolle der Kläranlage vor Ort erfordert, dass die Wasserbehörde, ggf. unter Einbeziehung des Betreibers der Kläranlage, das Protokoll der Anlagenkontrolle soweit möglich (vor)ausfüllt! Gliederung I.Allgemeine Angaben (FIW) II.Durchführung der Anlagenkontrolle II.1Vorbereitungsgespräch mit dem Betreiber 1.Adressen 2. 3.Angaben gemäß wasserrechtlichem Bescheid Einhaltung wasserrechtlicher Anforderungen 3.1 3.2.Behördliche Beprobung seit letzter Anlagenkontrolle Auswertung der behördlichen Beprobung und der Beprobung im Rahmen der Selbstüberwachung 3.3Auswertung der Selbstüberwachungsergebnisse zum Abwasserdurchfluss im Ablauf der Kläranlage 3.4 3.5Einhaltung von Nebenbestimmungen des wasserrechtlichen Bescheides Einhaltung der Anforderungen an die Selbstüberwachung 3.6Betriebspersonal/Betriebsüberwachung 4. 4.1Entwässerungssystem Indirekteinleiter (Gewerbe/Industrie) 4.2 5.Einzugsgebiet der Kläranlage Ausbau, Belastung und Betrieb der Kläranlage 5.1 5.2Ausbau und Betrieb der Kläranlage Stoffliche Belastung der Kläranlage 5.3Hydraulische Belastung der Kläranlage 5.4 6.Ausbau und Betrieb wesentlicher Behandlungsstufen Energieverbrauch 7.Abfallentsorgung II.2 Kontrolle der Anlagen 1. 2.Ausstattung Wesentliche Anlagenteile (Vergleich: Planung – Ausbau) 3. 4.Zustandsbeschreibung/Beanstandungen Beanstandungen/Mängelbeseitigung seit letzter Anlagenkontrolle III. 1. 2. Ergebnis der Kläranlagenkontrolle Im Rahmen der Kläranlagenkontrolle festgestellte Beanstandungen/Mängel Gesamteinschätzung der Kläranlage Anlagen Anlage 1 Anlage 2Teilnehmerliste Vereinfachtes technologisches Fließschema der Kläranlage (aktuell) Anlage 3 Anlage 4Technologische Draufsicht der Kläranlage (aktuell) Plausibilitätsprüfung wichtiger Betriebsparameter Anlage 5Formblätter für die Erfassung des aktuellen Ausbaus und die überschlägige Bewertung des Betriebes wesentlicher Behandlungsstufen Anlage 6Zustandsbeschreibung/Beanstandungen Anlage 7Kanalnetz 2 I. Allgemeine Angaben (FIW) Nummer WB- Blatt:Messstellennummer(Ablauf KA): Anlagenname:Anlagennummer: Anlagentyp:Inbetriebnahmejahr der Anlage: Ausbaugröße der Anlage in EW BSB5: Reinigungsstufen Mechanik Biologie Nitrifikation Denitrifikation P-Eliminierung Filtration Die Aktualität der Angaben (wasserrechtlicher Bescheid, SÜ- Bericht des Betreibers, LVwA- EXCEL-Tabelle) und die Übereinstimmung mit den betreffenden Angaben im FIW (Segmente Abwasseranlagen und Wassernutzungsverwaltung - WNV) sind zu prüfen. RdErl. des MLU vom 20.12.2005 „Einrichtung, Form, Inhalt und Führung des Wasserbuches“ zusätzliche Reinigungsstufen Ozonung Adsorption Die letzte Anlagenkontrolle war am: Niederschrift zur letzten Anlagenkontrolle vom: Hinweis: FIW – Fachinformationssystem Wasser 3
Mit der weltweit zunehmenden Zahl von Aquakulturanlagen steigt die Bedeutung von Verfahren zur Nitratelimination. Je höher die Anforderungen an die Wasserqualität und die einzuhaltenden Grenzwerte des Ablaufs in den Vorfluter sind, umso eher ist eine Nitratelimination mit einer Denitrifikationsanlage erforderlich. Nur mit einem Denitrifikationsprozess ist eine Fischproduktion mit unter 40 L Frischwasser je kg Fisch-Zuwachs möglich im Gegensatz zu 500 L/kg Fisch-Zuwachs bei einer konventionellen Kreislaufanlage. Jede Wassereinsparung senkt auch den Energiebedarf für das Aufheizen des Frischwassers auf Betriebstemperatur. Zudem bleibt durch die Denitrifikation der pH-Wert weitgehend konstant und ein Chemikalieneinsatz lässt sich vermeiden. Ein Ziel des Projektes ist es, einen Beitrag zu leisten zur Verbesserung der Gesundheit und des Wohlbefindens der Fische. Die Nitratelimination ist dabei von entscheidender Bedeutung, denn eine unzureichende Wasserqualität beeinträchtigt das Wachstum der Fische und begünstigt Stressreaktionen und Erkrankungen. Der Einsatz wasserunlöslicher, biologisch abbaubarer Festsubstrate, die als Aufwuchsflächen für das mikrobielle Wachstum und als C-Quelle für die Denitrifikation dienen, bieten hier erhebliche Vorteile, denn eine Zudosierung löslicher Kohlenstoffquellen ist hier nicht erforderlich. Damit lässt sich dieses Verfahren deutlich einfacher und sicherer handhaben, als mit konventionellen Verfahren.
In Fischzucht-Kreislaufanlagen fallen organischer Schlamm aus Fischkot, Futterresten und bakterieller Biomasse sowie nitratreiches Abwasser als Abfall an. Damit das Nitrat das Abwasser nicht belastet, wird es sinnvollerweise vor Ort denitrifiziert. Die bestehenden Technologien zur Denitrifikation sind aber teuer und sie benötigen zugeführten Kohlenstoff in Form von Methanol, Ethanol oder Essigsäure. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, ein Verfahren zur Denitrifikation zu entwickeln, bei dem der anfallende Schlamm als C-Quelle genutzt wird und die beiden Abfallströme so verbunden werden. Dafür soll ein Reaktor - genannt DONALD Reaktor- entwickelt werden, in dem der schwer abbaubare Anteil des Schlamms über verschiedene Schritte in leicht abbaubare C-Verbindungen (flüchtige Fettsäuren) umgewandelt wird und so als C-Quelle für die Denitrifikation verfügbar gemacht wird. Das DONALD-Verfahren besteht aus dem DONALD-Reaktor und einem anschliessenden gängigen Denitrifikationsreaktor. Es sollen zwei Lösungsansätze verfolgt werden: ein High-Tech- Ansatz in zwei Varianten und ein Low-Tech-Ansatz. Grundsätzlich wird bei allen Verfahren der Schlamm zuerst in einem Becken gelagert, in dem der biologische Abbau geschieht. Anschliessend wird das als C-Quelle verwendete Permeat mit einem Filtrationsverfahren abgetrennt. Das zurückbleibende Retentat wird bei den High-Tech Varianten in das Becken zur Vorbehandlung zurückgeführt, in der Low-Tech-Variante nach einer gewissen Aufenthaltszeit aus dem System entfernt. Für die High-Tech-Lösung kommt der Schlamm zuerst in einen Schwebebettreaktor. Anschliessend wird er entweder mittels Ultraschall und Druckfiltration weiterbehandelt oder nur mit Vakuumfiltration aufgetrennt. Bei der Low-Tech-Variante wird ein Schlammsammelbecken mit optimalen Verhältnissen für den organischen Abbau eingesetzt. Die flüssige Phase wird anschliessend mit einem Bandfilter (Porengrösse 200mym) abgetrennt. Die für die Denitrifikation verfügbare C-Menge wird geringer sein als bei den High-Tech-Varianten. Aber die Menge an ausgetauschtem Wasser in der Fischzucht wird kleiner und die Nitratfracht damit reduziert. Schwerpunkt des vorliegenden Projektes ist die technische Machbarkeit und Bestimmung der besten Variante zur Vorbehandlung des Schlamms für die anschliessende Denitrifikation. Falls die Machbarkeit mit einer bestimmten Variante erwiesen ist, soll das Verfahren in einem Folgeprojekt bis zur Marktreife entwickelt werden. Projektziele: Der DONALD-Reaktor zur Schlammvorbehandlung ist in zwei High-Tech- und einer Low-Tech-Variante entwickelt. Die High-Tech Varianten werden an der ZHAW Wädenswil und die Low-Tech Variante im Tropenhaus Frutigen getestet. Im anschliessenden Denitrifikationsreaktor eingesetzt, können die Schlämme die Nitratfracht im Abwasser der Fischzucht um 95% (High-Tech Varianten ) bzw. 80% (Low-Tech- Variante) reduzieren.
Ziel dieses Projektes ist es das Mischverhalten sowie die Performance von Rührsystemen in Biogasanlagen zu erfassen, und mittels CFD-Simulation mathematisch darzustellen. Von diesen Computer-Simulationen kann das aktuelle Mischverhalten abgelesen werden. Daraus können Rückschlüsse auf optimale Reaktorgeometrien und Positionierung von Rühr systemen, optimale Rührwerkskombinationen sowie minimierter Energieeinsatz abgeleitet werden. Prinzipiell sollen mindestens 2 Biogasanlagen mit unterschiedlichen Rührwerksystemen er-fasst werden. Die rheologische Beschreibung der Fermenterinhalte (Gärgut) wird basierend auf bestehen-den Daten verfeinert und präzisiert. In Abhängigkeit von Korngrößenverteilungen (Halmlän-gen etc.) sowie eingesetzten Substraten wird die Viskosität sowie das rheologische Verhal-ten experimentell erfasst. Durch die Datenaufnahme bei bestehenden Biogasanlagen (Reaktor- und Rührwerksgeo metrien) kann in einem ersten Schritt das aktuelle Mischverhalten dargestellt werden. Da-durch können Hinweise auf die Optimierung der in diesem Projekt beteiligten Biogas anlagen hinsichtlich Mischgüte und Energieeinsatz abgeleitet werden. Die CFD-Modelle werden durch ein Validierungsverfahren überprüft. Durch punktuelle Zuga-be von Bacillus globigii werden Rührkessel-Response-Kurven aufgenommen. Das Grundmodell der CFD-Simulation wird dann soweit modifiziert damit Aussagen über folgende Fragestellungen getroffen werden können: Optimierung Mischverhalten bei bestehenden Anlagen Optimierung Rührwerkgeometrie im Fermenter Minimierung Energieeinsatz bei bestehenden Rührsystemen Optimales Rührsystem bei landw. Biogasanlagen Endprodukte: Für bestehende Konzepte/Betreiber Leitfaden zum optimalen Misch-Algorithmus Hinweise auf Totzonen Minimierter Energieeinsatz bei optimaler Erreichung des Mischzieles Für Neu-Konzepte / Konstrukteure Einsatzgrenzen von Rührwerk-Systemen (Langsam-, Schnellläufer; Propeller-, Paddelrühr-werke, Mischung aus diesen Gruppen) Beste Anordnung im Fermenter Minimierter Energieeinsatz
Die Kläranlage Annweiler der Verbandsgemeindewerke Annweiler wurde im Jahre 1966 errichtet und im Jahre 1998 nach den damaligen Anforderungen für Abwasserreinigungsanlagen der Größenklasse 3 auf die Reinigungsziele Kohlenstoffabbau sowie Nährstoffelimination für eine Ausbaugröße von 17.000 Einwohner und Einwohnergleichwerte ausgebaut. Tatsächlich angeschlossen sind z.Z. etwa 12.000 Einwohnerwerte (EW). Obwohl die Anlage vor ca. 4 Jahren ausgebaut wurde (zum damaligen Zeitpunkt unter weitest gehender Beibehaltung der bestehenden Baukörper und mit einem vergleichsweise geringen Kostenaufwand), weist die Kläranlage Annweiler z.Z. eine Reihe von betriebs- und verfahrenstechnischen Problemen auf, die wie folgt zusammengefasst werden können: - Das Verhältnis von BSB5 zu Stickstoff im Zulauf der Anlage ist recht gering, was zu niedrigen Umsatzgeschwindigkeiten bei der Denitrifikation führt. Dieser Effekt wird durch die sehr lange Aufenthaltszeit in der Vorklärung, die zu einer weiteren Abnahme der BSB-Verbindungen führt, noch verstärkt. - Die geringe Zulaufsäurekapazität kann zu einer Eigenhemmung der Nitrifikation führen und muss durch gezielte Zugabe von Kalk erhöht werden. - Die Sauerstoffzufuhr über die Oberflächenbelüfter unter Zuschaltung von Reinsauerstoff ist als nicht wirtschaftlich zu bezeichnen. - Das wohl drängendste Problem auf der Kläranlage Annweiler stellt das übermäßige Wachstum von fadenförmigen Organismen dar, die zu erheblichen Bläh- und Schwimmschlammereignissen mit der ständigen Gefahr des Abtreibens von Schlamm aus der Nachklärung führen. Diese treten ganzjährig auf, in den Wintermonaten sind die Schlammabsetzeigenschaften mit einem Schlammvolumenindex ISV von bis zu 280 ml/g jedoch noch schlechter als während der warmen Jahreszeit. Das übermäßige Wachstum der fadenförmigen Organismen ist hierbei auf vielerlei Faktoren zurückzuführen, die im Rahmen der angebotenen Studie näher beleuchtet werden müssten. - Die Kapazitäten im Rahmen der Schlammbehandlung sind nach Auskunft des Betriebspersonals unzureichend und müssen im Rahmen der Studie überprüft werden. - Die Überwachungswerte im Ablauf der Anlage werden nicht immer sicher eingehalten. Insbesondere beim Parameter Phosphor kam es im Laufe der letzten Jahre zu einigen Überschreitungen, die zu einer Erhöhung der Abwasserabgabe führen können. Aus den vorgenannten Defiziten der Anlage ergeben sich eine Reihe von Optimierungsansätzen. Die Vorgehensweise im Rahmen des Projektes beeinhaltet die folgenden Teilaspekte: Teil 1) Entwicklung eines Konzeptes zur zielgerichteten Bekämpfung der fadenförmigen Organismen durch chemisch-physikalische und verfahrenstechnische Maßnahmen; Erfolgskontrolle, Teil 2) Verfahrenstechnische Optimierung der Anlage, Teil 3) Einbindung der vorhandenen Messeinrichtungen in Automatisierungskonzepte.
Vor allem in Gebieten mit intensiver landwirtschaftlicher Nutzung wurde seit Anfang der achtziger Jahre ein Anstieg der Nitratgehalte im Grundwasser auf Werte von z.T. weit ueber 50 mg/l festgestellt, der hauptsaechlich auf die landwirtschaftliche Duengung zurueckzufuehren ist. Dies fuehrte bei vielen Grundwasserwerken zu einer deutlichen Ueberschreitung der Nitratkonzentrationen nach der Trinkwasserverordnung. Aufgrund der drohenden Schliessung vieler betroffener Grundwasserwerke, gelangten in den letzten Jahren verschiedene Verfahren zur Nitratreduktion aus Trinkwasser zur Entwicklung. Eine Moeglichkeit stellt dabei die biologische Denitrifikation im Festbettreaktor auf abbaubarme Traegermaterial dar. Im Gegensatz zu anderen biologischen Verfahren entfaellt hierbei eine aufwendige Nachreinigung des Wassers, da keine Zusatzstoffe wie etwa Methanol benoetigt werden. In diesem Forschungsvorhaben wird ein biologisches Verfahren zur Denitrifikation von Trinkwasser im Festbettreaktor mit Hilfe immobilisierter Mikroorganismen auf abbaubarem Traegermaterial eingesetzt. Es sollen Laborversuche im Batch-System und Versuche im kleintechnischen Massstab durchgefuehrt werden. Die Schwerpunkte des Forschungsvorhabens werden durch die Entwicklung und verfahrenstechnische Optimierung des Biofilmverfahrens im Hinblick auf die Nitratabbauleistung und die gleichzeitige Minimierung des (Wieder-) Verkeimungspotentials durch biologisch leicht verwertbare organische Verbindungen im Ablauf der Denitrifikationsanlage gebildet. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine kompakte, leistungsfaehige Denitrifikationsanlage fuer Trinkwasser zu entwickeln, die fuer kleine und mittlere Wasserwerke eine wirtschaftliche Alternative zu anderen Verfahrenskonzepten darstellt.
Abgeschlossene Untersuchungen haben bewiesen, dass eine wesentliche Stickstoffelimination durch Denitrifikation in technischen Anlagen grundsaetzlich moeglich ist. Der Umfang der Denitrifikation schwankt jedoch erheblich, insbesonders bei Regenwetterzufluss. Eine Regelung der Denitrifikation kann deshalb zweckmaessig sein. Fuer die Regelung soll die sich schnell aendernde Messgroesse NH4 Verwendung finden. Je nach dem Gehalt an NH4 im Ablauf der zweiten und dritten Kaskade einer aus insgesamt vier Kaskaden bestehenden Belebungsanlage werden die Kaskaden 2 und 3 wechselweise entweder als Denitrifikation oder Nitrifikationsanlage betrieben.
In labor- und technischen Versuchen wurde der Einsatz von verbrauchter Kfz-Kuehlerfluessigkeit als organische C-Quelle fuer die Denitrifikation in Sickerwasserbehandlungsanlagen untersucht. Der Zusatz von externen H(+)-Donatoren ist in vielen Faellen erforderlich, um bei der biologischen Behandlung von Sickerwasser mit geringem CSB die vorgegebenen Eliminierungsziele fuer Stickstoff zu gewaehrleisten. Kfz-Kuehlerfluessigkeiit ist aufgrund ihres hohen Anteiles an leicht abbaubarer organischer Substanz (20-30 Prozent Ethylenglykol) und ihrer weitgehend konstanten Zusammensetzung eine geeignete Alternative fuer synthetische Produkte wie Methanol oder Essigsaeure. Die positiven Ergebnisse aus Labor- und Technikumsversuchen wurden durch zweijaehrige grosstechnische Erprobung auf der Sickerwasserbehandlungsanlage der Deponie Alt Duvenstedt bestaetigt.
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und Realisierung eines einfachen und wirksamen Verfahrens zur Wasseraufbereitung in der Aquakultur. Ein biologisches Hochleistungs-Verfahren zur Denitrifikation wurde verknüpft mit einer Membraneinheit zur Entfernung von Feststoffen (z.B. Bakterien, ikropartikel), dem Membran-Deni-Reaktor' (MDR). Neben einer Erhöhung der Biomassen-Konzentration im Denitrifikationsreaktor und damit einer Steigerung der Denitrifikationsrate, war die Erwartung, dass mit dieser Entwicklung Wasser und Energie eingespart und gleichzeitig eine Verbesserung der Fischgesundheit durch das Herausfiltern von Pathogenen aus dem Prozesswasser erreicht werden kann. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass die Projektidee technisch umsetzbar ist. Der Wasserverbrauch wird vermindert, die Wasserqualität und die Fischgesundheit verbessert. Allerdings bleiben noch Fragen offen, zu denen ein weiterer Forschungsbedarf besteht.
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