Die Kläranlage Schwarzenbruck ist eine Kläranlage der Größenklasse 4 mit ungefähr 35.000 Einwohnerwerten. Die Anlagenbestandteile der Kläranlage waren zum Großteil älter als 45 Jahre. Zudem wurde die Kläranlage wegen der Lage sehr verschachtelt gebaut und bot keinen Platz für Erweiterungen. Deswegen entschied man sich, einen Neubau auf einem an grenzenden Grundstück zu realisieren.
Im Projekt Energieintelligente Kläranlage Schwarzenbruck wurden, erstens, unterschiedliche Ansätze zur Energieeinsparung auf Kläranlagen konsequent umgesetzt. Zweitens werden alle Maßnahmen zur regenerativen Stromerzeugung genutzt. Dazu gehören neben Klärgas, die Photovoltaik und die Wasserkraft. Drittens kann durch eine intelligente Steuerung der verschiedenen Stromerzeuger insbesondere der BHKWs und vergrößerter Speicher die Kläranlage netzdienlich arbeiten, d.h. die Strombezugsspitzen fallen gering aus und werden durch Maßnahmen auf der Kläranlage meist selbst kompensiert. Die Steuerung des Stromverbrauchs erfolgt durch die Kläranlage, die Optimierung erfolgt nach den Preisen am kurzfristigen Energiemarkt.
Durch die erfolgreiche Umsetzung des Vorhabens konnte der Stromverbrauch der Kläranlage Schwarzenbruck auf die Hälfte reduziert werden und beträgt noch 21 kWh pro Einwohnerwert und Jahr. Auch die CO2-Äquivalent Emissionen sind deutlich gesunken, während sich die Reinigungsleistung der Kläranlage verbesserte und somit das Eutrophierungsrisiko im Gewässer verringert. Der elektrische Eigenversorgungsgrad beträgt über 100 % (Energieneutralität). Nahezu 80 % des Stroms wird aus Klärgas gewonnen (ohne Co-Vergärung).
Die Ergebnisse des Projektes Energieintelligente Kläranlage Schwarzenbruck sind modellhaft für Kläranlagen der Größenklasse 4.
Quelle: Forschungsbericht
Aufgrund der Weiterentwicklung moderner Onlinemesstechnik wurde es moeglich, ein Mess-, Steuer- und Regelkonzept im grosstechnischen Massstab umzusetzen. Die Untersuchung des MSR-Konzeptes wird auf einem Klaerwerk mit dreistufiger Kaskadendenitrifikation durchgefuehrt. Die beiden letzten Stufen sind zweistrassig ausgelegt, wobei eine Strasse gesteuert/geregelt und die andere Strasse konventionell betrieben wird. Somit stehen Referenzwerte zur Beurteilung der gesteuert/geregelten Strasse zur Verfuegung. Den Input fuer das auf Stickstoffmassenbilanzen basierende MSR-Konzept, welches in ein Prozessleitsystem impliziert ist, liefern die online ermittelten Parameter Ammonium, Nitrat, Sauerstoff und Zulaufvolumenstroeme. Mit dieser Betriebsweise besteht die Moeglichkeit, bestehende Klaeranlagen besser auszulasten, die Prozessstabilitaet hochbelasteter Anlagen zu steigern, schneller auf Belastungsstoesse zu reagieren, Investitions- und Betriebskosten zu senken und bestehende Anlagen flexibler zu betreiben.
Die Entfernung des partikulaeren und kolloidalen Anteils der Schmutzfracht in der hochbelasteten Stufe einer zweistufigen Belebungsanlage reduziert deutlich die Schlammproduktion in der Stickstoffeliminationsstufe. Die verringerte Schlammproduktion ermoeglicht dann eine hoehere Biomassekonzentration der Nitrifikanten in dieser Stufe durch Erhoehung des Schlammalters und damit eine hoehere Nitrifikationsrate Ae g NH4 N/(m3xh) Ue. Das bedeutet, dass in diesem Fall die Verweilzeit des Abwassers in der Nitrifikationszone niedriger als bei einstufigen Belebtschlammverfahren gehalten werden kann. Die hochbelastete erste Stufe dient auch als Pufferstufe bei Stossbelastungen. Aufgrund der Vorentfernung der mit der partikulaeren und kolloidalen Schmutzfracht verbundenen Kohlenstoffe durch Adsorption an der Bakterienoberflaeche und Vernetzung zwischen den Schlammflocken in der ersten Stufe werden haeufig die C:N-Verhaeltnisse im Zulauf der Stickstoffeliminationsstufe bei unguenstiger Abwasserzusammensetzung bezueglich der Kohlenstofffraktionen verringert. Diese Abnahme hat ein Absinken der Denitrifikationskapazitaet der Anlage zur Folge. Die Verbesserung der Denitrifikationskapazitaet der zweiten Stufe ohne Minderung der hohen Nitrifikationsleistung der Anlage soll eine Optimierung der Stickstoffelimination bei diesen zweistufigen Klaeranlagen bewirken. Hierzu wurde das Kontakt-Hydrolyseverfahren im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickelt. Bei diesem Verfahren wird die Verbesserung der Denitrifikationskapazitaet mit der Einhaltung der hohen Nitrifikationsraten ohne Dosierung externer C-Quellen erreicht. Die erste Stufe ist zur Entfernung des ungeloesten Anteiles der Schmutzfracht, der den Grossteil der Schlammproduktion in einstufigen Belebungsanlagen ausmacht, geeignet. Die zweite Stufe ist zur Stickstoffelimination vorgesehen.