Verhinderung der Schaumbildung im Faulturm der Kläranlage des AZV Heidelberg

Ziel unserer Vorgehensweise war, die Ursachen zu finden und die Schaumbildung zu verhindern. Eine sorgfältige Analyse der Betriebstagebücher und ein Messprogramm haben ergeben, dass die Schaumbildung im Auftreten von filamentös wachsenden Mikroorganismen begründet liegt. Sie entstehen in der Denitrifikationszone und Belebung und gelangen mit dem Sekundärschlamm in den Faulturm. Dort werden sie schlecht abgebaut und behindern den Gasaustrag, so dass der Faulschlamm eine schaumige Konsistenz erhält und es zum Überschäumen der Faultürme kommen kann. Als Ursache für das Wachstum der filamentösen Mikroorganismen wurde der Sauerstoffeintrag in der vermeintlich anoxischen Denitrifikationszone erkannt, da hier die filamentösen Mikroorganismen mit den Flocken bildenden Denitrifizierern um das limitierende Substrat Gelöstsauerstoff konkurrieren.

Sauerstoffeintrag in die Denitrifikationszone

Der Sauerstoffeintrag erfolgt zum einen über die durch Rühren stark bewegte Oberfläche der Denitrifikationszone, zum anderen auch über den Rezirkulationsschlamm (Rücklaufschlamm), da dieser durch eine Schneckenpumpe gefördert wird, und drittens über den Zulauf zur Kläranlage, da durch die niedrigen Temperaturen im Winter die Sauerstoffzehrung in den Kanälen stark reduziert ist und gleichzeitig die Sauerstofflöslichkeit zunimmt.

Da die im Denitrifikationsbecken vorliegende Gelöstsauerstoffkonzentration sehr niedrig ist, trägt der Sauerstoffeintrag größtenteils zum Wachstum filamentöser Mikroorganismen bei, da diese auch bei geringen Sauerstoffkonzentrationen noch wachsen. Im Winter, wenn die Temperatur in der Kläranlage bei etwa 10 °C liegt, wird aufgrund des größeren treibenden Konzentrationsgefälles zwischen Luft und Wasser mehr Sauerstoff in die Deninitrifiationszone eingetragen, so dass sich die filamentösen Mikroorganismen insbesondere im Winter vermehren.

Maßnahmen

Es sind verschiedene Maßnahmen denkbar, um den Sauerstoffeintrag in die Denitrifikationszone zu verringern:

• Man kann die Oberfläche weniger stark bewegen.
  (Dies wurde wegen der Befürchtung von Schlammablagerungen nicht realisiert.)
• Man kann die Oberfläche verringern, z. B. durch eine Schwimmdecke.
• Man kann das treibende Konzentrationsgefälle verringern, z. B. durch eine Einhausung der Denitrifikationszone, so dass kein Kontakt mehr mit der Umgebungsluft besteht.

Die Betreiber der Heidelberger Kläranlage entschieden sich für die Einhausung in Form einer Holzkonstruktion, welche die Denitrifikationszone einer von mehreren, parallel betriebenen Belebungsstraßen (Straße 2) abdeckt (Bild 1). Später wurde zusätzlich die Rücklaufschlammpumpe eingehaust.

Obwohl der Sauerstoffeintrags in der Deni-Zone aufgrund von Undichtigkeiten nur unvollständig reduziert werden konnte, wurde der Schwimmschlamm auf der Belebung der Straße 2 erheblich verringert. Bild 2 zeigt oben die fast schaumfreie Belebung der Straße 2, während unten die dick mit Schaum bedeckte Belebung einer der anderen Straße dargestellt ist.

Ein unerwartetes, aber wichtiges Ergebnis des Messprogramms lag in der Erkenntnis, dass ein großer Teil der Denitrifikation bereits in der Nachklärung stattfindet. Der Rücklaufschlamm enthält nur relativ wenig Nitrat-N (ca. 1 mg/l), während die Ablaufwerte der Nachklärung in den Vorfluter bei etwa 4 bis 8 mg/l liegen. Dies bedeutet, dass die Flocken bildenden Denitrifikanten in der Denitrifikationszone nur schlecht mit Nitrat-Sauerstoff versorgt werden – ein weiterer Vorteil für die fädigen Mikroorganismen.

Mit Hilfe einer Computersimulation konnte für eine Modellkläranlage mit vorgeschalteter Denitrifikationszone der Einfluss verschiedener Faktoren auf die Zusammensetzung der Mikroorganismenpopulation gezeigt werden. In der warmen Jahreszeit (geringerer Sauerstoffeintrag) gehen die filamentösen Organismen zurück und die Population der Flockenbildner nimmt entsprechend zu, in der kalten Jahreszeit (erhöhter Sauerstoffeintrag) ist es umgekehrt. Das Modell zeigt, dass erst einige Jahre nach der Inbetriebnahme der Denitrifikationszone Schwimm- und Blähschlammprobleme auftreten. Dies wurde von vielen Betreibern kommunaler Kläranlagen bestätigt.

Das saisonale Auftreten von fädigen Mikroorganismen in modernen, erweiterten Kläranlagen ist eng gekoppelt mit dem Sauerstoffeintrag in die vermeintlich anoxische Denitrifikationszone. Anhand der vorgestellten Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass aufbauend auf dieser Erkenntnis Maßnahmen getroffen werden können, welche die Entstehung der fädigen Mikroorganismen deutlich beeinflussen. Damit kann in Zukunft ein Beitrag zur Verminderung dieser Schwimm- und Blähschlammproblematik geleistet werden.