Die Bedeutung der Stickstoffkontrolle bei der Abwasserbehandlung

Methoden zur Stickstoffentfernung

Stickstoff kommt im Abwasser hauptsächlich in diesen Formen vor: Ammonium (NH₄-N), Ammoniak (NH₃), Nitrit (NO₂⁻) und Nitrat (NO₃⁻). Für jede dieser Formen ist ein anderer Ansatz erforderlich, um eine effiziente Behandlung zu gewährleisten.

Konventionelle Belebtschlammbehandlung (CAS)

Die konventionelle Belebtschlammbehandlung (CAS) ist eine der am häufigsten eingesetzten Methoden zur Stickstoffentfernung. Bei diesem Verfahren wird das Abwasser in Tanks belüftet, wodurch das Wachstum von Mikroorganismen gefördert wird, die Stickstoffverbindungen abbauen. Nitrifizierende Bakterien oxidieren Ammoniak zu Nitrit und dann zu Nitrat. Obwohl Ammoniak effektiv entfernt wird, muss Nitrat weiter behandelt werden, um Stickstoff vollständig zu beseitigen. Dies erfolgt in der Regel durch Denitrifikation. CAS ist aufgrund der ständigen Belüftung und des konstanten Pumpens allerdings recht energieintensiv.

Nitrifikation-Denitrifikation

Nitrifikation-Denitrifikation ist ein zweistufiger biologischer Prozess, der sich sehr gut zur Reduzierung von Stickstoff im Abwasser eignet. Zunächst oxidieren nitrifizierende Bakterien Ammoniak in einer sauerstoffreichen Umgebung zu Nitrat. Anschließend wandeln denitrifizierende Bakterien Nitrat in einer anaeroben Umgebung mithilfe einer externen Kohlenstoffquelle in Stickstoffgas (N₂) um. Dieser Prozess beseitigt Stickstoff sehr effizient, erfordert jedoch eine sorgfältige Kontrolle des Sauerstoffgehalts und ausreichend Kohlenstoff für die Denitrifikation.

Herausforderungen bei der Stickstoffkontrolle

Die Kontrolle von Stickstoff in der Abwasserbehandlung ist schwierig, da die Anlagen mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert sind, wie z. B.:

• Empfindlichkeit von Mikroorganismen
  Die Mikroorganismen, die bei Prozessen wie Nitrifikation und Denitrifikation die Stickstoffentfernung vorantreiben, reagieren empfindlich auf ihre Umgebung. Sie können durch Veränderungen der Umweltbedingungen wie pH-Wert, Temperatur oder Kontakt mit toxischen Substanzen beeinträchtigt werden, was sich negativ auf ihre Wirksamkeit auswirken kann.
• Externe Kohlenstoffquelle
  Eine weitere große Herausforderung ist die Notwendigkeit, die Denitrifikation durch eine externe Kohlenstoffquelle zu unterstützen. Das erhöht die Komplexität und die Kosten des Behandlungsprozesses. Eine unvollständige Aufbereitung kann zur Anhäufung von Nitraten führen, was weitere Aufbereitungsschritte erforderlich macht. Darüber hinaus sind Nitrifikationsprozesse sehr energieintensiv, was die Betriebskosten deutlich steigen lässt.
• Abwasserzusammensetzung
  Die Zusammensetzung von Abwasser kann stark variieren, was die Stickstoffentfernung zusätzlich erschwert. Unterschiede im Ammoniumgehalt oder im Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis können die Einhaltung optimaler Behandlungsbedingungen behindern. Diese Variabilität ist besonders in großen Anlagen problematisch, in denen die Aufrechterhaltung eines stabilen, konsistenten Betriebs ohnehin eine große Herausforderung darstellt.

Innovative Lösungen zur Stickstoffkontrolle

BlueEdge™ von Badger Meter stellt sich diesen Herausforderungen direkt, da diese Produktfamilie Technologien bereitstellt, die entscheidende Einblicke in den Grad der Stickstoffverschmutzung und die allgemeine Wasserqualität in Abwasserbehandlungsprozessen bieten. Diese Tools verfolgen den Nitrifikations-Denitrifikationsprozess und versorgen Kläranlagen in Echtzeit mit Daten, die eine schnellere, proaktivere Wartung und eine sofortige Reaktion auf auftretende Probleme ermöglichen. Diese Einblicke tragen nicht nur zum Schutz der aquatischen Umwelt bei, sondern gewährleisten auch eine sichere Trinkwasserversorgung und fördern die öffentliche Gesundheit.

Ein gutes Beispiel für die Wirkung ist die Jianshan-Kläranlage in China. Um die Einleitungsstandards des „12. Fünfjahresplans“ zu erfüllen, führte die Anlage ein auf BlueEdge-Online-Überwachungstools basierendes Verfahren zur Stickstoffentfernung ein. So wurden in vier SBR-Tanks der nitro::lyser V3 und der ammo::lyser Proinstalliert. Diese Aufrüstung ermöglichte eine präzise Steuerung der Nitrifikation und Denitrifikation, was zu einer Reduzierung der Belüftungs- und Kohlenstoffquellenkosten führte. Infolgedessen konnte die Anlage die CSB- und NH4-N-Emissionen um 50 % reduzieren. Dadurch wurde der Gesamtstickstoffgehalt im Abwasser erheblich gesenkt und die Wasserqualität des Qiantang-Flusses verbessert.

Fazit

Die Kontrolle des Stickstoffgehalts im Abwasser ist für den Schutz der Ökosysteme und der öffentlichen Gesundheit von entscheidender Bedeutung. BlueEdge™ bietet Echtzeiteinblicke und proaktive Lösungen, um Herausforderungen wie die Empfindlichkeit von Mikroorganismen und unterschiedliche Abwasserzusammensetzungen zu bewältigen. Erfolgsgeschichten aus verschiedenen Anlagen belegen die Leistungsfähigkeit dieser Technologien bei der Steigerung der Wasserqualität und der betrieblichen Effizienz und tragen so zu einer gesünderen Umwelt bei.