Klärwerk Monheim - Neubau einer Faulschlammentwässerungsanlage mit zugehöriger Zentratwasserbehandlung


Der  BRW baut auf dem Gelände des Klärwerks Monheim eine neue Faulschlammentwässerungsanlage einschließlich einer zugehörigen Zentratwasserbehandlung.

Der Baubeginn erfolgte Mitte August 2014 und die Fertigstellung ist Ende 2015 geplant.

Die Kosten für den Bau der gesamten Anlage belaufen sich auf 5,5 Millionen €.

Geplanter Neubau

Die Faulschlämme der Klärwerke Monheim und Hilden sowie einiger kleinerer Verbandskläranlagen werden bisher auf der zentralen Entwässerungsanlage Langenfeld (ZELa) entwässert. Von den Klärwerken Monheim und Hilden gelangt der Schlamm per Druckleitung nach Langenfeld. Der Schlamm der kleineren Anlagen wird er per Fasswagen angeliefert. Die Maschinentechnik der seit 1981 in Betrieb befindlichen Entwässerungsstation ist inzwischen so stark abgenutzt, dass eine Erneuerung unabdingbar ist. Aus betrieblichen insbesondere aber auch wirtschaftlichen  Gründen hat sich der Verband dazu entschieden, die neuen Entwässerungseinrichtungen auf dem Klärwerk Monheim unterzubringen und die Anlage in Langenfeld aufzugeben.

Auf dem Gelände in Langenfeld verbleibt künftig nur eine ebenfalls neu zu errichtende Zwischenpumpstation, über die Nassschlamm des Klärwerks Hilden durch die bereits vorhandene, gegenwärtig noch in umgekehrter Richtung betriebene Schlammdruckleitung zum Klärwerk Monheim herangeführt.

In Monheim wird die Faulschlammentwässerung künftig mit Hochleistungszentrifugen erfolgen. Geplant ist eine Anlage mit zwei Zentrifugen, die eine Kapazität von jeweils 30 m3 Nassschlamm pro Stunde besitzen. Die Trommeln der Zentrifugen drehen mit etwa 3.000 U/min und erzeugen dadurch ein künstliches Schwerefeld von dem 3.000-fachen der Erdanziehung. Der zuvor durch Zugabe von polymeren Flockmitteln konditionierte, d.h. in einen gut entwässerbaren Zustand gebrachte Nassschlamm, wird dadurch in seinem Trockensubstanzgehalt von ursprünglich etwa 3% auf schließlich ca. 24% gebracht. Der dann etwa erdfeucht vorliegende, entwässerte Faulschlamm wird in einem Hochsilo zwischengelagert und von dort mittels LKW verladen und zur Verbrennung abgefahren.

Das bei der Entwässerung anfallende Zentratwasser weist insbesondere hohe Konzentrationen von Ammonium NH4 auf. Ein Großteil dieser Stickstoffbelastung wird in einer speziellen Zentratwasserbehandlungsanlage eliminiert, ehe das aufbereitete Zentrat zur weiteren Reinigung in den Zulauf des Klärwerks zurückgegeben wird.

Für diese Zentratwasserbehandlung ist auf dem Klärwerk Monheim mit der sogenannten anaeroben Deammonifikation eine innovative Technik vorgesehen, die sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet, dass sie mit einem Minimum an Energieeinsatz auskommt. Die Behandlung erfolgt in zwei 750 Kubikmeter großen Bioreaktoren unter Einsatz von Mikroorganismen, also vergleihbar dem herkömmlichen Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser. Das Besondere ist, dass die Bioreaktoren hier mit sehr speziellen Bakterien, den sogenannten Planktomyceten angeimpft werden, die durch ihren speziellen Stoffwechsel dieses Energie sparende Verfahren erst ermöglichen. Um diesen, im Vergleich mit den sonstigen, an der konventionellen Abwasserreinigung teilnehmenden Bakterien außerordentlich langsam wachsenden Spezies optimale Lebensbedingungen zu schaffen, ist eine ausgeklügelte Verfahrenstechnik mit erhöhtem Mess- und Regelaufwand erforderlich und nicht zuletzt auch qualifiziertes, geschultes Personal.

Verfahrensbeschreibung herkömmliche Nitrifikation/Denitrifikation und anaerobe Deammonifikation

Bei der klassischen Abwasserreinigung wird der in Form  von Ammonium vorliegende Stickstoff (NH4) zunächst von autotrophen, d.h. von nicht auf organisches Substrat angewiesenen Bakterien unter Verbrauch von großen Mengen Sauerstoff zunächst zu Nitrat (NO3) umgewandelt. Dabei benötigen diese Bakterien 4,6 kg O2 , um 1 kg Ammoniumstickstoff zu Nitratstickstoff umzuwandeln. Dieser Sauerstoff muss in der Regel mit großem Energieaufwand per Lufteintrag in das Abwasser eingebracht werden. Unterwirft ma das zu reinigende Abwasser dann anoxischen Bedingungen, d.h. die Luftzufuhr wird eingestellt, so  sind andere heterotrophe Bakterienarten in der Lage, das Nitrat zu elementarem Stickstoff zu reduzieren, der dann gasförmig in die Atmosphäre. Dies erfolgt durch Veratmung des Nitratsauerstoffes bei gleichzeitigem Verbrauch von organischem Substrat, welches entweder im Abwasser  ausreichend vorhanden ist, oder gegebenenfalls künstlich zugesetzt werden muss.

 

Bei der anaeroben Deammonifikation hingegen wird durch spezielle verfahrenstechnische Randbedingungen erreicht, dass der im vorigen Absatz beschriebene Oxidationsprozess nur bis zum Nitrit (NO2) erfolgt und auch nur etwa die Hälfte des vorliegenden Ammoniums umgewandelt wird. Dafür wird nur etwa 1/3 der o.g. Sauerstoffmenge benötigt. Hierin liegt im Wesentlichen der Vorteil hinsichtlich des Energieaufwandes und des damit verbundenen wirtschaftlichen Vorteils. Die oben bereits erwähnten Planktomyceten sind dann in der Lage, das verbleibende Ammonium als Substrat unter Veratmung des Nitritsauerstoffes zu elementarem Stickstoff abzubauen. Externes Substrat muss nicht zudosiert werden, was die zweite Komponente des wirtschaftlichen Vorteils ausmacht.

 

Lageplanausschnitt

Daten und  Maße

Zentrifugenhalle Stahlskelett 12,50m x 16,80m

Faulschlammhochsilo 1 Stk, V = 200m3, H = 13m, Ø = 4,50m

Schlammstapelbehälter 2 Stk, V = 600m3 H = 5,50m Ø = 11,60m

Trübwasserspeicher (Vorlagebehälter) 1 Stk, V = 750m3 H = 5,75m Ø = 14,00m

Bioreaktoren Zentratwasserbehandlung 2 Stk, V1 = 400m3 H = 5,75m Ø = 12,65m
1 Austauschvolumen

Jährlich zu entwässernde Schlammmenge V = 156.000 m3/a = 4.680 MgTS/a