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Funktionsstörungen auf Kläranlagen – Begriffe, Ursachen und Auswirkungen

Dr. Peter Baumann

11.02.2009

Lehrerbesprechung 2009 der Kanal- und Kläranlagennachbarschaften in Bayern

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Begriffe

Störfall ein Ereignis, .“..das sich aus einer Störung des bestimmungsgemäßen Betriebes einer

Anlage ergibt, das unmittelbar oder später innerhalb oder außerhalb des Betriebsbereiches oder der Anlage zu einer ernsten Gefahr für Mensch und Umwelt oder zu schweren Sachschäden führt“

Betriebsstörung „als eine zeitlich begrenzte, bestimmbare Beeinträchtigung bzw. vom Ausfall einer

Kläranlagenkomponente mit der Folge einer Nicht- oder Mindererfüllung der bestimmungsgemäß unter bestimmten Betriebsbedingungen zu leistende Aufgabe dieser Komponente

Funktionsstörung Wird oft einem Teilprozess der Abwasserreinigung zugeordnet. So kann beispielsweise

der Teilprozess der Nitrifikation selektiv beeinträchtigt sein, die Funktion der anderen Prozesse (Kohlenstoffabbau, Schlamm/-Wassertrennung, Denitrifikation etc.) ist davon unbeeinflusst.

In der Praxis werden die Begriffe der Betriebsstörung und der Funktionsstörung aber oft synonym verwendet.

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Erkennung

Kläranlagen weisen ein stabiles Betriebesverhalten auf Funktionsstörung..

wenn die Messwerte der Eigenkontrolle nicht mehr innerhalb der üblichen Schwankungsbreite bzw. über den erwarteten Werten liegen

Beurteilung von Ganglinien - über einen Zeitraum von 24 Stunden deuten gelegentliche, unregelmäßige Überschreitungen nicht auf eine gravierende Funktionsstörung hin. Treten diese Überschreitungen aber regelmäßig, u.U. sogar mit steigender Tendenz auf, so besteht Handlungsbedarf

Bereich von mehreren Tagen, so ist auch hier eine kurzzeitige Überschreitung des erwarteten Wertes (d.h. Messwert über dem Schwankungsbereich) unerheblich. Bei einem zu beobachtenden tendenziellen Anstieg, oder gar einer täglichen Überschreitung ist dagegen ein unmittelbarer Handlungsbedarf gegeben

ein Wert der wasserrechtlichen Erlaubnis auch nur kurzfristig überschritten, ist unverzüglich mit der Ursachenforschung zu beginnen

Plausibilität des Messwertes d.h. mögliche Fehlerquellen bei der Probenahme und der Analytik von Abwasserproben sind zu prüfen

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Ursachen

Außerbetrieblichen Ursachen (Witterung, Indirekteinleiter, Unfälle im Straßen- oder Bahnverkehr, Stromversorgung..)

Innerbetrieblichen Ursachen (Ausfall von Maschinen, Fehler der Bedienung oder Betriebsführung..)

nicht vorhersehbar die Vorhersehbarkeit einzelner Funktionsstörungen ist „hinterher“ (das heißt nach dem

Eintreten) immer einfacher als im laufenden Betrieb festzustellen.

vorhersehbar wenn erkannte bzw. gemeldete Schadstoffe im Kanalnetz auf die Kläranlage „zulaufen“

und das Schadstoffpotenzial zumindest ungefähr bekannt ist

Bei alleiniger Kenntnis der Symptome der Funktionsstörung ohne Hinweis auf die Ursache ist eine gezielte Ursachenforschung zu betreiben

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Auswirkungen

Auswirkungen sind je nach Dauer und Umfang vielfältig zusätzliche Personalaufwendungen für eigenes Personal zum Störungsmanagement zusätzliche Fremdleistungen zur Störungsbeseitigung (Beratungskosten, Analysekosten,

Fremdfirmen zur Instandsetzung von technischen Einrichtungen..) zusätzliche Betriebsmittelaufwendungen (Fällmittel, Schlammentsorgung, Energie..) Überschreitung von Überwachungswerten mit unter Umständen negativen Folgen für die

Abwasserabgabe erhöhte Belastung des Vorfluters bis zur Schädigung der Fauna (ggf. bis zum

Fischsterben) u.U. Gefährdung einer vorfluterabwärts gelegenen Trinkwasseraufbereitung negative Presse der Abwasserreinigung

Bei einer Beeinträchtigung des Vorfluters wird in der Regel auch geprüft, inwieweit dem Betreiber ein Organisationsverschulden oder Fahrlässigkeit nachzuweisen ist. Die Staatsanwaltschaft wird hier sowohl nach Information durch die Technische Fachbehörde wie durch Anzeigen Dritter (in der Regel Fischereiverbände) tätig.

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Management

Was ist zu tun .. unverzügliche Einleitung von Sofortmaßnahmen, um Dauer und Umfang der nachteiligen

Auswirkungen auf den Vorfluter zu minimieren. – Maßnahmen vor der Anlage (im Bereich der Regenbecken), innerhalb der Anlage und sogar

am Vorfluter (beispielsweise gezielte Verdünnung durch Abflusserhöhung - Einleitung von zusätzlichem Wasser) umfassen. Als Richtschnur können die Hinweise von [1] dienen, allerdings sind die richtigen Maßnahmen vor Ort oft von den lokalen Bedingungen abhängig. Ggf. ist sich externer Hilfe als Beratungsleistung zu bedienen.

sofortige Meldung an den Dienstvorgesetzten und die zuständige Behörde mit den verfügbaren Informationen über die Art, Ursache (sofern bekannt), Auswirkungen und voraussichtliche Dauer.

Ermittlung und Abstellen der Ursache der Störung.– Dies bedingt bei abnehmenden Informationsgrad über die Ursache der Störung, eine gezielte

Probenahme im Zu- und Ablaufbereich und in den Reaktoren sowie ggf. im Kanalnetz (bei Verdacht auf unerlaubte Einleitungen). Alle – auch schon im Vorfeld gezogene Proben - sind sachgerecht zurückzustellen, bis eine Analysenkonzept vorliegt.

Laufende Unterrichtung der zuständigen Behörde über die getroffenen und noch beabsichtigten Maßnahmen.

Ggf. Umsetzung von Maßnahmen zur Vermeidung einer Wiederholung der Funktionsstörung.

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Durchführung von Analysen

Ziele: die Ursache möglichst genau zu erfassen und die Prozesstransparenz bezüglich des Verlaufes der Funktionsstörung(en) zu erhöhen

Umsetzung erhöhtes Probenaufkommen mit Probenrückstellung eine sachgerechte Probenvorbehandlung sowie ein durchdachtes Analysenkonzept mit hoher Umsetzungsgeschwindigkeit

• Teststäbchen

Gemessene Konzentration auf die richtige Größe beziehen Wirkschwellen von Hemmstoffen beziehen sich auf die Konzentration im biologischen

Reaktor und nicht im Zulauf zur Anlage, dass heißt, die Verdünnung im Reaktor bzw. vorgeschalteten Reaktor (Vorklärung, DN-Zonen) ist mit zu betrachten.

Geordnete Dokumentation der Analysenergebnisse

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Literatur I

Baumann, P. / Krauth, Kh. / Maier, W. und M. Roth (2008): Funktionsstörungen auf Kläranlagen,.– Neuauflage bei der DWA-LV BaWÜ Bezug auf die biologischen Teilprozesse der biologischen und chemischen

Abwasserreinigung streng prozess- und symptomorientiert aufgebaut ist, um an Hand von Ablaufdiagrammen ein

rasches, zielgerichtetes Handeln im Fall der Funktionsstörung zu ermöglichen – Probenahme und Analytik

– Reinigungsziel Kohlenstoffelimination

– Reinigungsziel: Nitrifikation

– Reinigungsziel: Denitrifikation

– Reinigungsziel: Chemische Phosphatelimination

– Reinigungsziel: Biologische Phosphatelimination

– Unter- oder Überschreitung des pH-Wertes im Ablauf

– Nitrit zu hoch

– Funktionsstörungen durch Blähschlamm

– Schwimmschlamm und Schaum

– Funktionsstörungen im Bereich der Schlammbehandlung

– Maßnahmen zur Gefahrenabwehr bei extern verursachten Funktionsstörungen

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Literatur I (Inhalt – Auszug)

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Literatur I (Inhalt – Systematik)

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Literatur II

Neitzel, V. und E. Tschech (2007): Betriebsstörungen auf Kläranlagen. DWA. ISBN: 978-3- 939057-85-7

auf ca. 650 Seiten eher umfassend. Dabei werden alle Aspekte von Betriebsstörungen (incl. der mechanischen Abwasserreinigung bis hin zur Geruchsproblematik) auch rechtlicher und organisatorischer Art behandelt. Handlungshinweise sind vor allem prozess- , aber weniger symptomorientiert gestaltet, das Auffinden konkreter Handlungsanweisungen zu einem bestimmten Problemfall im Text ist deshalb manchmal schwierig

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Ausgewählte Funktionsstörungen - CSB

vollständige Nitrifikation bedeutet immer auch sehr niedrige BSB5-, CSB,- oder TOC-Werte in der filtrierten Probe des Ablaufes

abtreibenden Flocken des belebten Schlammes auf 1 mg abfiltrierbare Stoffe entfallen 0,4 - 0,8 mg BSB5 bzw. 1,0 - 1,5 mg CSB.

Maßnahmen Bestimmung CSB ? Bestimmung CSBfil / CSBunfil

Schlammabtrieb ?• Kurzfristig• Langfristig

Bewertung Funktionsstörungen beim CSB sehr selten biologisch induziert

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Ausgewählte Funktionsstörungen – NH4-N

Hohe Temperaturabhängigkeit der Stickstoffumsetzung. Die Bemessung der Kläranlagen erfolgt in Deutschland in der Regel für eine

Bemessungstemperatur von 10°C für vollständige Nitrifikation Erhöhte NH4-N-Ablaufwerte bei Abwassertemperaturen unterhalb der

Bemessungstemperatur sind deshalb keine Funktionsstörung Ebenso kann nicht erwartet werden, dass bei vorausgegangenen schnellen

Temperaturschwankungen (bspw. durch Schneeschmelze) auch bei Abwassertemperaturen im Bereich von > 12°C immer voll nitrifiziert wird.

Aerobe Schlammalter Belüftetes Volumen Glühverlust als Indiz für die aktive Biomasse

Hemmung Laborversuch Externe Untersuchung

0

10

20

30

40

50

60

31.07.2008

25.08.2008

19.09.2008

14.10.2008

08.11.2008

03.12.2008

28.12.2008

NH

4-N

Ab

lau

f (m

g/l)

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Ausgewählte Funktionsstörungen – NO3-N

äußerst selten

In Verbindung mit den Randbedingungen N/CSB Kontaktzeit Sauerstoffeintrag

Denkbar, aber eher regelmäßige Dauerbelastung mit Schwankungen

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Ausgewählte Funktionsstörungen – NO2-N

Vorbemerkung Nitrit entsteht als Zwischenprodukt sowohl bei der Oxidation von Ammonium zu Nitrat

(Nitrifikation) als auch bei der Reduktion von Nitrat zu molekularem Stickstoff (Denitrifikation).

Erhöhte Nitritgehalte gefährden die Biologie, da sie toxisch auf Mikroorganismen wirken. Außerdem wird der wasser- und abgaberechtlich bedeutsame Gehalt an anorganischem Stickstoff im Ablauf entsprechend erhöht.

Bei gut funktionierender Nitrifikation/Denitrifikation liegen die N02-N-Gehalte im gereinigten Abwasser unter 1,5 mg/l.

Eine Nitritanreicherung ist darauf zurückzuführen, dass die für die Umwandlung von Nitrit in Nitrat (Nitratation) verantwortlichen

Nitrobacter langsamer wachsen als Nitrosomonas, die für die Oxidation von Ammonium zu Nitrit (Nitritation) verantwortlich sind. Außerdem können höhere Ammoniumkonzentrationen die Nitritation hemmen

Aufgrund der relativen Unbeständigkeit von Nitrit sind die Proben möglichst sofort zu analysieren

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Ausgewählte Funktionsstörungen – NO2-N

Ursachen Sauerstoffmangel im Nitrifikationsteil starke Verkürzung des Schlammalters durch sehr hohen Überschussschlammabzug hohe Ammoniumrückbelastung durch Schlammwässer bei anaerober

Schlammbehandlung schnelle Absenkung der Abwassertemperatur nitratationshemmende Stoffe im Zulauf oder im Fällmittel erhöhte Ammoniumgehalte bzw. -frachten im Zulauf

Maßnahmen – Teil I die Belüftung im Nitrifikationsteil zu erhöhen Schlammwässer vorübergehend zurückzuhalten (speichern oder anderweitig entsorgen) das Schlammalter durch Steigerung des Trockensubstanzgehaltes zu erhöhen. Dabei ist

jedoch die Belastbarkeit der Nachklärung zu beachten (ISV, TS).

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Ausgewählte Funktionsstörungen – NO2-N

Maßnahmen – Teil II Vorfällung zur Entlastung der Biologie (Begünstigung der Nitrifikation) vollständige Nitritreduktion durch vorübergehendes Abschalten der kompletten

Belüftung. Diese Empfehlung gilt allerdings nur für den Fall, dass Belüftung und Umwälzung vollständig getrennt werden können. Die Ablaufqualität muss dabei laufend kontrolliert werden.

Vom längeren Abschalten der Belüfter ohne Umwälzung wird abgeraten, da bei abgesetztem Schlamm keine Reinigung mehr erfolgt. Auch die Drosselung der Belüftung auf das für die Umwälzung gerade erforderliche Maß ist nicht immer zielführend, da dadurch kein sauerstofffreies Milieu erreicht werden kann.

ggf. Einsetzen von Kohlenstoff zur schnelleren DN (nachts)

ggf. vorher DN-Geschwindigkeit im Labor bestimmen

(Fällmittel wechseln, ggf. intern eingesetzte Reinigungsmittel wechseln) (Stickstofffracht im Zulauf begrenzen bzw. ausgleichen (Vorbehandlung in Betrieben,

Zulaufspeicherung))

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Externe Funktionsstörungen I

Schematisierung nach Stoffgruppen

Leicht brennbare und explosive Gase sowie Flüssigkeiten (Gefahrenklasse A1 der Verordnung über brennbare Flüssigkeiten (VbF))

• Aceton, Äther, Benzin, Benzol, allg. Lösemittel• Havariefälle (chemische Industrie, Straßenverkehr)

Mineralölprodukte (Nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe, Gefahrenklasse A 3 Vbf)• Bohröl, Dieselöl, Heizöl, Schweröl, Schmierstoffe• Havariefälle (chemische Industrie, Öltankbefüllungen, Ölabscheider,

Straßenverkehr, Ölleitungen)

Säuren und Laugen –• Organische Säuren (Essigsäure, Zitronensäure, Propionsäure), • anorganische Säuren (Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure), • anorganische Laugen (Ammoniak, Kalk, Natronlauge, Soda)

– Havariefälle (Straßenverkehr, chemische Industrie), Reinigungsmittel

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Externe Funktionsstörungen II

Nährstoffe (stoßartige Belastung)• Gülle, Ammonium, Nitrit- oder Nitratsalze, Phosphate, Eiweiße, Blut• Havariefälle (Straßenverkehr, chemische Industrie), Reinigungsmittel, unerlaubte

Einleitungen von Prozessabwasser aus Gewerbebetrieben

Tenside (stoßartige Belastung)• Wasch- und Reinigungsmittel, Lösungsvermittler, Entfettungsbäder• Havariefälle (Straßenverkehr, chemische Industrie), Reinigungsmittel, unerlaubte

Einleitungen von Prozessabwasser aus Gewerbebetrieben

Leicht abbaubares Substrat (stoßartige Belastung)• Fette (pflanzlich und tierisch), Zucker, Molke, Stärke, Alkohol, Konzentrate• Havariefälle (Straßenverkehr, chemische Industrie), Einleitungen von

Prozessabwasser aus Gewerbebetrieben, insbesondere der Lebensmittelverarbeitung

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Externe Funktionsstörungen III

Sonstige giftige Stoffe (stoßartige Belastung) – • Schwermetalle (Kupfer, Blei, Zink, Chrom, Cadmium, Quecksilber etc.), • Chlorierte Kohlenwasserstoffe (PCB, Dioxine, Chloroform etc.), • Blausäure, Cyanide, • Pestizide, Mikrobizide, Farbstoffe und Pigmente• Havariefälle (Straßenverkehr, chemische Industrie), unerlaubte Einleitungen von

Prozessabwasser aus Gewerbebetrieben (insbesondere Metallbe- und verarbeitung, Textilindustrie)

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Externe Funktionsstörungen IV

Umgang bei frühzeitiger Erkennung, d.h. der Stoff ist unterwegs Ziel muss immer sein, den kontaminierten Abwasserstrom möglichst separat,

konzentriert und frühzeitig abzufangen:• in Regenbecken, allerdings ohne Überlauf in den Vorfluter, • Notfallbecken (optimal, falls vorhanden), • Vorklärbecken (falls vorhanden) oder • die gezielte Einleitung in eine biologisch, aktive Beckenstraße (bei mehrstraßigen

Anlagen (sogenanntes „Opferbecken“).

Damit wird der Hauptteil der biologischen Anlage geschützt und kann in Funktion bleiben. Selbst bei einem unklarem Gefährdungspotenzial der Einleitung sollte der Speicherung des Abwasserstromes im Vorfeld unbedingt Vorrang vor einer spekulativen Gefährdungsabschätzung als Grundlage für das weitere Handeln gegeben werden.

Maßnahmen zur Schadensminimierung

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