Optimierung der biologischen Abwasser-
behandlung mittels Mikro-Flotation
bei ARA Rhein

Die ARA Rhein be­han­delt Ab­was­ser aus In­dus­trie und Kom­mu­ne aus dem Ein­zugs­ge­biet in Prat­teln in ei­nem 2-stu­fi­gen bio­lo­gi­schen Pro­zess. Den Neu­bau ei­ner zwei­stra­ßi­gen Flota­ti­ons­an­la­ge ver­ant­wor­te­te die DAS En­vi­ron­men­tal Ex­pert GmbH ge­mein­sam mit dem Pro­jekt­part­ner en­vi­plan®.

Bau einer Flotationsanlage zur Optimierung der biologischen Abwasserbehandlung bei ARA Rhein

Die ARA Rhein ist mit einer Größe von 500.000 Einwohnerwerten eine der größten Kläranlagen ihrer Art in der Schweiz. Umweltschonend werden rund sechs Milliarden Liter Abwasser aus Industrie und Kommune gereinigt. Damit sauberes Abwasser in den Rhein eingeleitet werden kann, durchläuft es mehrere aufwändige Reinigungsstufen. Die Abwasserreinigung umfasst mechanische-, chemisch physikalische- und biologische Aufbereitungsstufen sowie die thermische Behandlung des in der biologischen Reinigung gebildeten Klärschlammes. Die bei der Klärschlammverbrennung entstandene Abwärme wird als Heizenergie in den Wärmeverbund Grüssen der Elektra Baselland Liestal eingespeist. Das ergibt eine Heizölersparnis von circa eine Million Liter Heizöl.

Mittels umfangreicher Abwasseranalysen wird eine gleichbleibende hohe Qualität des einzuleitenden Abwassers gewährleistet. Die gesetzlich vorgeschrieben Grenzwerte werden jederzeit eingehalten.

Zusätzlich bietet die ARA Rhein als Dienstleistung die Reinigung biologisch gut abbaubarer Abwässer und die umweltverträgliche Behandlung von Klärschlämmen aus kommunalen und industriellen Kläranlagen an. Ein neuartiges Abluftkonzept sorgt für die nahezu vollständige Verringerung von Emissionen an Luftschadstoffen

Hohe Schwebstofffracht belastet die zweite biologische Stufe

Die ARA Rhein behandelt Abwasser aus Industrie und Kommune aus dem Einzugsgebiet in Pratteln in einem 2-stufigen biologischen Prozess. In der ersten Stufe (Biologie 1) wird das Industrieabwasser behandelt. Anschließend wird es mit dem Kommunalabwasser vermischt und in der darauffolgenden Stufe (Biologie 2) behandelt. Hier soll in Zukunft parallel zum Abbau der organischen Fracht die Elimination von Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser erfolgen.

Die Beseitigung von Stickstoff und Phosphor aus dem Wasser ist eine Grundvoraussetzung für das spätere Einleiten des Abwassers in den Rhein. Ohne diese Behandlung würde der erhöhte Eintrag an Nährstoffen zu einem erhöhten Wachstum an Phytoplankton und damit zur Eutrophierung des Gewässers führen.

Kerstin Ilgen

Prozessingenieurin, DAS Environmental Experts

Damit der Stickstoff in der Biologie 2 zukünftig störungsfrei nitrifiziert werden kann, ist ein zuverlässiger Rückhalt der Biomasse aus Stufe 1 notwendig. Als Verfahren, zum effizienten Rückhalt der Biomasse, und somit zur Vermeidung der Verfrachtung von großen Feststoffmengen in die zweite biologische Stufe, wurde eine Mikro-Flotationsanlage ausgewählt. Mit der neuen Flotationsanlage wird die zweite biologische Stufe bei der heutigen hydraulischen Belastung nur noch mit einer GUS (Gesamte ungelöste Stoffe) Tagesfracht von ca. 1,3 Tonnen, gegenüber 2,4 bis 8 Tonnen erst, belastet.

Funktionsweise der Mikro-Flotationsanlage und der angrenzenden Peripherie

Das Abwasser der Biologie 1 wird in ein ebenfalls neu errichtetes Einbauwerk geleitet. Das Einbauwerk fungiert als Pumpenvorlage für die Flotation sowie als Fällungsreaktor. Als Fällungsmittel wird Polyaluminiumchlorid eingesetzt. Die Beschickung der Flotationsanlage erfolgt mittels redundant ausgelegter Pumpen. Als Flockungshilfsmittel kommt ein kationisches Polymer zum Einsatz. Für den Ansatz der Polymerlösung aus einem pulverförmigen Polyelektrolyt wird Brauchwasser genutzt, das mittels Wärmeaustauscher unter Ausnutzung der Abwärme des Abwassers auf ca. 20°C erwärmt wird.Die zweistraßige Mikro-Flotation wurde so installiert, dass das von Feststoffen befreite Abwasser per Gravitation in die nachfolgende biologische Stufe geleitet werden kann.

Die mittels eines einzigartigen Prinzips erzeugten dichten homogenen Mikrobläschen bewirken durch eine extrem hohe Phasengrenzfläche eine Abscheidung von > 90% der gesamten ungelösten Stoffe. Eine weitere Besonderheit sind die sich automatisch selbstreinigenden Injektor- und Druckbegrenzungsventile der Mikro-Flotation. Die Mikro-Flotationsanlage ist dadurch nahezu wartungsfrei.

Die Überwachung des Klarwasserstroms der beiden Mikro-Flotationen erfolgt durch ein online Trübungsmessgerät mit Freifallmesszelle.

Das Flotat besitzt einen TS-Gehalt von > 2,5%. Die Überwachung der Flotatkonzentration basiert auf einer Mikrowellentechnologie. Das Messprinzip ist besonders robust gegenüber Änderungen der Farbe bzw. der Partikelstruktur des zu bestimmenden Schlammes. Der Flotatschlamm wird mittels redundant ausgelegter Exzenterschneckenpumpen in die bereits vorhandene Schlammbehandlung überführt.

 

Wärmerückgewinnung zur idealen Temperierung des Brauchwassers

Für den Ansatz des benötigten Flockungshilfsmittels wird eine Brauchwassertemperatur von mind. 20°C benötigt. Besonders in den Wintermonaten liegt die Temperatur des aus dem Uferfiltrat des Rheins gewonnenen Brauchwassers weit darunter. Um die benötigte Ansatztemperatur zu erreichen wird die Abwärme des zu behandelnden Abwassers genutzt.

Mittels eines Plattenwärmetauschers wird die thermische Energie des Abwassers auf das eingesetzte Brauchwasser übertragen. Ein spezielles Bürstensystem verhindert die Ausbildung von Biofilmen oder anders gearteter Ablagerungen auf den Platten.

Reinigung von Abluft aus der Flotation

Besonders in der ersten biologischen Stufe (Reinigung der Industrieabwässer) wird eine hoch belastete Abluft emittiert. Diese Abluft sowie die Abluft aus der Mikro-Flotationsanlage wird in einer regenerativen thermischen Oxidationsanlage bei 850°C verbrannt. Schwach belastete Abluft aus der zweiten biologischen Stufe bzw. gering belastete Raumluft wird in einem speziellen Biofilter gereinigt.

Damit leistet die ARA Rhein einen wichtigen Beitrag zur Reinhaltung der Luft gemäß der schweizerischen Luftreinhalteverordnung.

DAS als Generalunternehmer beim Neubau der Mikro-Flotationsanlage

Der Neubau der Mikro-Flotationsanlage bei ARA Rhein war ein Gemeinschaftsprojekt unter Leitung der DAS Environmental Expert GmbH aus Dresden. Damit verbunden war insbesondere das Projekt-Engineering, die mechanische Ausrüstung und Instrumentierung sowie die Inbetriebnahme und Optimierung der Mikro-Flotationsanlage.

 

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