Verfahrenskombination der Membranbelebungstechnik mit der anaeroben Schlammstabilisierung

Kurzbeschreibung

Der Erftverband betreibt im linksrheinisch gelegenen Einzugsgebiet der Erft über 30 kommunale Kläranlagen worunter sich auch drei Membranbelebungsanlagen (MBA) befinden. Die größte dieser drei Anlagen in Kaarst-Nordkanal behandelt Abwasser für 80.000 Einwohner und ist seit 2004 in Betrieb.

MBA haben das Potenzial, mit einem einzigen Verfahren weitergehende Anforderungen an die Behandlung kommunalen Abwassers, einschließlich der Reduzierung von Mikroschadstoffen, mikrobiellen Krankheitserregern und auch Mikroplastik zu erfüllen. Unter Einsatz der Membrantechnik ist eine Ablaufqualität erreichbar, deren Belastung mit Keimen niedriger ist, als es die EU-Badegewässerrichtlinie fordert. Trotz dieser Vorteile wird ein breiter Einsatz der Membrantechnik zur Abwasserbehandlung in Deutschland vielfach durch die Diskussion um die Energiekosten gedämpft.

In den Jahren 2011 bis 2015 wurden bereits im Rahmen des UIP-Förderschwerpunkts „Energieeffiziente Abwasseranlagen“ auf der Anlage Nordkanal Maßnahmen zur prozess- und verfahrenstechnischen Verbesserung der Membranfiltration durchgeführt und dadurch der Energieverbrauch MBA deutlich reduziert (Link zum Förderprojekt).

Ziel des vorliegenden Vorhabens war es nun, den Energieverbrauch der Anlage noch weiter zu senken. Gleichzeitig sollten die Reinigungsleistung der MBA erhalten und in Bezug auf neue Reinigungsziele weiterentwickelt werden. Die bestehende MBA wurde dazu 2019 um ein Vorklärbecken, eine anaerobe Schlammfaulung zur Klärgasproduktion, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) sowie um eine Teilstrombehandlung des Schlammwassers mittels Deammonifikation ergänzt.

Im Ergebnis der Umrüstung ging der Energiebedarf der Anlage weiter zurück. Bis zu 40 Prozent der benötigten elektrischen Energie am Klärwerkstandort werden aus Klärgas und Fotovoltaik erzeugt. Der Strombezug der MBA Kaarst-Nordkanal sank gegenüber dem Zustand vor Optimierung und Umbau um mehr als 60 Prozent. Im Jahr 2019 betrug der Stromverbrauch 3.173 Megawattstunden und sank damit von 69 Kilowattstunden je Einwohner im Jahre 2008 auf 39,7 Kilowattstunden je Einwohner. Für 2020 wurde ein Stromverbrauch 2.900 Megawattstunden prognostiziert. Der jährliche CO₂-Fußabdruck der Abwasserbehandlungsanlage reduzierte sich so von rund 3.200 Tonnen auf rund 1.000 Tonnen.

Im Rahmen des Vorhabens konnten neue Grundsätze für die Auslegung von kommunalen MBA entwickelt werden, die eine erhebliche Leistungssteigerung und Energieeinsparung bewirken. Durch die Biogasverwertung und die PAK-Dosierung in die MBR stellt das Membranbelebungsverfahren derzeit die einzige wirtschaftliche Technologie dar, mit der gleichzeitig weitergehende Reinigungsziele inkl. Wasserwiederverwendung ohne Reihung weiterer zusätzlicher Verfahrensstufen realisiert werden kann. Das energieeffiziente Membranbelebungsverfahren eröffnet neue, zukunftsorientierte Sanierungsmöglichkeiten für bestehende Kläranlagen.

Die Reinigungsleistung in Bezug auf antibiotikaresistente Keime und andere mikrobielle Krankheitserreger wurde in einem begleitenden Vorhaben evaluiert.

In einem aktuellen Forschungsprojektes des Erftverbandes „MBR AKTIV“ wird zurzeit erfolgreich die Entfernung von Mikroschadstoffen durch die Zugabe von Pulveraktivkohle (PAK) direkt in den Membranbioreaktor untersucht. Die Untersuchungsergebnisse werden Mitte 2021 veröffentlicht.