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Kalkhydrat verhindert Suspensaabtrieb

Quell des Wissens

Göttingen ist eine Stadt der Wissenschaft – und allein mit wissenschaftlichem Vorgehen ließ sich das Problem des Suspensaabtriebs in der Kläranlage Göttingen lösen:

Insbesondere bei niedrigen Temperaturen sorgte aggressive Kohlensäure für die Herauslösung von Calcium aus den Belebtschlammflocken, die daraufhin in Suspensa zerfielen und aus dem Nachklärbecken austraten. In einem großtechnischen Versuch demonstrierten die Göttinger Abwasserspezialisten, wie dieses komplexe Problem bei modernen Kläranlagen durch Zugabe von Kalkhydrat gelöst werden kann.

Unerwartete Probleme bei niedrigen Temperaturen

Die Modernisierung der Kläranlage Göttingen mit tieferen Belebungsbecken und einem hocheffizienten Belüftungssystem führte zu den erwarteten Ergebnissen. Allerdings traten in der kalten Jahreszeit Effekte auf, die zu unerklärlichem Suspensaabtrieb führten. Was konnte die Ursache sein?

Kohlensäuremessungen klären auf

Abb. 1 Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht (KKG)

Im Gegensatz zur Trinkwasseraufbereitung wird bei der Abwasserreinigung das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht (KKG) selten genau kontrolliert. In der Regel werden auf den Kläranlagen als Leitparameter der pH-Wert und die Säurekapazität im Ablauf bzw. die Kalkreserve gemessen. Da Kohlensäure in unterschiedlicher Art vorliegen kann, lag es nahe, mit Messungen in diesem Bereich das Suspensa-Problem einzukreisen.

Eine Betriebsdatenanalyse ergab, dass die Säurekapazität mit sinkender Temperatur abnahm und der Suspensaabtrieb zunahm. Dies war ein Indiz dafür, dass die Konzentration der aggressiven Kohlensäure zugenommen hat.

Theorie bestimmt die Praxis

Löslichkeit des CO2 in Abhängigkeit von der Temperatur und der Beckentiefe (Wasserdruck)

Die Reaktionskette war damit theoretisch bestimmt: Ausgangspunkt war die Löslichkeit von CO2 in Abhängigkeit von Temperatur, Beckentiefe und Belüftung.

Die niedrigen Temperaturen führen somit zu einer Anreicherung von Kohlendioxid. Als Folge davon löst sich Calcium aus den Belebtschlammflocken heraus, um das KKG wieder zu erreichen. Die Flocke zerfällt in feinste Partikel, die sich in der Nachklärung nicht abscheiden ließen.

Experimentelle Praxis optimiert die theoretischen Werte

Die Abwasserspezialisten in Göttingen waren sich rasch einig, die Säurekapazität entsprechend anzupassen. Dazu wurde ein über sieben Monate laufender, großtechnischer Versuch gestartet, in dem die aggressive Kohlensäure durch Kalkhydrat gebunden wurde. Bei den Versuchen sollten das KKG genau kontrolliert werden und ca. 75% des aggressiven Kohlendioxids durch die Maßnahmen abgesättigt werden, um sicherzustellen, dass keine Überdosierung auftritt.

Kalkhydrat wirkt innerhalb von 2 Tagen

Schon nach kurzer Zeit kam es zu merklicher Reduktion der Trübstoffe im Ablauf der Nachklärung.

Außerdem zeigte sich bei niedrigeren Temperaturen eine deutlich positive Wirkung der Kalkhydratgaben.

Die Säurekapazität wurde um ca. 1 mmol/l angehoben, und das System reagierte bereits innerhalb von 1 – 2 Tagen auf veränderte Dosiermengen.

Eine Überdosierung, die zu problematischen Calcitausfällungen geführt hätte, blieb aus.

Und die letzte der erfreulichen Auswirkungen von Kalkhydrat: Der zusätzliche Schlammanfall macht nur 1% des Überschussschlammes aus.

Die Suspendierung der Suspensa

Abb. 3 Summenkurven der Partikelgrößenverteilung

Zu guter Letzt gab das Mikroskop Auskunft: Die mittlere Partikelgröße erhöhte sich von 56 µm auf über 70 µm. Damit war die Flockung wieder stabil.

Eine durchschnittliche Dosiermenge von weniger als 50 g/m3 bereinigte das Suspensaproblem vollständig.

 

 

Erforderliche Dosiermenge an Kalkhydrat pro Tag in Abhängigkeit von der Abwassertemperatur für die Kläranlage Göttingen
Abwassertemperatur [°C] Löslichkeit des CO2 [mg/l] Erforderliche Menge an Ca(OH)2 [t/d]
10 0,68 1,70
12 0,65 1,61
15 0,58 1,44
17 0,55 1,37
20 0,52 1,28

Mit ihrer interessanten Studie haben die Göttinger eine theoretisch saubere Basis über die Wirkungsweise von aggressiver Kohlensäure und deren Reduzierung mit Kalkhydrat geliefert. Nicht umsonst nennt sich Göttingen die Stadt, die Wissen schafft.

 

Literatur: Kopp, J.; Gerke, W.; Reichardt, T. "Verminderung des Suspensaabtriebs im Ablauf der Nachklärung der Kläranlage Göttingen durch Einsatz von Kalkhydrat"
KA-Abwasser, Abfall 2006 (53) Nr. 9, S. 908 - 915

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