IDEA Dezentrale Abwasserbehandlung mit DAF (IDEA Dezentrale Abwasserbehandlung mit DAF)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 520.23.15

Schlüsselwörter (Deutsch)

Abwasser, Abwasserreinigungsanlagen, ARA, Kanalisation, dezentrale Kläranlage, Druckentspannungsflotation, DAF, Festbettbiologie, Ammonium, Nitrit, Nitrat, Phosphor, CSBtot, BSB5, TSS

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Gemäss geltendem Recht muss in der Schweiz anfallendes Abwasser vor einer Einleitung in einen Vorfluter gereinigt werden. Hierfür betreiben Städte, Gemeinden und öffentliche Verbände grosse Kanalisationsnetze und entsprechende Abwasserreinigungsanlagen (ARA).

Es gibt jedoch Situationen bei welchen ein Anschluss an ein Kanalisationsnetz nicht wirtschaftlich oder möglich ist. In diesen Fällen greift man zu kleineren dezentralen Kläranlagen, sogenannte Kleinkläranlagen. Sie dienen zum Beispiel als Übergangslösungen für kommunale ARAs, welche Revisions- oder Ausbauarbeiten tätigen müssen, oder um die Abwasserbehandlung in abgelegenen Gebieten sicherzustellen, industrielles Prozessabwasser vorzureinigen oder als Kapazitätserweiterung bestehender Anlagen um Saisonspitzen abzubauen.

Konventionelle Kleinkläranlagen für häusliche Abwässer beschränken sich auf Tauchtropfkörper, SBR Systeme oder vereinzelt Belebtschlammverfahren mit Einsatz von Membranen. Diese setzen jedoch voraus, dass zusätzlich eine Vorreinigung (Sand, Fett) eingesetzt wird, welche eine Erhöhung des Platzbedarfs nach sich zieht. Zusätzlich müssen unterschiedliche Schlämme entsorgt werden und die Systeme sind fix installiert.

Die im Projekt angestrebte Lösung basiert auf der Kombination der Druckentspannungsflotation (DAF) mit einem biologischen System (Festbettbiologie), genannt IDEA.

Die Zusammenführung zweier bekannter und erprobter Technologien kann eine kompakte und effiziente Abwasserreinigung ermöglichen. Durch den Einsatz der Druckentspannungsflotation kann zudem ein hochwertiger Primärschlamm gebildet werden, welcher zur Biogasproduktion weiter verwendet werden kann.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1     Die Ergebnisse aus der Analyse der Abwasserzusammensetzung liegen vor. Erfasste Parameter sind: Ammonium, Nitrit, Nitrat, Phosphor total, Chemischer Sauerstoffbedarf (CSBtot), Biologischer Sauerstoffbedarf (BSB5) und den Rückhalt der Feststoffe (TSS).

2     Die funktionstüchtige Testanlage bestehend aus einer Druckentspannungsflotation (DAF) zur Fest/Flüssig-Separation und einer nachfolgenden biologischen Reinigungsstufe ist in Betrieb genommen. Meilenstein 1.

3     Die Validierung der Testanlage mit einem häuslichen Abwasser ist durchgeführt und die Leistungs- und Betriebsdaten (Stromverbrauch, Fällmittel und Flockungshilfsmittel) der Druckentspannungsflotation (DAF), der biologischen Stufe und der Gesamtanlage sind erfasst.

4     Die Energiebilanzen der Flotationszelle, der biologischen Stufe und der Gesamtanlage sind erstellt. Das energetische Potential des Flotatschlammes ist bestimmt.

5     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 4, eines Gesamtszenarios mit Einbezug der Schlammverwertung sowie eines Projektvorschlags zur Herstellung einer Pilotanlage nach der Technologie aus diesem Projekt.

6     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets.

7     Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung.

Projektziele (Deutsch)

Eine Machbarkeitsstudie zur Realisierung einer komplett automatisierten, modularen und transportierbaren Abwasserreinigungsanlage in Kompaktbauweise, genannt IDEA, bestehend aus einer Druckentspannungsflotation (DAF) zur Fest/Flüssig-Separation und einer nachfolgenden biologischen Reinigungsstufe ist durchgeführt.

Beschreibung der Resultate (Englisch)

Within the idea project, the wastewater of the treatment plant of Locarno has been characterised by measuring the ammonium, nitrate, chemical oxygen demand (COD), phosphorous and solid content. The inflow water to the pilot plant had an average COD content of 190 mg/L, 32 mg/L ammonium nitrogen, phosphorus 3.8 mg/L and an average alkalinity of 113 mgCaCO₃/L.

For the demonstration of the functionality of the IDEA concept, a coagulation tank with a volume of 3 m3 with a downstream dissolved air flotation (DAF). The effluent water of this, so called advanced primary treatment, was further treated in a downstream installed 1.2 m³ fixed bed reactor. The reactor is divided into four compartments, three fixed bed compartments and one clarifier. Each of the three bio-compartment were equipped with fixed bed carrier. The final carrier surface used was 75 m². The high caloric sludge from the DAF unit was valorised in a 50 L anaerobic digester on site.

The installed pilot plant was tested with clear water before the start-up with municipal wastewater taken after the coarse grit. The advanced primary treatment was operated with 5 m³/h from which a side stream was further biological treated (380 L/h).

The process combination of a coagulation step, the solid-liquid separation with a dissolved air flotation, heterotrophic carbon elimination in a fixed bed biology and the valorisation of the sludge with an anaerobic digester is functional and except of the performance of the final settling tank showed no problems during the monitoring period. The settling tank is not designed and build in a hydraulic optimal way and shall be redesigned in a further application. The separation performance of the primary treatment and elimination showed that the water discharge limits can be reached and the high caloric primary sludge is a good substrate for the anaerobic digestion.

The total advanced primary sludge potential is at small scale (400 PE) plants is overcoming the electrical needs for the treatment process. As showed in following table, the final electrical potential is covering already 42% of the plant consumption, already at small scale.

Umsetzung und Anwendungen (Englisch)

The process combination of a coagulation step, the solid-liquid separation with a dissolved air flotation, heterotrophic carbon elimination in a fixed bed biology and the valorisation of the sludge with an anaerobic digester is functional and showed its potential. The separation performance of the primary treatment and elimination showed that the water discharge limits can be reached and the high caloric primary sludge is a good substrate for the anaerobic digestion.

The results will serve KROFTA as basis for a future marketing and implementation of the treatment process

Weiteres Vorgehen (Englisch)

The presented work shows the functionality of the IDEA project process. Further efforts shall be done to investigate a compact manufacturing of the system and a cost evaluation of a real scale project. Especially the manufacturing of a small scale digesters (< 30’000 PE), and the operational costs of it, are from highest interest to conclude this idea. A demonstration plant could proof that the IDEA process is a valuable alternative for conventional small and midsize wastewater treatment.

Publikationen / Ergebnisse (Englisch)

The project was presented within a workshop of the International Conference on Research for Development in 2017 on the 5 - 7 September hold in Berne.