Anlass
Vor allem in ländlichen und weniger gut erschlossenen Gebieten finden Kleinkläranlagen häufig Anwendung. Bundesweit werden ca. 2 Mio. Kleinkläranlagen und abflusslose Gruben betrieben, wobei unter dem Stand der Technik das konventionelle Belebtschlammverfahren , SBR-Anlagen, Membranbelebungsanlagen, Wirbelbett- und Festbettanlagen, Tauchkörper- und Tropfkörperanlagen sowie naturnahe Verfahren zu verstehen sind. Dabei ist das Belebtschlammverfahren in seinen Variationen am verbreitetesten. Der gegenwärtig bestehende Handlungsbedarf umfasst neben der Anpassung des Altbestandes an den Stand der Technik, die Anlagenoptimierung, vor allem im Hinblick auf die Reduzierung des Reststoffanfalls der Kleinkläranlagen. Unter Reststoffen sind dabei der Anfall an Primär- und Überschussschlamm, der in herkömmlicher Weise mittels Räumungsfahrzeugen in einem bestimmten Zyklus geräumt und in kommunalen Kläranlagen entsorgt wird. Ziel dieses Projekts ist, den Schlammanfall am Ort der Entstehung zu minimieren und somit Kosten, Aufwand sowie eine Mehrbelastung der kommunalen Kläranlagen zu verringern.

Zielstellung
Eine Schlammreduzierung wird durch die Lyse von Teilen des Belebtschlamms unter bestimmten Betriebsbedingungen erreicht. Dies kann durch den Einsatz von Reagenzien oder Installation einer weiteren Verfahrensstufe erreicht werden. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird die Lyse durch pH-Wert-Absenkung (pH=5) mittels verstärkter Nitrifikation und damit verbundener Vermeidung der Denitrifikation erforscht. Für diese Untersuchungen werden Versuche an einem Membranreaktor (4EW) durchgeführt. Dabei werden die Abbauprozesse zunächst unter Normalbetrieb bei pH-Werten im neutralen Bereich (6,5 … 8,5) mit denen unter sauren Bedingungen verglichen. Eine Reduzierung des pH-Wertes wird mittels einer verstärkten Belüftung des Belebtschlamms erreicht, durch welche ein Säureverbrauch infolge des Nitrifikationsprozesses erreicht wird. Infolge dessen sinken die Säurekapazität im Reaktor und damit der pH-Wert. Eine Lyse des Belebtschlamms sowie Flockenzerfall stellen sich ein.

Kleintechnische Versuche
Im Vorfeld der Untersuchungen an der Membranbelebungsanlage fanden Kleintechnische Versuche im Labormaßstab statt. Dazu wurden jeweils zwei Batch-Reaktoren mit 2 verschiedenen Arten Rücklaufschlamm unterschiedlichen Schlammalters betrieben, die verschiedene Hydrolysegrade aufwiesen. Dabei wurde einer der Batchreaktoren als Referenzreaktor mit Nitrifikation/ Denitrifikation und der zweite ausschließlich mit Nitrifikation betrieben. Anhand der Reaktoren erfolgten Untersuchungen zum Einfluss der Zugabe von unterschiedlich hohen Ammoniumfrachten auf die Einstellung des pH-Werts in den Reaktoren und der damit verbundenen Lösung der mineralischen Bestandteile. Dabei wurde Kalzium als Indikator für die mineralischen Substanzen im Belebtschlamm untersucht. Des Weiteren wurden die Reinigungsleistung der Mikroorganismen und deren Adaption an acide Betriebsbedingungen geprüft.
Es konnten deutliche Zusammenhänge zwischen der gelösten Kalziumkonzentration und dem im Reaktor eingestellten pH-Wert gezeigt werden (siehe Abbildung). Damit steigt die gelöste Kalziumkonzentration mit sinkendem pH-Wert. Die mineralischen Bestandteile des Schlamms nehmen ab, wobei eine genauere Quantifizierung noch erfolgen muss. Es konnte eine maximale Kalziumlösungsrate von ca. 39 % bei einem minimalen pH-Wert von 4,5 ermittelt werden.

Die Menge an zudosierten Ammonium beeinflusst indirekt, den sich einstellenden pH-Wert in den Batchreaktoren. Bei starker Reduzierung der Ammoniumzugabe, ist der pH-Wert mit Verzögerung in den neutralen Bereich angestiegen, wodurch die Kalziumlösungsrate reduziert wurde. Bei erneuter Steigerung fiel der pH-Wert erneut ab und die gelösten Kalziumkonzentrationen stiegen an. In diesem Zusammenhang
Im Anschluss an die Kleintechnischen Laborversuche haben die Versuche an der Kleinkläranlage (Membrananlage) begonnen.