Vor-Ort-Vergleich von technischen und naturnahen … PKA - TechAnl.pdf · · 2012-05-27Seit 2003 Forschungsverbund Mecklenburg-Vorpommern e.V. ... Kleinkläranlagen im Vergleich,

i

UNIVERSITÄT ROSTOCK

Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät

Institut für Umweltingenieurwesen

Vor-Ort-Vergleich von technischen und naturnahen Kl einkläranlagen

bei gleichen Untersuchungsbedingungen

DISSERTATION

Zur Erlangung des akademischen Grades

Doktor der Ingenieurwissenschaften (Dr.-Ing.)

an der Agrar- und Umweltwissenschaftlichen Fakultät

der Universität Rostock

Vorgelegt von

Dipl.-Ing. Dania Al Jiroudi aus Rostock

Am 01.07.2005

GUTACHTER

Erstgutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Eckstädt

Zweitgutachter: Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong

Drittgutachter: Dr.-Ing. Reinhard BOLLER

Das wissenschaftliche Verteidigung fand

am 22.11.2005 statt

Lebenslauf ii

LEBENSLAUF

PERSÖNLICHE ANGABEN

• Name: Dania Al Jiroudi

• Staatsangehörigkeit: Syrisch

• Geburtsdatum: 08.02.1972

• Geburtsort: Damaskus

SCHULBILDUNG

1979-1986 Schule in Bagdad

1986-1989 Gymnasium in Damaskus Abschluss: Abitur

UNIVERSITÄRE AUSBILDUNG 1989 - 1994 Universität Damaskus

Studium: Bauingenieurwesen

Fachrichtung: Umwelttechnik

Abschlussarbeit: Abwasserentsorgungskonzept der Gemeinde Mazlum

1998 - 2000 Hochschule Nordostniedersachsen (FH)

Studium: Bauingenieurwesen

Fachrichtung: Water Resources Management in Tropical and Subtropical

Regions

Masterarbeit: Die Abwasserbehandlung im ländlichen Raum in Deutschland und

die Übertragbarkeit naturnaher Methoden auf semiaride Gebiete am Beispiel

Syrien

2000 - 2001 Universität Rostock

Studium: Agrar- und Umweltwissenschaft

Fachrichtung : Landeskultur und Umweltschutz

Diplomarbeit: Einsatz naturnaher Kleinkläranlagen unter ariden Bedingungen

Seit 2002 Universität Rostock

Studium: Agrar- und Umweltwissenschaft

Fachrichtung: Umweltingenieurwesen

Doktorarbeit: Überprüfung von Kleinkläranlagen als zukunftsfähiges Element der

Abwasserbehandlung hinsichtlich der Bewirtschaftung der Ressourcen im

ländlichen Raum

Lebenslauf iii

WEITERBILDUNG 1999 (1 Woche) FH Oldenburg

Photogrammetrik und Luftbildauswertung

6/2000 – 10/2000 Internationale Frauenuniversität, Hannover Sommerkurs "Water Quality and Wastewater Treatment“

Seit 2003 Forschungsverbund Mecklenburg-Vorpommern e.V. Berufsbegleitende Qualifizierung „Training für Akad emiker in Führungspositionen“

BERUFLICHE TÄTIGKEIT 1994 – 1998 Stadtverwaltung Damaskus, Technische Abteilung

Bauüberwachung von Schulgebäuden

2002 Universität Rostock, Institut: Kulturtechnik und Umweltschutz Wissenschaftliche Hilfskraft in verschiedenen Projekten

Seit 2003 Universität Rostock , Institut: Umweltingenieurwesen Wissenschaftliche Mitarbeiterin Prüfung von Kleinkläranlagen, Erstellung von Abwasserentsorgungskonzepten, Studentenbetreuung, Seminare

PRAKTIKA 6/1993 - 12/1993 Ingenieurbüro Al Zain , Damaskus

Bereich: Planen von Wasserkraftanlagen

8/1999 – 10/1999 AQUA Plan GmbH , Gießen Bereich: Planen und Überwachung von dezentralen Kläranlagen

7/2002 – 10/2002 Eurawasser Nord GmbH , Rostock Bereich: Abwasserlaboranalysen

SPRACHKENNTNISSE Arabisch Muttersprache Deutsch Verhandlungssicher Englisch Fließend in Wort und Schrift

EHRENAMTLICHE TÄTIGKEITEN Seit 1994 Mitglied des Ingenieurverbandes in Syrien Seit 2000 Aktives Mitglied einer internationalen NRO zum Thema Nachhaltigkeit Seit 2001 Mitglied des DWA e.V. in Deutschland

Rostock, 09.12 2005

iv

VERÖFFENTLICHUNGEN UND FACHVORTRÄGE

1. Kleinkläranlagen im Vergleich, ATV-DVWK-Nord-Ost KKA-Fachkundekurs Dorf Mecklenburg,

2003

2. Erste Ergebnisse des Kleinkläranlagendemonstrationsfeldes "Dorf Mecklenburg" und

empfohlene Einsatzbereiche verschiedener Anlagentypen, Abwassertagung, Schwerin, Januar

2004

3. Direkter Vergleich von Kleinkläranlagensystemen, 16. Norddeutsche Fachtagung für

Abwasserwirtschaft und Gewässer, Heft 45, Lübeck, Feb. 2004

4. Erfahrungen beim Betrieb des Kleinkläranlagen-Demonstrationsfeldes "Dorf Mecklenburg“,

Überregionaler 7. Fachkongress KAWAB´04, Neubrandenburg, 14.-15. April 2004

5. On-site comparison among small wastewater treatment systems, IWA- Conference Marocco,

September. 2004

6. Operational experience results of wetlands in comparison with small technical plants, Wetlands-

Conference, Avignon , 26. September - 1st October, 2004

7. Kleinkläranlagen im Vergleich, 5. Rostocker Abwassertagung "Dezentrale

Abwasserentsorgung", 4.-5. Oktober, 2004

8. Kleinkläranlagen im ländlichen Raum, Fachtagung Neubrandenburg, 6. -8. Oktober 2004

9. „ Erfahrungen aus dem Vergleich von Kleinkläranlagen auf dem Demonstrationsfeld in Dorf

Mecklenburg“, GWA 5- Wasser/Abwasser, ISSN 0016-3651, Mai 2005

10. „ Vergleich von Kleinkläranlagensystemen“, Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft

DWA im September 2005

v

VORWORT

Im Rahmen dieser Arbeit wird zum ersten Mal ein direkter Vergleich von Kleinkläranlagen vorgestellt,

welche unter den gleichen Randbedingungen parallel betrieben wurden. Die vorliegende Dissertation

entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für

Umweltingenieurwesen an der Universität Rostock und wurde von der Landesgraduiertenförderung M.-

V. gefördert. Das von Prof. W. PFEIFFER entwickelte Konzept des Demonstrations- und

Versuchsfeldes war die Basis für diese Dissertation.

An erster Stelle möchte ich mich herzlich bei meinem Doktorvater Prof. H. Eckstädt für die Betreuung

dieser Dissertation und die hilfreichen Anregungen zur Vorversion der Arbeit bedanken. Besonders

hervorzuheben ist seine konstante Bereitschaft, ein offenes Ohr für meine Probleme zu haben und

Hinweise zu geben. Ihm verdanke ihm eine schöne Zeit in Deutschland.

Dem Projektleiter Dr. M. Barjenbruch verdanke ich die fachliche Anregungen, zahlreiche Diskussionen

und berechtigte Kritiken, die größten Einfluss auf die Planung und die Durchführung der Versuche

sowie die Erstellung dieser Arbeit hatten.

Herrn Prof. J. Londong bin ich für die Übernahme des zweiten Gutachtens dankbar. Herr Dr. R.

BOLLER danke ich für die kritische Durchsicht der Arbeit sowie die fachlichen und persönlichen

Ratschläge zu vielen Teilen meiner Dissertation.

Weiterhin bedanke ich mich bei der Landesgraduiertenförderung. Mit ihrer finanziellen Unterstützung

konnte ich meine Zeit vollständig der Forschung widmen. Ich bedanke mich auch bei allen Kollegen, die

zum Gelingen meiner Arbeit beigetragen haben: Prof. W. PFEIFFER; H. Brauer; U. Meinert; S. Lenz;

S. Lorenz; Dr. Th. Salzmann; B. Ballschmiter; U. Strobach; Ch. Odya; den Mitarbeiter des

Zweckverbandes Wismar sowie den Mitarbeitern der Hersteller- und Wartungsfirmen von den

Kleinkläranlagen.

Frau Dr. Ch. Stapel hat besonderen Anteil an der sprachlichen Abrundung meiner Arbeit. Für das

Lesen und die Korrektur des Manuskriptes möchte ich mich bei ihr bedanken.

Für die kritische Durchsicht der Arbeit in ihrer Freizeit bin ich Frau Dr. S. Odya dankbar. Ihre pfiffigen

Empfehlungen und humorvollen Kommentare haben mir vor allem in der letzten Phase der Erstellung

der Dissertation geholfen. Den Rückhalt, den mir meine Schwester N. Al Jiroudi und Frau

Dr. R. Siegmund mit ihren Ermutigungen gaben, möchte ich besonders hervorzuheben.

Diese Arbeit ist der Wissenschaft und dem Forschungsgeist gewidmet.

Rostock, den 09.12.2005 Dania Al Jiroudi

vi

SELBSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG

Ich erkläre, dass ich die hier vorgelegte Arbeit selbständig und ohne fremde Hilfe verfasst, keine

anderen als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt und die den verwendeten Werken

wörtlich oder inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe.

Rostock, den 09.12.2005 Dania Al Jiroudi

vii

INHALTSVERZEICHNIS

1 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG .................... ............................................................... 3

2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN............................ ......................................................................... 7

2.1 EINSATZ VON KLEINKLÄRANLAGEN ................................................................................................. 7

2.2 RECHTLICHE GRUNDLAGEN ......................................................................................................... 11

2.2.1 Abwasserbeseitigungspflicht................................................................................................. 11

2.2.2 Rechtliche Anforderungen an Kleinkläranlagen.................................................................... 14

2.2.3 Abwasserverordnung für Kleinkläranlagen ........................................................................... 15

2.2.4 Technisches Regelwerk für Kleinkläranlagen....................................................................... 15

2.2.4.1 Betrieb und Wartung...................................................................................................... 17

2.2.4.2 Schlammabfuhr.............................................................................................................. 17

2.2.4.3 Behördliche Überwachung ............................................................................................ 18

2.3 VERFAHREN DER ABWASSERBEHANDLUNG IN KLEINKLÄRANLAGEN ............................................... 19

2.3.1 Einführung ............................................................................................................................. 19

2.3.2 Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Kleinkläranlagentypen ................................................ 21

2.3.3 Zusammenstellung von Einschränkungsfaktoren für einen aussagekräftigen Vergleich..... 32

3 KONZEPT UND METHODIK ............................... ............................................................................ 35

3.1 AUFSTELLUNG EINES EINFLUSSFAKTORENKATALOGES FÜR EINEN REPRÄSENTATIVEN VERGLEICH. 35

3.2 ABWASSERRELEVANTE PARAMETER ............................................................................................ 35

3.3 PROBENNAHMEN UND PARAMETERERMITTLUNG ........................................................................... 39

3.4 BESCHREIBUNG DES VERSUCHSFELDES ...................................................................................... 41

3.4.1 Standort ................................................................................................................................. 41

3.4.2 Versuchsfeldaufbau und Auswahl der Kleinkläranlagen ...................................................... 41

3.4.3 Beschickungskonzept............................................................................................................ 43

4 PROGRAMM UND DURCHFÜHRUNG........................................................................................... 44

4.1 ARBEITSPROGRAMM .................................................................................................................... 44

4.2 STARTPHASE .............................................................................................................................. 44

4.2.1 Ausgangssituation ................................................................................................................. 44

4.2.2 Erste Untersuchungen des Zulaufes..................................................................................... 45

4.2.3 Konstruktive Änderung.......................................................................................................... 48

4.3 NACHBERECHNUNG DER BEMESSUNG DER AUSGEWÄHLTEN KLEINKLÄRANLAGEN ......................... 50

4.3.1 Belüftetes Festbett ................................................................................................................ 50

4.3.2 SBR-Anlage........................................................................................................................... 54

4.3.3 Tropfkörperanlage ................................................................................................................. 57

4.3.4 Rotationstauchkörper ............................................................................................................ 60

4.3.5 Vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage ............................................................................ 62

4.4 ZUSAMMENFASSUNG DER NACHBEMESSUNG ............................................................................... 65

Inhaltsverzeichnis viii

5 PRÜFUNG DER KLEINKLÄRANLAGEN IN ANLEHNUNG AN DIE EU ROPÄISCHEN NORMEN .

.......................................................................................................................................................... 66

5.1 ABWEICHUNG VON DEN NORMEN ................................................................................................. 66

5.2 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG ................................................................................................. 68

5.2.1 Zulaufzusammensetzung ...................................................................................................... 68

5.2.2 Reinigungsleistung in spezifischen Lastsituationen.............................................................. 68

5.2.2.1 Reduktion von organischen Stoffen .............................................................................. 68

5.2.2.2 Reduktion von Nährstoffen ............................................................................................ 73

5.2.2.3 Reduktion von partikulären Stoffen ............................................................................... 77

5.2.2.4 Reinigungsstabilität........................................................................................................ 78

5.2.3 Energieverbrauch .................................................................................................................. 83

5.2.4 Wartung, Betrieb und Betriebsprobleme............................................................................... 86

5.2.4.1 Belüftetes Festbett......................................................................................................... 86

5.2.4.2 SBR-Anlage ................................................................................................................... 86

5.2.4.3 Tropfkörper .................................................................................................................... 87

5.2.4.4 Rotationstauchkörper .................................................................................................... 87

5.2.4.5 Vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage..................................................................... 88

5.2.4.6 Horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage ................................................................ 89

5.3 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................................... 89

6 PRÜFUNG DER KLEINKLÄRANLAGEN NACH DER DIN 4261..... .............................................. 91

6.1 STAND DER DIN NORMUNG ......................................................................................................... 91

6.2 ABWEICHUNG.............................................................................................................................. 91

6.3 UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE .................................................................................................... 92

6.4 DISKUSSION ................................................................................................................................ 93

6.4.1 Reinigungsleistung ................................................................................................................ 93

6.4.2 N-Entnahme .......................................................................................................................... 95

6.4.3 Betrieb und Wartung ............................................................................................................. 97

6.4.4 Energieverbrauch .................................................................................................................. 98

6.4.5 Konstruktion......................................................................................................................... 100

6.4.6 Badewannenstoß ................................................................................................................ 100

6.5 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................................. 102

7 VERGLEICH DER KEIMREDUZIERUNG IN KLEINKLÄRANLAGEN U ND DER

WIEDERVERWENDUNGSFÄHIGKEIT DES ABWASSERS ........... .................................................... 105

7.1 HINTERGRÜNDE UND ZIELSETZUNG............................................................................................ 105

7.2 ANFORDERUNG ......................................................................................................................... 106

7.3 STAND DES WISSENS ................................................................................................................ 106

7.4 ARBEITSPLAN ............................................................................................................................ 109

7.5 PARAMETER , METHODIK UND DURCHFÜHRUNG ......................................................................... 110

Inhaltsverzeichnis ix

7.6 ERGEBNISSE DER HYGIENEPARAMETER ..................................................................................... 112

7.6.1 Zulauf................................................................................................................................... 112

7.6.2 Abläufe ................................................................................................................................ 112

7.6.2.1 Reduktion von Keimen ................................................................................................ 112

7.6.2.2 Saisonale Differenzierung ........................................................................................... 115

7.6.2.3 Abwasserwiedernutzung ............................................................................................. 118


8 AUSWERTUNG VON BETRIEBSDATEN VERSCHIEDENER WARTUNGS FIRMEN................ 126

8.1 BETRIEBSDATENERFASSUNG ..................................................................................................... 126

8.2 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG DER BETRIEBSDATEN .............................................................. 126

8.2.1 Reinigungsleistung .............................................................................................................. 127

8.2.1.1 CSB-Ablaufwerte ......................................................................................................... 127

8.2.1.2 BSB5-Ablaufwerte ........................................................................................................ 129

8.2.1.3 pH-Werte...................................................................................................................... 131

8.2.1.4 Sauerstoffgehalt........................................................................................................... 132

8.2.2 Betriebsprobleme ................................................................................................................ 132

8.2.3 Betriebskosten..................................................................................................................... 134

8.2.3.1 Wartungskosten........................................................................................................... 136

8.2.3.2 Schlammentsorgungskosten ....................................................................................... 137

8.2.3.3 Energiekosten.............................................................................................................. 138

8.2.3.4 Instandhaltungskosten................................................................................................. 139

8.2.4 Betriebshandhabung ........................................................................................................... 140


9 ZUSAMMENFASSUNG .................................... ............................................................................. 143

10 LITERATUR.......................................... ...................................................................................... 146

x

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

ABBILDUNG 1: ANSCHLUSS DER BEVÖLKERUNG AN DIE ÖFFENTLICHE KANALISATION IN OST- UND

WESTDEUTSCHLAND [STATISTISCHES BUNDESAMT, 2003, GEÄNDERT] .................................................. 4

ABBILDUNG 2: ENTWICKLUNG DES ANSCHLUSSGRADES IN DEUTSCHLAND [STATISTISCHES BUNDESAMT

2003] ................................................................................................................................................... 4

ABBILDUNG 3: ENTSCHEIDUNGSKRITERIEN FÜR ODER GEGEN EINE DEZENTRALE LÖSUNG [FRANZ ET AL.

2005] ................................................................................................................................................... 7

ABBILDUNG 4: ÜBERBLICK ÜBER VERSCHIEDENE VERFAHRENSVARIANTEN DER BIOLOGISCHEN

ABWASSERREINIGUNG [NACH SCHÜRMANN 2003, GEÄNDERT] ......................................................... 20

ABBILDUNG 5: VARIATIONSBREITE DER MITTLEREN CSB- ABLAUFKONZENTRATION ANHAND VON

LITERATURANGABEN [NACH FLASCHE 2002] ..................................................................................... 21

ABBILDUNG 6: VERGLEICH DER VARIATIONSBREITE DER MITTLEREN CSB-ABLAUFWERTE VERSCHIEDENER

KLEINKLÄRANLAGENVERFAHREN ANHAND VON VERSCHIEDENEN ERHEBUNGEN .................................... 31

ABBILDUNG 7: FLIEßSCHEMA DES DEMONSTRATIONSFELDES FÜR KLEINKLÄRANLAGEN IN DORF

MECKLENBURG ................................................................................................................................... 42

ABBILDUNG 8: VERGLEICH DES ABSETZVERLAUFES VON ROHABWASSER IM FREIGEFÄLLE UND IM

VERSUCHSFELD DES GEPUMPTEN ABWASSERS ................................................................................... 46

ABBILDUNG 9: GEMESSENE TAGESGANGLINIEN DES ZULAUFES AN EINEM WERKTAG UND EINEM

WOCHENENDE .................................................................................................................................... 48

ABBILDUNG 10: AUFBAU DER KOMPAKTEN BELÜFTETEN FESTBETTANLAGE FÜR 4 EW ................................ 50

ABBILDUNG 11: AUFBAU SBR-ANLAGE [LENZ 2004T]................................................................................ 54

ABBILDUNG 12: AUFBAU DES TROPFKÖRPERS [LENZ, 2004]..................................................................... 57

ABBILDUNG 13: AUFBAU DER SCHEIBENTAUCHKÖRPERANLAGE [LENZ 2004] ............................................ 60

ABBILDUNG 14: AUFBAUSKIZZE DES VERTIKAL DURCHSTRÖMTEN BODENFILTERS ....................................... 63

ABBILDUNG 15: AUFBAUSKIZZE DES HORIZONTAL DURCHSTRÖMTEN PFLANZENBETTES .............................. 65

ABBILDUNG 16: CSB-UNTERSCHREITUNGSHÄUFIGKEIT DER UNTERSUCHTEN KKA..................................... 71

ABBILDUNG 17: NH4-N-UNTERSCHREITUNGSHÄUFIGKEIT DER UNTERSUCHTEN KLEINKLÄRANLAGEN........... 76

ABBILDUNG 18: ENERGIEBEDARF DER KKA AUF DEM VF IN DORF MECKLENBURG IM VERGLEICH ZU ANDEREN

ERHEBUNGEN ..................................................................................................................................... 85

ABBILDUNG 19: ENERGIEKOSTEN DER KKA............................................................................................... 85

ABBILDUNG 20: VERGLEICH DER REINIGUNGSLEISTUNGEN MITTELS CSB-ABLAUFWERTE DER KKA WÄHREND

UND NACH DER LAST-PRÜFUNG ........................................................................................................ 93

ABBILDUNG 21: VERGLEICH DER REINIGUNGSLEISTUNGEN MITTELS BSB5 ABLAUFWERTE DER KKA WÄHREND

UND NACH DER LAST-PRÜFUNG........................................................................................................... 94

ABBILDUNG 22: VERGLEICH DER NITRIFIKATION DER KKA WÄHREND UND NACH DER PRÜFUNG .................. 96

ABBILDUNG 23: VERGLEICH DES N-ABBAUS DER KKA WÄHREND UND NACH DER PRÜFUNG ........................ 97

ABBILDUNG 24: VERGLEICH DES ENERGIEVERBRAUCHES DER KKA AUF DEM VF IN DORF MECKLENBURG

ZWISCHEN PRÜFJAHR UND DEM DARAUF FOLGENDEN JAHR .................................................................. 99

Abbildungsverzeichnis xi ABBILDUNG 25: VERGLEICH DER ABLAUFWERTE WÄHREND DES BADEWANNENSTOßES BEI DEN FESTBETT-,

TROPFKÖRPER- UND TAUCHKÖRPERANLAGEN ................................................................................... 102

ABBILDUNG 26: REDUZIERUNG VON FÄKALCOLIFORMEN-BAKTERIEN IN VERSCHIEDENEN STUFEN DER

ABWASSERREINIGUNG [NACH DICHTL 2002] .................................................................................... 109

ABBILDUNG 27: DIE MITTLERE KEIMABBAULEISTUNG DER KKA IM VERGLEICH .......................................... 113

ABBILDUNG 28: VERGLEICH DES SAISONALEN ABBAUS DER KBE IN 20° C IN DEN VERSCHIEDENEN

KLEINKLÄRANLAGEN ......................................................................................................................... 115

ABBILDUNG 29: VERGLEICH DES SAISONALEN ABBAUS DER KBE 36° C IN DEN VERSCHIEDENEN


ABBILDUNG 30: VERGLEICH DES SAISONALEN ABBAUS DER GESAMTCOLIFORM-BAKTERIEN IN DEN

VERSCHIEDENEN KLEINKLÄRANLAGEN ............................................................................................... 117

ABBILDUNG 31: VERGLEICH DES SAISONALEN ABBAUS DER FÄKALCOLIFORM-BAKTERIEN IN DEN


ABBILDUNG 32: VERGLEICH DER KEIMABLAUFWERTE DER KBE BEI 20° C IN DEN VERSCHIEDENEN


ABBILDUNG 33: VERGLEICH DER KEIMABLAUFWERTE DER KBE BEI 36° C IN DEN VERSCHIEDENEN


ABBILDUNG 34: VERGLEICH DER KEIMABLAUFWERTE VON GESAMTCOLIFORMEN-BAKTERIEN IN DEN


ABBILDUNG 35: VERGLEICH DER KEIMABLAUFWERTE VON FÄKALCOLIFORMEN-BAKTERIEN IN DEN


ABBILDUNG 36: VERGLEICH DER SAISONALEN ABLAUFWERTE DER KBE BEI 20° C IN DEN VERSCHIEDENEN


ABBILDUNG 37: VERGLEICH DER SAISONALEN ABLAUFWERTE DER KBE BEI 36° C IN DEN VERSCHIEDENEN


ABBILDUNG 38: VERGLEICH DER SAISONALEN ABLAUFWERTE DER GESAMTCOLIFORMEN-BAKTERIEN IN DEN


ABBILDUNG 39: VERGLEICH DER SAISONALEN ABLAUFWERTE DER FÄKALCOLIFORMEN-BAKTERIEN IN DEN


ABBILDUNG 40: ÜBERSCHREITUNGS- BZW. UNTERSCHREITUNGSRATE DES CSB-ABLAUFGRENZWERTES VON

DEN 740 SYSTEMÜBERGREIFEND UNTERSUCHTEN ANLAGEN MIT 2.738 ANALYSEN ............................. 127

ABBILDUNG 41: VERGLEICH DER CSB-ABLAUFWERTE BEI TROPFKÖRPERANLAGEN VERSCHIEDENER

WARTUNGSFIRMEN ........................................................................................................................... 129

ABBILDUNG 42: VERGLEICH DER CSB-ABLAUFWERTE BEI SBR-ANLAGEN VERSCHIEDENER

WARTUNGSFIRMEN ........................................................................................................................... 129

ABBILDUNG 43: ÜBERSCHREITUNGS- BZW. UNTERSCHREITUNGSRATE DES BSB5-ABLAUFGRENZWERTES VON

DEN 541 UNTERSUCHTEN KLEINKLÄRANLAGEN IN SYSTEMÜBERGREIFENDER ZUSAMMENSTELLUNG .... 130

ABBILDUNG 44: VERGLEICH DER BSB5-ABLAUFWERTE BEI TROPFKÖRPERANLAGEN VERSCHIEDENER

WARTUNGSFIRMEN ........................................................................................................................... 131

Abbildungsverzeichnis xii ABBILDUNG 45: VERGLEICH DER BSB5-ABLAUFWERTE BEI SBR-ANLAGEN VERSCHIEDENER

WARTUNGSFIRMEN ........................................................................................................................... 131

ABBILDUNG 46: VERFAHRENSÜBERGREIFENDE VERTEILUNG DER HÄUFIGSTEN BETRIEBSPROBLEME NACH

STÖRUNGSGRUND VON 199 ANLAGEN............................................................................................... 133

ABBILDUNG 47: VERTEILUNG DER 199 ANLAGEN DER WARTUNGSFIRMA .................................................. 134

ABBILDUNG 48: JÄHRLICHE BETRIEBSKOSTEN BEI KLEINKLÄRANLAGEN [GEÄNDERT NACH BOLLER 2005,A]

........................................................................................................................................................ 136

ABBILDUNG 49: ENERGIEKOSTEN EINER 4 E-ANLAGE IN ABHÄNGIGKEIT VON DEN REINIGUNGSVERFAHREN

(STAND 2005) .................................................................................................................................. 138

xiii

TABELLENVERZEICHNIS

TAB. 1: ANSCHLUSS DER BEVÖLKERUNG AN ÖFFENTLICHE KANALISATION [STATISTISCHES

BUNDESAMT 2003] ........................................................................................................................... 3

TAB. 2: ZU BEACHTENDE KOSTEN BEI SEMI-/DEZENTRALER LÖSUNG [FRANZ ET AL. 2005] ..................... 8

TAB. 3: EMPFEHLUNG ZUR PARAMETERVARIATION [ FRANZ ET AL. 2005] .................................................... 9

TAB. 4: ZUSAMMENFASSUNG DER UMSETZUNG VON EU-RICHTLINIE BIS ZUM ERRICHTEN EINER

KLEINKLÄRANLAGE.............................................................................................................................. 13

TAB. 5: BAUPHASEN EINER KLEINKLÄRANLAGE UND DEREN ZUSTÄNDIGKEIT [UAN 2004, GEÄNDERT] ..... 14

TAB. 6: ANFORDERUNGEN AN DIE EINLEITUNG VON ABWASSER AUS KLEINKLÄRANLAGEN [ABWV 2002] .. 15

TAB.: 7: TECHNISCHE ANFORDERUNGEN AN KLEINKLÄRANLAGEN......................................................... 16

TAB. 8: ZUSTÄNDIGKEIT FÜR BETRIEB UND WARTUNG VON KLEINKLÄRANLAGEN [UAN 2004] ..................... 17

TAB. 9: MAXIMAL ZULÄSSIGES SCHLAMM-WASSER-VERHÄLTNIS [NEEMANN 2002]............................... 18

TAB. 10: MITTEL-, MEDIAN UND 60 %- PERZENTILWERTE DER CSB-, BSB5- UND NH4-N-ABLAUFWERTE IN

ABHÄNGIGKEIT DER VERFAHREN (NACH FLASCHE 2002)................................................................... 23

TAB. 11: MITTELWERTE UND 85 %-WERTE DER UNTERSCHREITUNGSHÄUFIGKEIT AUS DER

BAUAUFSICHTLICHEN ZULASSUNG GEPRÜFTER KLEINKLÄRANLAGENVERFAHREN [NACH BARJENBRUCH

& AL JIROUDI 2003] ......................................................................................................................... 24

TAB. 12: MITTELWERTE DES CSB- UND BSB5-WERTES, ERMITTELT AUS ÜBERWACHUNGSDATEN IN

ABHÄNGIGKEIT VOM ANLAGENTYP (ZUSAMMENGEFASST AUS [FLASCHE 2002 ; HOHEISEL 2000]).... 25

TAB. 13: ANLAGENBEZOGENE REINIGUNGSERGEBNISSE DER UNTERSUCHTEN ANLAGEN VON [MÜLLER 1991]

.......................................................................................................................................................... 27

TAB. 14: ABLAUFWERTE DER ANLAGEN UNTER EINHALTUNG DER NOTWENDIGEN BETRIEBSBEDINGUNGEN VON

KKA................................................................................................................................................... 27

TAB. 15: VERTEILUNG DER ERFASSTEN ANLAGEN IN DEN UNTERSUCHTEN ZWECKVERBÄNDEN [ENGLERT &

KAUB 2004] ...................................................................................................................................... 28

TAB. 16: ANZAHL DER UNTERSUCHTEN ANLAGEN IN DEN LITERATURANGABEN [ENGLERT& KRAUB 2004]

30

TAB. 17: VERGLEICH DER CSB-GRENZWERTÜBERSCHREITUNG IN [%] VERSCHIEDENER TECHNISCHER

KKA MIT ............................................................................................................................................. 30

TAB. 18 EINSCHRÄNKUNGSFAKTOREN FÜR EINEN AUSSAGEKRÄFTIGEN VERGLEICH VON KKA................... 32

TAB. 19: ABWASSER- UND SCHLAMMRELEVANTE PARAMETER, ANALYSE, INSTRUMENTE UND TRANSPORT

40

TAB. 20: KOMPETENZ UND PARTNER DES VERSUCHSFELDES IN DORF MECKLENBURG ............................... 41

TAB. 21: KOMPAKTE DARSTELLUNG DER AUF DEM VERSUCHSFELD BEFINDLICHEN KLEINKLÄRANLAGEN ..... 42

TAB. 22: ARBEITSPROGRAMM.................................................................................................................... 44

TAB. 23: ABWASSERSTRÖME IM ZWECKVERBAND WISMAR * ...................................................................... 45

TAB. 24: ZUSAMMENSETZUNG DES ROHABWASSERS IM ZULAUF DER Z KA (JAHR 2003 UND 2004)............ 45

TAB. 25: VERGLEICHE DER KONZENTRATIONEN IM ROHABWASSER ............................................................ 46

TAB. 26: VERMINDERUNG DER SCHMUTZFRACHT DES ZULAUFES INS VERSUCHSFELD ................................ 46

Tabellenverzeichnis xiv TAB. 27: BESCHICKUNGSMENGEN DER EINZELNEN ANLAGEN ..................................................................... 47

TAB. 28: BESCHICKUNGSMENGEN DER EINZELNEN ANLAGEN..................................................................... 48

TAB. 29: VERGLEICH DER ABWASSERTECHNISCHEN BERECHNUNG ZUR ZULASSUNG UND ZUM IST-ZUSTAND

DES BELÜFTETEN FESTBETTES [LENZ 2004, GEÄNDERT]..................................................................... 53

TAB. 30: VERGLEICH DER ABWASSERTECHNISCHEN BERECHNUNG ZUR ZULASSUNG UND IST-ZUSTAND DER

SBR- ANLAGE [LENZ 2004, GEÄNDERT] ............................................................................................. 56

TAB. 31: VERGLEICH DER ABWASSERTECHNISCHEN BERECHNUNG ZUR ZULASSUNG UND DES IST-ZUSTANDES

DES TROPFKÖRPERS [LENZ 2004, GEÄNDERT] ................................................................................... 59

TAB. 32: VERGLEICH DER ABWASSERTECHNISCHEN BERECHNUNG ZUR ZULASSUNG UND DES IST-ZUSTANDES

DES SCHEIBENTAUCHKÖRPERS [LENZ 2004, GEÄNDERT] .................................................................... 61

TAB. 33: TECHNISCHE DATEN DER VERTIKAL DURCHSTRÖMTEN PFLANZENKLÄRANLAGE ............................ 63

TAB. 34: TECHNISCHE DATEN DER HORIZONTAL DURCHSTRÖMTEN PFLANZENKLÄRANLAGE ....................... 64

TAB. 35: ZEITPLAN FÜR DIE KLEINKLÄRANLAGEN-PRÜFUNG NACH [PREN 12566-3 2003] ........................... 66

TAB. 36: UNTERSUCHUNGSPROGAMM DES VERSUCHSFELDES DORF MECKLENBURG................................. 68

TAB. 37: MITTLERE ZULAUFKONZENTRATIONEN IN ABHÄNGIGKEIT DER UNTERSUCHUNGSPHASE................ 68

TAB. 38: VERGLEICH DER CSB-ABLAUFWERTE (MITTELWERT IN MG/L) UND DER ABBAULEISTUNGEN

(MITTELWERT IN %) DER UNTERSUCHTEN KKA IN ABHÄNGIGKEIT VON DEN VERSCHIEDENEN

MESSPHASEN ..................................................................................................................................... 69

TAB. 39: VERGLEICH DER BSB5-ABLAUFWERTE (MITTELWERT IN MG/L) UND DER ABBAULEISTUNGEN ........ 72

TAB. 40: VERGLEICH DER NH4-N-ABLAUFWERTE (MITTELWERT IN MG/L) UND DER ABBAULEISTUNGEN

(MITTELWERT %) OHNE DIE BETRACHTUNG DES ORGANISCHEN STICKSTOFFS IN ABHÄNGIGKEIT VON

VERSCHIEDENEN MESSPHASEN ........................................................................................................... 74

TAB. 41: VERGLEICH DER STICKSTOFFABLAUFWERTE (MITTLERE NH4-N-ZULAUFKONZENTRATION 67 MG/L) 74

TAB. 42: VERGLEICH DER PGES. -ABLAUFWERTE (MITTELWERT IN MG/L) UND DER ABBAULEISTUNGEN

(MITTELWERT IN %) DER UNTERSUCHTEN KKA IN ABHÄNGIGKEIT VON VERSCHIEDENEN LASTPHASEN .. 77

TAB. 43: ERGEBNISSE DES AFS–ABLAUFES .............................................................................................. 78

TAB. 44: ZULÄSSIGE BELASTUNGEN BEI KLEINKLÄRANLAGEN .................................................................... 79

TAB. 45: ABMINDERUNGSFAKTOREN DES BSB5 UND CSB ZUR FRACHTBEMESSUNG ................................... 80

TAB. 46: VERGLEICH DER ABBAULEISTUNGEN [%] DER KLEINKLÄRANLAGEN AUF DEM VERSUCHSFELD IN

ABHÄNGIGKEIT VON VERSCHIEDENEN TEMPERATURBEREICHEN ........................................................... 81

TAB. 47: DIE ABHÄNGIGKEIT DER ABBAULEISTUNG DER KLEINKLÄRANLAGEN VON TEMPERATUR UND

BELASTUNG ........................................................................................................................................ 82

TAB. 48: VERGLEICH DES ENERGIEVERBRAUCHS DER KKA IN DORF MECKLENBURG ............................. 84

TAB. 49: BERECHNETE ZULAUFFRACHTEN ZUR BESTIMMUNG DER KOLMATIONSANFÄLLIGKEIT ................... 89

TAB. 50: PROGRAMM DER BEPROBUNG IN DER DIN 4261 TEIL 2 ............................................................... 91

TAB. 51: UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE DES ZWEITEN PRÜFUNGSJAHRES ................................................ 92

TAB. 52: VERGLEICH DER STICKSTOFFABLAUFWERTE OHNE DIE BETRACHTUNG DES ORGANISCHEN

STICKSTOFFES (MITTLERE NH4-N-ZULAUFKONZENTRATION 72 MG/L) ................................................... 95

TAB. 53: AUSFÜHRUNG DER ENERGIEARTEN FÜR DIE VERSCHIEDENEN ANLAGEN ....................................... 98

TAB. 54: MIKROBIOLOGISCHE ANFORDERUNGEN IM WASSERBEREICH [HAGENDORF ET AL. 2004]........ 106

Tabellenverzeichnis xv TAB. 55: VERGLEICH DER TECHNIK DER ABWASSERDESINFEKTION [BAYRISCHES BUNDESAMT 2003]....... 107

TAB. 56: DIE ENTKEIMUNGSMÖGLICHKEIT IN DEUTSCHLAND UND DEREN LEISTUNGEN IM WASSERBEREICH

........................................................................................................................................................ 107

TAB. 57: UNTERSUCHUNGSPARAMETER SOWIE VERWENDETE ANALYTIKMETHODEN UND NÄHRMEDIEN DES

TESTES 3.......................................................................................................................................... 111

TAB. 58: ZULAUFKONZENTRATION DER KOLONIEBILDENDEN EINHEITEN SOWIE GESAMMT- UND

FÄKALBAKTERIEN.............................................................................................................................. 112

TAB. 59: DIE MITTLEREN KEIMKONZENTRATIONEN IN [/100ML] DER ABLÄUFE DER UNTERSUCHTEN

KLEINKLÄRANLAGEN IM VERGLEICH ................................................................................................... 112

TAB. 60 ABBAULEISTUNG DER PATHOGENEN KEIME IN DEN UNTERSUCHTEN KLEINKLÄRANLAGEN............. 113

TAB. 61: ERGEBNISSE DER TRÜBUNG IN DEN UNTERSUCHTEN KLEINKLÄRANLAGEN .................................. 124

TAB. 62: ANZAHL UND VERFAHREN BETRACHTETER ANLAGEN VERSCHIEDENER FIRMEN........................... 126

TAB. 63: ANZAHL BETRACHTETER ANLAGEN UND CSB-ANALYSEN VERSCHIEDENER FIRMEN..................... 127

TAB. 64: VERGLEICH DER CSB-ABLAUFWERTE MIT DEM CSB-GRENZWERT ............................................. 128

TAB. 65: ANZAHL BETRACHTETER ANLAGEN UND BSB5-ANALYSEN VERSCHIEDENER FIRMEN................... 129

TAB. 66: VERGLEICH DER CSB-ABLAUFWERTE MIT DEM BSB5-GRENZWERT ............................................ 130

TAB. 67: VERGLEICH DER MITTELWERTE DES SAUERSTOFFGEHALTES, SYSTEMÜBERGREIFEND ............... 132

TAB. 68: VERGLEICH DER O2-GEHALT-MITTELWERTE BEI DEN KLEINKLÄRANLAGEN ................................. 132

TAB. 69: WARTUNGSKOSTEN DER UNTERSUCHTEN FIRMEN..................................................................... 137

TAB. 70: GEBÜHRENBEISPIELE FÜR FÄKALSCHLAMM AUS KKA IN DER BUNDESREPUBLIK (STAND 2005) ... 137

TAB. 71: ÜBERSICHT ÜBER ENERGIEKOSTEN IN ABHÄNGIGKEIT VON AUSBAUGRÖßE UND VERFAHREN ...... 139

TAB. 72: MITTLERE JAHRESINSTANDHALTUNGSKOSTEN VON FIRMA F [GEÄNDERT BOLLER 2005A] ......... 139

ABBKÜRZUNGSVERZEICHNIS

€ Euro

Ø Durchschnitt

Ө Temperaturkoeffizient

η [%] Wirkungsgrad

§ Paragraf

2KG Zweikammergrube

3KG Dreikammergrube

A Arbeitsblatt

AE [m²/E] spezifische Oberfläche

a Jahr

a.a.R.d.T allgemein anerkannte Regeln der Technik

Abs. Absatz

AbwAG Abwasserabgabengesetz

AbwAG M-V Abwasserabgabengesetz des Landes Mecklenburg-Vorpommern

AbwV Anforderung der Abwasserverordnung

AFS [mg/l] abfiltrierbare Stoffe

ATV Abwassertechnische Vereinigung

AS [ml/l] absetzbare Stoffe

AW Abwasser

BG Badegewässer

BR [g/(m³·d] BSB5-Raumbelastung

bFB Belufteter Festbett

BSBn [mg/l] Biochemischer Sauerstoffbedarf nach n Tagen

BW Brauchwasser

C [mg/l] Kohlenstoff

CO2 [mg/l] Kohlendioxid

CSB [mg/l] chemischer Sauerstoffbedarf

CSBfil [mg/l] chemischer Sauerstoffbedarf der membranfiltrierten Proben

d Tag

DBR,N(T) [kgNH4N/m³·d] Nitrifikationsleistung in Abhängigkeit der Temperatur

DIBt Deutsches Institut für Bautechnik

DIN Deutsches Institut für Normung

DIN EN Europäische Norm

DM Dorf Mecklenburg

DN Nenndurchmesser

DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft Abwasser & Abfall e.V.

EPA Environmental Protection Agency

EU Europäische Union

E Einwohner

Abkürzungsverzeichnis xvii

EW Einwohnerwert

EWG Einwohnergleichwert

EPS extrazelluläre polymere Substanzen

et al. und andere

F(x) [m²] Bewuchsfläche

FA Filteranlage

Fa. Firma

FB Tauchkörperanlage mit ständig getauchtem Festbett

GK Größenklasse

GOK Geländeoberkante

GW Grenzwert

h Stunde

h. bzw. horz. horizontal durchstömt

HRO Hansestadt Rostock

l Liter

i. a. Im Allgemeinen

IEUT Institut für Energie-und Umwelttechnik, Rostock

IDM Induktiver Durchflussmesser

IfSG Infektionsschutzgesetz

KA Kläranlage

KBE [n/100ml] koloniebildende Einheiten

K KA Kombinationsanlage

kf [m/s] Durchlässigkeitswert

KG Kanalgrundleitung

KKA-VwV Kleinkläranlagen- Verwaltungsvorschrift

K2Cr2O7 [mg/l] Kaliumdichromat

l Liter

LAWA Länderarbeitsgemeinschaft Wasser

LW Leitwert

LWG Landeswassergesetz

LWaG M-V Landeswassergesetz Mecklenburg-Vorpommern

MA Membrananlage

MKG Mehrkammergrube

MP Mischprobe

ml Mililiter

MPN [n] More-probable-number-Methode

M-V Mecklenburg-Vorpommern

MW Mittelwert

n [-] Zahl

N [mg/l] Stickstoff

Nanorg. [mg/l] anorganischer oder mineralisch gebundener Stickstoff

Abkürzungsverzeichnis xviii

Norg. [mg/l] organischer Stickstoff

NO2-N [mg/l] Nitrit-Stickstoff

NH4-N [mg/l] Ammonium-Stickstoff

NK Nachklärung

NRW Nordrhein-Westfalen

O2 [mg/l] Sauerstoffgehalt

FA Filteranlage

P [mg/l] Phosphor

Pges [mg/l] Gesamtphosphorgehalt

pH der negative dekadische Logarithmus der

Wasserstoffionenkonzentration (pondus Hydrogenii)

PKA Pflanzenkläranlage

qMP qualifizierte Mischprobe

R Referenz

RTK Rotationstauchkörper

S Sommerperiode

SP Stichprobe

SB Schwebbett

SBR Sequencing batch reactor

SPS speicherprogrammierbare Steuerung

STK Scheibentauchkörpe

T [°C] Temperatur

TK Tropfkörperanlage

Tr. [NTU] Trübung

TS [mg/l] Trockensubstanz

TU Technische Universität

TW Trinkwasser

UIW Institut für Umweltingenieurwesen

VF Versuchsfeld

v. bzw. vert.

PKA Vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage

VK Vorklärung

VT Lehrstuhl für Verfahrenstechnik/ Biotechnologie Universität Rostock

W Winterperiode

WasBauPVO Wasserbau Bauproduktverordnung

WHG Wasserhaushaltsgesetz

WRRL Wasserrahmenrichtlinie

Z KA Zentrale Kläranlage

ZV Zweckverband

THESEN

1. Bisherige Vergleiche von Kleinkläranlagen lieferten nur eingeschränkte Aussagen aufgrund von

unterschiedlichen Randbedingungen. Um zu allgemeinen Aussagen zu kommen, sind Langzeit-Vor-

Ort-Untersuchungen an verschiedenen Kleinkläranlagensystemen unter gleichen Randbedingungen

notwendig.

In der vorliegenden Promotionsarbeit wurde ein direkter Vergleich von sechs in Deutschland üblichen

Kleinkläranlagensystemen vorgenommen. Die Kleinkläranlagen wurden in parallelem Betrieb und mit

dem gleichen Rohabwasser sowie unter gleichen Randbedingungen untersucht.

Auf dem Demonstrations- und Versuchsfeld Dorf Mecklenburg bei Wismar sind dafür sechs

Kleinkläranlagen (belüftetes Festbett für 4 E, SBR-Anlage für 6 E, Tropfkörperanlage für 5 E,

Scheibentauchkörperanlage für 4 E sowie eine vertikale Pflanzenkläranlage für 6 E und eine

horizontale Pflanzenkläranlage für 1 E) installiert worden. Über den Zeitraum von 2 Jahren wurden die

Anlagen regelmäßig untersucht. Das Untersuchungsprogramm wurde für das erste Jahr (2003) in

Anlehnung an die europäische Norm aufgestellt und für verschiedene Lastphasen (Normal-, Über- und

Unterlast sowie Ferienbetrieb und Stromausfall) abgearbeitet. Im zweiten Jahr (2004) sind die Anlagen

konstant mit 120 l/E·d beaufschlagt worden. Die Prüfungen der Anlagen erfolgten nach den bisher in

Deutschland geltenden Normen.

Die Beschickung des Versuchsfeldes wurde mit grobstoffbefreitem Abwasser einer kommunalen

Kläranlage vorgenommen. Das Einzugsgebiet des Versuchsstandortes wird im Trennsystem

entwässert. Die Anlagen wurden SPS gesteuert analog der Tagesganglinie beaufschlagt.

Während der Untersuchungen wurden Stichproben aus dem gemeinsamen Zulauf und den

Anlagenabläufen entnommen. Die Proben sind im Hinblick auf die Reinigungsleistung vor-Ort

untersucht worden. Für die weiteren mikrobiologischen Untersuchungen erfolgte ein DIN-gerechter

Transport nach Rostock. Untersucht wurden neben der Reinigungsleistung, der Hygienisierungsgrad,

das Betriebsverhalten, die Wartung und der Energieverbrauch.

2. Mit Durchführung eines zweijährigen Forschungsprojektes (von 2003 bis 2005) auf dem

Demonstrations- und Versuchsfeld Dorf Mecklenburg bei Wismar konnte nachgewiesen werden, dass

nach Vereinheitlichung der Ausgangssituationen von sechs verschiedenen Kleinkläranlagen deren

Leistungsfähigkeiten neu zu bewerten sind.

Unter ungünstigen Bedingungen in Phase 1 (15 Wochen) – niedrige Temperatur und höhere Fracht-

lieferten drei Anlagen (Festbett, SBR und Tropfkörper) CSB-Ablaufwerte über dem Grenzwert von

150 mg CSB/l, was zumindest bei der SBR-Anlage auf eine nicht abgestimmte Steuerung

zurückzuführen war. Die übrigen Anlagen (Pflanzenkläranlagen, Rotationstauchkörperanlage) hatten

vermutlich wegen ihrer separaten Vorklärung mehr Puffervolumen und damit CSB-Ablaufwerte unter

dem Grenzwert.

Während der Phase 1 wurden zusammen mit den Herstellerfirmen und Mitarbeitern des

Zweckverbandes Wismar der Betrieb optimiert sowie die Steuerungseinstellungen und Zulaufmengen

angepasst. Deswegen lagen in den restlichen Phasen alle Anlagenablaufwerte im Mittel unter dem

geforderten Grenzwert von 150 mg CSB/l (Durchschnittliche Ablaufwerte in mg CSB/l: SBR = 68;

Thesen xx

STK = 68; h.PKA = 76; v. PKA = 70; FB = 103; TK = 140). Damit ist erkennbar, dass technische und

naturnahe Kleinkläranlagen die Anforderungen an die Reinigung erfüllen können. Eine wichtige

Voraussetzung dafür waren eine ordnungsgemäßige Wartung und ein sorgfältiger Betrieb der Anlagen.

Innerhalb des Testes haben sich Anlagen mit anerkannten Verfahren bei bestimmten Lastphasen nicht

bewährt. Das muss beim Einsatz der verschiedenen Verfahren berücksichtigt werden.

3. Auf dem Versuchsfeld Dorf Mecklenburg wurden im Jahre 2004 die Kleinkläranlagen im

einjährigen Versuch mit konstanter hydraulischer Belastung von 120 l/E·d beaufschlagt. Außer der

Tropfkörperanlage haben alle Kleinkläranlagen die Anforderungen an die Reinigung erfüllt. Die

kompakte Tropfkörperanlage konnte die geforderte Reinigungsleistung ökonomisch nicht erfüllen.

Die niedrigsten Ablaufwerte erbrachte die horizontale Pflanzenkläranlage von durchschnittlich 36 mg

CSB/l. Von den technischen Anlagen lieferte die SBR - Technik die besten Reinigungsergebnisse

(durchschnittlich 50 mg CSB/l im Ablauf). Diese Ergebnisse zeigen, dass Kleinkläranlagen, die das EN

12566-Testprogramm im Jahr 2003 erfolgreich bestanden haben, in der Lage sind, eine noch deutlich

bessere Reinigungsleistung im zweiten Jahr zu erbringen. Ordnungsgemäße Wartung und sorgfältiger

Betrieb der Anlagen sind dafür weiterhin die Voraussetzung.

4. Die zwei Pflanzenkläranlagen auf dem Versuchsfeld bewiesen ihre Eignung als Kleinkläranlagen für

die Behandlung des häuslichen Abwassers. Sie erbrachten im Vergleich mit bekannten technischen

Verfahren ähnliche Reinigungsleistungen bei geringerem Energieverbrauch und weniger Betriebs-

sowie Wartungsintensität. Zusätzlich haben sie mehr Puffervermögen und sind gegenüber vielen

üblichen technischen Verfahren einfacher und zuverlässiger in der Handhabung. Einen weiteren Vorteil

haben Pflanzenkläranlagen bei einer hydraulischen Stoßbelastung. Außerdem haben sie sich bei der

Stickstoff- und Phosphatelimination bewährt. Sie können jedoch nicht ohne weiteres in

wasserwirtschaftlichen sensiblen Regionen eingesetzt werden.

5. Die mikrobiologischen Untersuchungsergebnisse ergaben im Zulaufschmutzwasser einen hohen

Anteil an fäkalcoliformen Bakterien (bis 2,4*108). Außer der Tropfkörperanlage konnten alle

Kleinkläranlagen die Zahl von den fäkalcoliformen Bakterien um eine Zehnerpotenz reduzieren. Damit

wurde der Abbau einer biologischen Stufe in einer zentralen Kläranlage gewährleistet. Die

Abbauleistungen spannten sich über eine Breite von 0,8 bis 4,3 Zehnerpotenzen. Die Ergebnisse

zeigten, dass mit den Kleinkläranlagen keine gezielte Hygienisierung möglich war. Die

Keimreduzierung ist daher zunächst nur als weiterer positiver Nebeneffekt zu betrachten.

Durchschnittlich lieferten die Kleinkläranlagen folgend, fäkalcoliformen Bakterien-Abbauwerte in

Zehnerpotenz (h. PKA = 3,9; STK = 3,1; SBR = 3,0; v. PKA = 2,2 und FB = 1,3). Daraus resultiert, dass

es nicht verallgemeinert werden kann, dass naturnahe Verfahren besser Keime reduzieren als

technische Verfahren. Im Gegensatz zur Literatur erbrachten die Scheibentauchkörper- und SBR-

Anlage bessere Abbauleistungen als die vertikale Pflanzenkläranlage auf dem Versuchsfeld. Allerdings

war die höchste Abbauleistung durch die horizontale Pflanzenkläranlage erreichbar (im Durchschnitt

3,9 Zehnerpotenzen fäkalcoliformer Bakterien-Abbau).

Thesen xxi

6. Die mikrobiologischen Untersuchungen in den Versuchsanlagen haben ergeben, dass keine

der untersuchten Kleinkläranlagen die geforderte Wasserqualität für die weitere Gartenbewässerung

oder die Bewässerung erreichen konnten. Die Ausnahme dabei bildet nur die horizontale

Pflanzenkläranlage. Zur Sicherstellung der erforderlichen Qualität des Abwassers für die Weiternutzung

in der Bewässerung sind die Kombinationen mit UV- Bestrahlung oder Membranfilterverfahren als

geeignete Lösungen zu empfehlen.

7. Die Auswertung der pathogenen Parameter in den sechs Kleinkläranlagen zeigte, dass im

Mittelwert nur die horizontale Pflanzenkläranlage die Anforderungen an den Gesamtcoliforme-

Grenzwert efür die Badegewässer rreichen kann. Jedoch werden weder die 85% Fraktile-Werte noch

bei den die Fäkalcoliforme-Ablaufwerten die geforderten Grenzwerte erreicht.

Für die Einbettung der Kleinkläranlagen in ein ganzheitliches Konzept konnte bewiesen werden, dass

nur die horizontale Pflanzenkläranlage das Abwasser hygienisch soweit verbesserte, dass es

Badegewässerqualität erreicht. Die vertikale Pflanzenkläranlage, die SBR-Anlage sowie die

Scheibentauchkörperanlage besitzen diesbezüglich ein großes Entwicklungspotenzial.

8. Die vertikale Pflanzenkläranlage und die SBR-Anlage können auch ohne gezielte Auslegung für

weitergehende Reinigung die Anforderungen an die Nitrifikation errfüllen. So ergaben sich bei der

vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage und bei der SBR-Anlage die höchsten

Nitrifikationsleistungen. Bei der SBR-Anlage wurde im gesamten Temperaturbereich zwischen 5°C und

25°C eine kontinuierliche Nitrifikation beobachtet. Hingegen erzielte das Festbett die geringsten NH4-N-

Abbauleistungen.

9. Die Untersuchungen zur Phosphor-Elimination hat die Angaben de Literatur bestätigt. So haben

die beiden neu gebauten Pflanzenkläranlagen einen höheren P-Abbau als die technischen Verfahren

gewährleistet. Die Pflanzenkläranlagen wiesen den höchsten P-Rückhalt in der Unterlastphase (71 %

bei der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage und 91 % bei der horizontalen Pflanzenkläranlage)

sowie die niedrigsten mittleren P-Ablaufwerte (3,9 und 7,5 mg Pges./l ) auf.. Hier soll das Anlagerungs-

und Fällungspotenzial des Filterkörpers in den Pflanzenkläranlagen langfristig überprüft werden.

10. Naturnahe Kläranlagen verbrauchen weniger Energie als technische Kläranlagen. Im zweiten

Beobachtungsjahr ergab sich bei einer konstanten Beschickung der geringste Energieverbrauch für die

naturnahen Verfahren. Die horizontale Pflanzenkläranlage verbrauchte ca. 14 kWh/E·a.

Verteilungstechnisch bedingt verbrauchte die vertikale Anlage ca. 20 kWh/E·a. Bei den technischen

Anlagen weist der Rotationstauchkörper bei optimaler Einstellung den niedrigsten Wert von 34 kWh/E·a

auf. Dieser ist allerdings mehr als doppelt so hoch als bei den naturnahen Systemen. Somit liegt der

spezifische Energieverbrauch von technischen Kleinkläranlagen deutlich über dem vom größeren

zentralen Kläranlagen.

Der Untersuchungsumfang und einige Ergebnisse sind in folgender Tabelle zusammengefasst.

Thesen xxii

technisch naturnah Testprogramm

Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vertik. PKA

horiz. PKA

EU 12566- 3 �� ● �� DIN 4261- �� ● ��

Mindestreinigung 1. Jahr Ø (mg CSB/l) 119 79 156 75 70 78 Bei optimalem Betrieb (mg CSB/l) 97 69 113 68 69 71 2. Jahr Ø (mg CSB/l) 106 50 207 96 107 36 Praxis Ø (mg CSB/l) 104 147 164 40 144 75

Weitere Reinigung C-Stufe �� ● �� N-Stufe ● �� ● �� N-D-Stufe ● ● �� ● ● ● P-Stufe ● ● ● ● ● ● Hyg-Stufe ● ● ● ● ● ●

Wiederverwendung Bewässerung, Beregnung ● ● ● ● ● ● Einleitung in Badegewässer ● ● ● ● ● �

Stabilität der C-Reinigungsstufe Nach Frachtbelastung ● � ● � � � Nach Temperatur (5 - 25°C) ● � ● � � �

Betrieb und Wartung Betrieb Wartung Energieverbrauch [kWh/(E⋅a)] 154 82 173 34 18 14

Legende

� Test bestanden bzw. die Anforderungen wurden erfüllt

● die Anforderungen wurden nicht erfüllt

Sehr gut (Für die Reinigungsleistung wurden sogar die weitgehenden Anforderungen erfüllt)

k. Keine Ergebnisse

11. Im Gegensatz zu bisherigen Auffassungen zeigten die Untersuchungen in den beiden

Demonstrations-Pflanzenkläranlagen, dass die horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage stabilere

Reinigungsergebnisse als die vertikale Pflanzenkläranlage erbrachte. Allerdings sind wegen des

Rückganges der Reinigungsleistung der vertikalen Pflanzenkläranlage im zweiten Jahr noch die

Nutzdauern zu überprüfen. Bei den vertikal durchströmten Pflanzenkläranlagen besteht

Forschungsbedarf für die Feststellung der Auswirkungen kleinerer Vorklärungsvolumina.

12. Um die Auswirkungen einer hydraulischen Stoßbelastung zu ermitteln, wurde der sogenannte

„Badewannenstoß“ realisiert. Nach Vorgaben der DIN 4261 Teil 2 wird dazu eine Wassermenge von

200 l innerhalb von 3 Minuten den Prüfanlagen zugeführt. Der Versuch hat bestätigt, dass die beiden

Pflanzenkläranlagen diese Belastung durch die separate Dreikammer-Vorklärung und den Filterboden

abdämpfen konnten. Aufgrund der Bemessung der SBR-Anlage wurden die 200 Liter Wasser der

Wanne jedoch im Vorspeicher aufgenommen. Damit ist die Anlage unempfindlich gegenüber

Thesen xxiii

hydraulischen Stoßbelastungen. Beim Rotationstauchkörper ist das Puffervolumen in der Zulaufleitung

(zwischen Vorklärung und Reaktor) gespeichert worden. Die kompakten Kläranlagen Festbettanlage

und Tropfkörperanlage konnten die Schmutzwassermengen beim „Badewannenstoß“ nicht verarbeiten

und sind dadurch für Wochenendhäuser nicht zu empfehlen.

13. Die Untersuchungen an drei Kompaktkläranlagentypen zeigten, dass bei den Festbett- und

Tropfkörperanlagen Verschlammungsprobleme auftraten. Daraus wurde die Empfehlung abgeleitet, für

derartige Anlagen eine separate Vorklärung für eine stabile Reinigungsleistung vorzusehen.

14. Die Auswertung von Betriebsdaten aus Wartungsverträgen belegt, dass durch die

Eigenkontrolle ca. 44 % der Betriebsprobleme bei den betrachteten Kleinkläranlagen vermieden

werden können sowie weiterhin bis zu 30 % der tatsächlich anfallenden Instandhaltungskosten

eingespart werden können. Durch regelmäßige und sachgerechte Wartung sowie bedarfsgerechte

Schlammabfuhr können Betriebsprobleme um ein Drittel reduziert werden. Nach dem jetzigen

Technikstand hat eine Technologieoptimierung bei den betrachteten Anlagen nur marginale Bedeutung.

Ferner ist es notwenig, einen Wartungsvertrag mit einer herstellerunabhängigen Wartungsfirma

abzuschließen. Durch die Wartung werden ein stabiler Betrieb und eine Minimierung der

Betriebskosten gewährleistet. Aus den Untersuchungen konnte abgeleitet werden, dass die Steigerung

der CSB-Reinigungsleistung durch eine gute Betreibung und eine geeignete Anpassung der Steuerung

bis zu 30 % und bezüglich der Nitrifikation sogar bis zu 50 % betragen kann.

15. Die Untersuchungen zu den Zulaufkonzentrationen im Gebiet Nordvorpommern haben ergeben,

dass die in der EN 12566-3 mitgeteilten Zulaufwerte (CSB, BSB5) für die Prüfung von Kleinkläranlagen

häufig überschritten werden. Eine Ursache für die Überschreitung ist der geringere Wasserverbrauch

der Bevölkerung. Bei der Bearbeitung der DIN- 4261 und des DWA-Regelwerkes sollte daher eine

Anpassung erfolgen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollten bei der Planung und Einrichtung weiterer

Prüffelder Berücksichtigung finden.

1 Einführung

Die vorliegende Untersuchung erfolgte auf der Grundlage der neuen europäischen Richtlinien, die im

Bundesrecht fest verankert sind. Die EU-Richtlinie 91-271 EWG Artikel 8 Nr. 3 verlangt, dass

spätestens 2005 alle Abwässer von Haushalten in der Europäischen Union biologisch gereinigt werden

müssen. Die Abwasserbeseitigung wird mittels Kleinkläranlagen gelöst, wenn der Aufgabenträger den

Anschluß an eine zentrale Kläranlage aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen verweigert.

Demzufolge besteht eine Verpflichtung der Grundstückseigentümer, ihre Kläranlage bis 31. 12. 2005 an

die a.a.R.d.T. anzupassen.

Artikel 12 Nr. 1 besagt weiterhin, dass gereinigtes Abwasser möglichst wiederverwendet werden und

die Belastung der Umwelt dabei auf ein Minimum begrenzt sein soll. Während im Jahr 2001 rund 96 %

der Bevölkerung in den alten Bundesländern an die öffentlichen Kläranlagen angeschlossen waren,

betrug die Rate in den neuen Bundesländern nur 76 %. Dies dokumentiert die noch vorhandenen

Defizite. In dem Flächenland Mecklenburg-Vorpommern z. B. waren 2001 rund 18 % der Bevölkerung

ohne Anschluss an die öffentliche Kanalisation. 15 % davon behandelten ihre Abwässer in

Kleinkläranlagen; rund 3 % entwässerten in abflusslose Gruben oder überhaupt nicht.

Der optimale Einsatz von Kleinkläranlagen bedarf objektiver Vergleichsparameter für gängige

Anlagentypen. Die Literaturrecherche und insbesondere die Ergebnisse von FLASCHE (2002) zeigen

den Mangel an einer solchen Vergleichsgrundlage.

Kleinkläranlagen gemäß DIN 4261 sind Anlagen zur Behandlung und Einleitung des im Trennverfahren

erfassten häuslichen Schmutzwassers aus einzelnen oder mehreren Gebäuden mit einem

Schmutzwasseranfall von < 8 m3/d entsprechend etwa 50 EW bei einem Schmutzwasseranfall von 150

l/E.d. Dabei handelt es sich um Hausanlagen bis zu Kleingemeindenanlagen, die sich hauptsächlich in

den ländlichen Gebieten befinden, wo aus geografischen und Kostengründen keine zentralen

Kläranlagen in Frage kämen. Der Neuheitswert der vorliegenden Arbeit besteht in der Untersuchung

von sechs verschiedenen Kleinkläranlagentypen unter identischen Randbedingungen hinsichtlich ihrer

Tauglichkeit entsprechend der o. g. Bestimmungen.

Deutschland ist weltweit führend in der Kanalisierung und Abwasserbehandlung, gleichwohl werden

laut Statistik 10 % der Bevölkerung in Zukunft ihre Abwässer durch Kleinkläranlagen behandeln lassen

müssen. Nach OTTO (2000) sind zur Zeit 7 % der Bevölkerung in Deutschland an Kleinkläranlagen

angeschlossen. Dieser kleine Teil verursacht allerdings 25 % der Verschmutzung in den Gewässern.

Dadurch weitet sich das Problem auf die Nachbarländer aus.

Aufgrund der Wichtigkeit des Kleinkläranlageneinsatzes befinden sich zur Zeit zahlreiche Verfahren

und Angebote auf dem deutschen Markt. Zudem existieren mittlerweile viele Studien und

Untersuchungen, in denen die Reinigung, die Funktion und der Einsatz der einzelnen Anlagen

Einführung 2

beschrieben wurden oder verschiedene Anlagen bestenfalls miteinander nach einem Kriterium

verglichen worden sind. Dennoch existiert bisher keine Studie, die den Vergleich nach den

Hauptkriterien unter den gleichen Randbedingungen zieht. Bisherigen Studien mangelt es an einem

Vergleich unterschiedlicher Kleinkläranlagen nach Ausbaugröße, Reinigung, Betrieb und Wartung und

zwar in dem gleichen Ort, vom gleichen Baujahr, mit der gleichen Abwasserbeschaffenheit und mit der

gleichen Betriebs- und Wartungsregie. Infolgedessen besitzen ältere Studien nur eine begrenzte

Aussagekraft.

Alle Kleinkläranlagen in Deutschland müssen bis 2006 den im WHG beschriebenen Stand der Technik

einhalten. Bereits Ende 2002 sind neudefinierte Forderungen an Kleinkläranlagen festgelegt worden.

Ziel dieser Arbeit ist ein aktueller Vor-Ort-Vergleich von auf dem Markt üblichen

Kleinkläranlagensystemen im Betrieb unter den gleichen Randbedingungen und nach den neuesten

Forderungen sowie den bisherigen deutschen Normen.

Ausgewählte Kleinkläranlagen sind während eines Jahres in Vor-Ort-Untersuchungen in Anlehnung an

das europäische Testprogramm geprüft worden. Außerdem wurde deren Arbeit ein weiteres Jahr

intensiv beobachtet und nach den bisherigen geltenden Normen weiter überwacht. Von besonderer

Bedeutung ist die Weiterverwertung des Ablaufwassers. Mittels mikrobiologischer Untersuchungen

wurden die Systeme hinsichtlich einer möglichen Wasserweiternutzung verglichen. Weiterhin wurden

Betriebsdaten aus Wartungsprotokollen unterschiedlicher Herstellerfirmen und neutraler

Wartungsfirmen für ähnliche Verfahren ausgewertet.

1 Problemstellung und Zielsetzung 3

1 Problemstellung und Zielsetzung

Die dezentrale Abwasserentsorgung ist in Deutschland ein Umweltproblem mit zunehmender Brisanz.

Laut STATISTISCHEM BUNDESAMT (2001) erzeugten 82.440.000 Einwohner eine

Jahresschmutzwassermenge von 5.331,9 Mill. m³, wovon 98,5 % in öffentlichen Abwasserkläranlagen

behandelt und schließlich in die Vorfluter eingeleitet wurden. Der Anschlussgrad teilt sich in zwei Teile:

Der größte Teil, 95 % der Bevölkerung, war an der öffentlichen Kanalisation angegliedert. Der übrige

Teil von ca. 5 % hat sein Abwasser zu 4 % in Kleinkläranlagen und zu 1,35 % in abflusslosen Gruben

entsorgt.

Tab. 1: Anschluss der Bevölkerung an öffentliche Kanalisation [STATISTISCHES BUNDESAMT

2003]

Land Deutschland M.–V.

Bevölkerung insgesamt 82.440.000 1.760.000

Zusammen 77.962.000 1.439.000 95 %1 82 %1

Öffentliche 76.046.000 1.424.000 Industrielle 491.000 10.000

Mit Anschluss an

Abwasserbehandlungsanlagen1 Insgesamt 93 % 81 %

1.425.000 5.000

Bevölkerung mit Anschluss an

öffentliche Kanalisation

Ohne Abwasserbehandlung 2 % 0 %

4.478.000 321.000 Insgesamt 5 % 1 18 % 1 Kleinkläranlagen 3.301.000 270.000

Bevölkerung ohne Anschluss

an öffentliche Kanalisation Darunter mit abflusslose Gruben 1.115.000 50.000

Auf den ersten Blick deutet dieser bemerkenswert hohe Anschlussgrad auf einen hohen Standard hin.

Obwohl bis 1996 in Deutschland nur 2,2 Millionen Kleinkläranlagen existierten, stellt OTTO (2000) fest,

dass diese Kleinkläranlagen bis maximal 44 % der Gesamt-CSB-Emissionen aus

Abwasserbehandlungsanlagen beitragen. Das entspricht lediglich einer Abwasserreinigungskapazität

von rund 9,5 % der Bevölkerung.

Aus Tab. 1 ist erkennbar, dass in näherer Zukunft ca. 3.301.000 EW ihre Kleinkläranlagen auf den

neuesten Stand der Technik bringen werden müssen. Davon müssen 1.115.000 EW – plus der in der

Statistik nicht erhobener Teil - überhaupt erst noch an Kleinkläranlagen angeschlossen werden.

Demzufolge ist die Nachrüstung von biologischen Stufen, deren fachgerechte Herstellung und der

optimale Betrieb von Kleinkläranlagen ein wichtiger Beitrag zum Gewässerschutz. Zudem sind durch

die Änderung der Abwasserverordnung definierte Überwachungswerte einzuhalten.

In den neuen Bundesländern, wie in der Abbildung 1 deutlich wird, besteht noch immer größerer

Handlungsbedarf. Während 96 % der Bevölkerung in den alten Bundesländern im Jahr 2001 an

öffentliche Kläranlagen angeschlossen waren, betrug die Rate in den neuen Bundesländern nur 76 %.

1 Anteil bezogen auf Bevölkerung insgesamt


76 %96 %

0

20

40

60

80

100

West Ost

Ans

chlu

ssra

te [%

]

Abbildung 1: Anschluss der Bevölkerung an die öffentliche Kanalisation in Ost- und Westdeutschland [Statistisches Bundesamt, 2003, geändert]

Im Flächenland Mecklenburg-Vorpommern waren 2001 rund 18 % der Bevölkerung ohne Anschluss an

die öffentliche Kanalisation. 15 % davon behandelten ihre Abwässer in Kleinkläranlagen; rund 3 %

entwässerten in abflusslosen Gruben oder überhaupt nicht.

Trotz steigender Anschlussrate (s. Abbildung 2) werden aufgrund der Siedlungsstruktur nach Berichten

des Umweltministeriums in Mecklenburg-Vorpommern auch künftig ca. 12 bis 15 % der Bevölkerung

nicht an die öffentlichen Systeme angeschlossen [UMWELTMINISTERIUM M-V 1997].

0

20

40

60

80

100

1991 1995 1998 2001- Kläranlagen ohne und mit biologischer Behandlung in %-mechanische Kläranlagen in %

Ans

chlu

ssra

te [%

]

Abbildung 2: Entwicklung des Anschlussgrades in Deutschland [STATISTISCHES BUNDESAMT 2003]


Ein direkter Vergleich veröffentlichter Zahlen ist nicht möglich, da die Ergebnisse auf Basis sehr

unterschiedlicher Untersuchungen (Umfang, Probennahme, Zeitraum), verschiedener Anlagen-

Bauarten, Baujahre, hydraulischer Belastungen etc.) und unter nicht gleichen Randbedingungen

(Abwasserbeschaffenheiten, Wetter, Betriebsqualität, Wartungshäufigkeit etc.) erstellt wurden.

Überdies sind die erhobenen Daten nach unterschiedlichen Kriterien und Statistiken ausgewertet

worden. Um präzise Aussagen über einen sowohl quantitativen als auch qualitativen Vergleich treffen

zu können, ist die Einheitlichkeit möglichst aller Einflussfaktoren erforderlich. Daraus ergibt sich die

Zielsetzung dieser Arbeit, nämlich der direkte Vergleich von Kleinkläranlagen unter ähnlichen

Bedingungen, um Empfehlungen für den optimalen Einsatz von Kleinkläranlagen geben zu können.

Die erhobenen Daten wurden nach folgenden Gesichtspunkten ausgewertet:

• Vergleich der Reinigungsleistung und der Betriebsstabilität verschiedener

Kleinkläranlagensysteme nach dem aktuellen Stand der Normung und nach den bisherigen, in

Deutschland geltenden Normen, und zwar im Jahresgang sowie in spezifischen Lastsituationen,

• Vergleich der Reinigungsleistung und der Betriebsstabilität in einem weiteren Jahr als

realitätstreue Betriebsprüfung von Kleinkläranlagensystemen,

• Vergleich des Hygienisierungsgrades der Kleinkläranlagensysteme und der Möglichkeiten der

Wiederverwendung des behandelten Abwassers,

• Vergleich der Zuverlässigkeit in der Reinigung und der Handhabung der Kleinkläranlagen sowie

deren Betriebs-, Wartungskosten durch eine Evaluierung von Betriebsdaten verschiedener

neutraler und herstellerabhängiger Wartungsfirmen.

Um valide Daten zu erhalten, wurden sechs Objekte ausgesucht, die die Kleinkläranlagensystembreite

abdecken. Untersucht wurden:

1. ein belüftetes Festbett,

2. eine SBR-Anlage,

3. eine Tropfkörperanlage,

4. eine Scheibentauchkörperanlage,

5. eine vertikale Pflanzenkläranlage und

6. eine horizontale Pflanzenkläranlage.

Diese Objekte wurden 2002 im Zuge der Diplomarbeit von RETZLAFF (2003) auf dem Versuchsfeld

Dorf Mecklenburg installiert und in Betrieb genommen.

Die ausgewählten Projektanlagen sind in dem Sinne identisch, dass sie am gleichen Standort installiert

sind, unter gleichen Bedingungen in Betrieb genommen worden sind und gleicher Betriebsweise,

Belastung, Wartungsqualität, Betreuung, Beprobung, Prüfungsart und Begutachtung sowie

übereinstimmenden hydraulischen Verhältnissen unterliegen. Zudem herrschen kongruente Einflüsse

hinsichtlich Konzentration der Zulaufwerte, Abwasserzusammensetzung, Temperaturen und der

Untersuchungszeiträume. Infolgedessen ist die Vergleichskomplexität durch Ausschließen vielfältiger

Einflussfaktoren vereinfacht worden, womit erstmalig ein direkter Vergleich ermöglicht wird.

Durch diese Vereinfachung ergibt sich die Möglichkeit, die Untersuchung in vier Schritte zu gliedern:

• Überprüfung der Anlagen in Anlehnung an die europäische Norm von (März '03 – Februar '04),


• Überprüfung der Anlagen nach bisherigen, in Deutschland geltenden Normen (März '04 –

Januar '05),

• Überprüfung des Hygienisierungsgrades der Anlagen (Juli '04 – Januar '05),

• quantitative und qualitative Erhebung und Auswertung der Betriebsdaten von Wartungsfirmen

2 Theoretische Grundlagen 7

2 Theoretische Grundlagen

2.1 Einsatz von Kleinkläranlagen

Die EU-Richtlinie 91/271/EWG schreibt vor, dass spätestens 2005 alle Abwässer von Haushalten in der

Europäischen Union biologisch gereinigt werden müssen. Trotz des hohen Anschlussgrades

(s. Abbildung 1) in Deutschland sowie der technischen Forschritte auf dem Gebiet der

Abwasserbehandlung (s. Abbildung 2) entspricht die abwassertechnische Infrastruktur noch nicht

flächendeckend dieser Verpflichtung. Demzufolge sind für den ländlichen Raum bis Ende 2005

geeignete Entsorgungssysteme zu sichern. Eine dezentrale Abwasserbehandlung mittels

Kleinkläranlagen gewinnt mehr an Bedeutung und kann in Einzelfällen die bestmögliche Lösung sein

[ECKSTÄDT 2004, KREBS 2004].

Kleinkläranlagen sind Anlagen zur Reinigung von häuslichem Schmutzwasser bis zu 8 m³ pro Tag. Das

entspricht einem Schmutzwasseranfall von ca. 50 Einwohnern [DIN 4261]. Sie kommen meist im

ländlichen Raum (DWA 200) zum Einsatz.

Die Entscheidung für den Bau von Kleinkläranlagen bedarf jedoch der Berücksichtigung zahlreicher

Faktoren – mit besonderem Augenmerk auf Investitions- und Betriebskosten.

Basierend auf die in der Praxis auftretenden Probleme hat FRANZ et al. (2005) Entscheidungskriterien

für oder gegen eine dezentrale Lösung anhand des Beispiels Sachsen herausgearbeitet. Die

Arbeitsgruppe geht davon aus, dass bei ordnungsgemäßer Ausführung von Planung, Bau und Betrieb

beide Alternativen gleichwertig sind. Jedoch ist die Entscheidung immer in den Planungsprozess

eingebunden. FRANZ et al. (2005) nennen zahlreiche Entscheidungskriterien, z. B. Kosten auch Recht,

Technologie und Emission (s. Abbildung 3).

Abbildung 3: Entscheidungskriterien für oder gegen eine dezentrale Lösung [FRANZ et al. 2005]

Die aufgetretenen Probleme bei der Entscheidungsfindung werden größtenteils in der Praxis durch

Vorurteile, ungenügende (Kosten-)Vergleiche und politischen Druck aber auch Nichtakzeptanz

Technologie

•Stand der Technik

•Einsatzgrenzen

•Akzeptanz

Recht

•Abwasserbeseitigungspflicht

•Anschluss- und Benutzungszwang

Kosten

•Primäres

Entscheidungs-

kriterium

•Dynamische KVR

Emission

Wasser-Boden-Luft � Qualität-Quantität


objektiver Gegebenheiten verursacht. Meistens wird die Entscheidung nur hinsichtlich der

Kostenvergleichsrechnung minimiert. Das ist mit der Vernachlässigung einiger ökonomischer Aspekte

behaftet. FRANZ et al. (2005) empfiehlt für die Lösung der Probleme folgende Ansätze:

1. Bei der Planung sollte eine Studie nach DWA-M 101 [zit. in FRANZ et al. (2005)] oder eine

Vorplanung nach HOAI erstellt werden.

2. Hausanschlussleitungen sowie Hausanschlüsse einer KKA sollen in der Planung und im

Kostenvergleich berücksichtigt werden, wobei die günstigste und kürzeste Leitung zu

bestimmen ist. Das setzt eine wertneutrale Informationspolitik sowie eine vertrauensvolle

Zusammenarbeit zwischen Bürger und Gemeinde voraus.

3. Die Kostenvergleichsrechnung soll möglichst genaue Bedarfsaufgaben und spezifische

Kosten erfassen. Dies ist durch ermittelte Preise der Hersteller oder Ausrüster aus

regionsspezifischen und zeitnahen Erfahrungen des Planers und aus Literaturangaben zu

gewährleisten [z. B. HALBACH 2001, 2003].

4. Alle zu beachtenden Kosten bei dezentraler bzw. semizentraler Lösung sind in Tab. 2

zusammengestellt.

Tab. 2: Zu beachtende Kosten bei semi-/dezentraler Lösung [Franz et al. 2005]

Grunderwerb, Vorarbeiten, Bau-, Erschließungs-, Nebenkosten

Reinvestitionskosten (Anlagen mit geringerer Nutzungsdauer als

Hauptanlagenanteile)

Hausanschlüsse (diese Kosten sind bzw. bei Varianten identisch)

Einleitungsbauwerk (in Vorfluter oder Grundwasser)

Inve

stiti

ons-

kos

ten

Notar (Verträge)

Betrieb der Anlage (Sach-, Energie- und Personalkosten)

Betrieb der Leitung (in Vorfluter oder Grundwasser)

Schlammentsorgung (Primär- und Überschussschlamm)

Wartungsvertrag

evtl. Kosten für (Ausbildung/Einweisung)

evtl. Kontrollkosten (Probennahme, Labor)

Bea

chtu

ng v

on

Lauf

ende

n K

oste

n

evtl. Kosten für Pflichtmitgliedschaften in Genossenschaften oder anderen

Organisationen

Werden Eigenleistungen beim Bau und beim Betrieb monetär angesetzt? (insb. Grunderwerb,

Personalkosten)

5. Die Tab. 3 gibt Empfehlungen für die maximale Variationsbreite der Parameter für die

Empfindlichkeitsprüfung.


Tab. 3: Empfehlung zur Parametervariation [ FRANZ et al. 2005]

Parameter Maximale Variation Bemerkung Untersuchungszeitraum Grundsätzlich gleich der Nutzungsdauer des langlebigsten

Hauptanlagenteiles Investitionskosten: ± 20 % Fehler der Kostenschätzung Kostenansätze Betriebskosten: ± 5 % In Abhängigkeit der Preisindizes, kann

wesentlich höher sein (z. B. Schlammentsorgung, Energiekosten)

Zinssatz 2 – 5 % Absolutwert*

Fin

anzm

athe

mat

isch

.

Zeitverzug im Mittelfluss

5 Jahre

Nutzungsdauer Literatur- oder Erfahrungswerte

Erfahrungswerte weichen z.T. erheblich von LAWA* ab.

Angeschlossene EW +3 % /-10 % Gemäß prognostizierter Bevölkerung, im ländlichen Raum meist negative Werte

Tec

hnis

ch

Sepz. Abwasseranfall -10 %

*[LAWA 1998]

6. Bei der Empfindlichkeitsprüfung müssen zusätzlich nichtmonetäre Faktoren, wie ökologischer

und sozialer Zusatznutzen, Entsorgungskomfort und -sicherheit, Bürgerinteressen sowie die

Möglichkeit und die Verfügbarkeit von Zuschüssen, berücksichtigt werden.

7. Beiträge und Gebühren sollten überschlägig ermittelt werden.

8. Um eine Gleichbehandlung von zentralen und dezentralen Lösungen zu garantieren, ist die

Abschreibungsmethode zu wählen.

9. Bei semizentralen Anlagen muss geklärt werden, welcher Verantwortliche für eine

wasserrechtliche Erlaubnis steht.

10. Ob eine Überwachung von Kleinkläranlagen auf Dritte übertragen werden kann, wie es in

Bayern üblich ist, sollte mit in der Kostenvergleichrechnung berücksichtigt werden. Das würde

zu einer finanziellen Entlastung für den Bürger führen.

Wird der ökologische Aspekt in Rechnung gestellt, stehen die Berechnungsmodelle von OTTO (2000)

zur Entscheidungshilfe zur Verfügung.

Hinsichtlich der grundsätzlichen Fragestellung: „Dezentrale oder zentrale Abwasserbehandlung“ muss

in jedem Einzelfall ein Vergleich der Alternativen eine Aussage zur Wirtschaftlichkeit der gewählten

Lösung herbeiführen. In der Fachliteratur sind zahlreiche Untersuchungen zu finden [MAUER 2004;

ECKSTÄDT 2004; HALBACH 2003; HEISSE 2004; BOLLER 2004; DWA ARBEITSBERICHT „

Empfehlung für Kalkulationsvorschriften in den Kommunalabgabengesetzen der Länder“]. Hier geht es

jedoch hauptsächlich um einen Vergleich, in dem die Kosten das Entscheidungskriterium sind. MAUS

(2004) z. B. gibt für die abwassertechnische Planung grundsätzliche Hinweise zum Kostenvergleich,

die die gesamten Kosten auf der Basis realistischer und seriöser Kostenannahmen betreffen.

Gleichwohl bleiben die Kosten in jedem Fall zu überprüfen.

Grundsätzlich erfolgt die Bewertung anhand einer (dynamischen) Kostenvergleichsrechnung nach

[LAWA 1998]. Hier besteht die Gefahr der Vernachlässigung einiger ökonomischer Aspekte – wie

Zinsen und Abschreibung – und damit nicht die tatsächliche Belastung der Bürger. Weiter gehen


Hausanschlüsse in den Variantenvergleich nicht ein, es ergibt sich für den Bürger eine Verfälschung

der Ergebnisse. Diese Gründe könnten zu einem Widerstand des Nutzers führen.

Als Fazit ist festzustellen, dass die Frage ein zentrales oder dezentrales Abwasserentsorgungskonzept

verfolgt werden sollte, kann somit nicht beantwortet werden. Es bleiben in jedem Einzellfall alle o. g.

objektiven Gegebenheiten für eine langfristige nachhaltige wirtschaftliche Entscheidung zu

berücksichtigen und abzuwägen.


2.2 Rechtliche Grundlagen

2.2.1 Abwasserbeseitigungspflicht

Auf Europa-Ebene

Oberstes Ziel der Europäischen Wasserrahmenrichtlinien WRRL 2000 ist ein nachhaltiger

Gewässerschutz.

Konkret für die Abwasserbeseitigung verlangt die EU-Richtlinie 91-271 EWG, dass spätestens 2005

alle Abwässer von Haushalten in der Europäischen Union biologisch gereinigt werden müssen.

Auf nationaler Ebene

In Deutschland sind die rechtlichen Grundlagen zur Abwasserbeseitigung im Wasserhaushaltsgesetz

(WHG) verankert. Mit der Umsetzung der WRRL in das nationale Recht wurde die kombinierte

Anwendung der Mindestanforderungen an die Abwassereinleitung und der Qualitätsstandard für das

aufzunehmende Gewässer zwingend vorgeschrieben.

Die Abwasserbeseitigungspflicht ist im § 18 a WHG in der Fassung vom 19. August 2002 geregelt. Im

Einzelnen sollen die Punkte enthalten:

• Das Abwasser ist so zu beseitigen, dass das Wohl der Allgemeinheit nicht beeinträchtigt wird. Das

kann mittels Kleinkläranlagen gelöst werden.

• Die Länder regeln, welche Körperschaften des öffentlichen Rechts zur Abwasserbeseitigung

verpflichtet sind.

• Die notwendigen Abwasseranlagen sind entsprechend den Regeln der Technik in angemessenen

Zeiträumen – nach Einzelfällen – zu errichten und zu betreiben oder vorhandene Anlagen zu

sanieren . Voraussetzung ist, dass die Anforderungen an das Einleiten von Abwasser eingehalten

werden.

• Nach § 2 ist für die Einleitung von Abwasser in ein Gewässer eine behördliche Erlaubnis

erforderlich.

Auf der Ebene des Landes Mecklenburg-Vorpommern

Nach § 40 Abs. 1 Landeswassergesetz Mecklenburg-Vorpommern (LWaG M-V) kann die

Abwasserbeseitigungspflicht auf die Gemeinden übertragen werden. Die Abwasserbeseitigung wird

mittels Kleinkläranlagen gelöst, wenn der Aufgabenträger die Anschließung an eine zentrale Kläranlage

aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen verweigert. Demzufolge besteht eine Verpflichtung der

Grundstückseigentümer, ihre Kläranlage bis 31. 12. 2005 an a.a.R. d.T. anzupassen. Nach einem

Erlass des Umweltministeriums Mecklenburg-Vorpommern im März 2004 sind die Wasserbehörden

verpflichtet, nicht ordnungsgemäß bestehende Anlagen innerhalb angemessener Frist zu sanieren

[KLOPPMANN 2004].


Für die Einleitungserlaubnis in ein Gewässer ist ein Antrag vom Einleiter zu stellen. Die Erlaubnis kann

gemäß der Nutzdauer für die beantragte Kleinkläranlage erteilt werden, vorausgesetzt, dass die Anlage

gemäß den a.a.R.d.T bemessen, gebaut und betrieben wird und die Anforderungen der

Abwasserverordnung AbwV von 02. 07. 2002 (s. Tab. 6) (AbwAG) und das Ausführungsgesetz zum

Abwasserabgabengesetz des Landes Mecklenburg-Vorpommern (AbwAG M-V) eingehalten werden.

Eine Zusammstellung der Bestimmungen ist der Tab. 4 zu entnehmen.


Tab. 4: Zusammenfassung der Umsetzung von EU-Richtlinie bis zum Errichten einer Kleinkläranlage

Ebene Ziel Aufgaben Was wird geregelt Was betrifft KKA

Europa [EU Wasserrahmenrichtlinie WRR 2000]

• Schutz aller EU-Gewässer • Erlaubnis für die Einleitung von Stoffen ins Gewässer • Erreichung eines guten Zustandes aller EU-Gewässer • Erreichung eines guten ökologischen Potenzials für veränderte Gewässer • Bewirtschaftung der Gewässer nach Flussgebieten

Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik

Fristen für die Umsetzung der Ziele festlegen

• Spätestens 2005 müssen alle Abwässer von EU-Haushalten biologisch gereinigt werden • Sie bedarf der Umsetzung in nationales Recht

Deutschland [Wasserhaushaltsgesetz WHG 2002]

Schaffung der Rahmenvorgaben für die Umsetzung WRR in Bundesrecht

Schaffung zum Wohl der Allgemeinheit • Dienen jedem Nutzer • Gewährleistung eines hohen Schutzniveaus für die Umwelt

• Erlaubnis für die Einleitung von Stoffen ins Gewässer • Errichten von Abwasserbehand- lungsanlagen

• Mindestanford-erung an die Einleitung von häuslichem Abwasser • Kleinkläranlagen müssen a.a.R.d.T einhalten

Land [Landeswassergesetz LWG]

Konkretisierung der Rahmenvorgaben des Bundes

• Die Gemeinde ist zur Abwasser-beseitigung verpflichtet • Kann aber auf Nutzer übertragen werden

Regelung der Zuständigkeit der Abwasserbeseiti-gungspflicht

• Befreiung vom Anschluss- und Benutzungszwang • Überwachung der Funktion der KKA

Mecklenburg-Vorpommern [Landeswassergesetz LWG M-V]

Weitere Konkretisierung der Rahmenvorgaben des Landes

• Die Gemeinde ist zur Abwasser-beseitigung verpflichtet • Kann aber auf Nutzer übertragen werden

Regelung der Zuständigkeit der Abwasserbeseiti-gungspflicht

• Befreiung vom Anschluss- und Benutzungszwang • Überwachung der Funktion der KKA

Wasserwirtschaftsverwaltung

Oberwasser-behörde(Umwelt-ministerium)

• Fachliche Aufgaben • Erlasse für die Verwaltung

Vorgaben für die Verwaltung

Indirekte Auswirkung durch die untere Wasserbehörde

Untere Wasserbehörde (Landkreis und Landkreis freie Städte)

• Sicherstellen des Vollzuges des Wassergesetzes • Oberirdischen- und Grundwasser Ordnung

Vorgaben für die Bürger

• Zulassung von Kläranlagen • Erteilung Einleitererlaubnis

Bürger Wenn der Bürger die Befreiung vom Anschlusszwang erteilt bekommt, ist er zuständig für die

Abwasserentsorgung bzw. das Errichten von Kleinkläranlagen nach den a.a.R.d.T und dessen

ordnungsgemäßen Betrieb


2.2.2 Rechtliche Anforderungen an Kleinkläranlagen

Eine Kleinkläranlage muss nach aktuellen Maßstäben aus einer mechanischen und einer biologischen

Behandlungsstufe bestehen. Ist eine weitergehende Reinigung aus Gewässerschutzgründen nötig,

kommen weitere Reinigungsstufen als Ergänzung hinzu.

Die mechanische Behandlungsstufe als geregelter Bauproduktbehälter wird durch DIN EN 12566-1

und DIN 4261-1 sowie Bauregelliste A-Teil 1 festgelegt.

Die biologischen Behandlungsstufen der Kleinkläranlage sind nach Bauproduktrecht und der

Landesbauordnung ungeregelte Bauprodukte und bedürfen der allgemeinen bauaufsichtlichen

Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik DIBT in Berlin. In der Hälfte aller Bundesländer

benötigt man zusätzlich die Festlegung der wasserrechtlichen Eignung des Bauproduktes

(WasBauPVO) im Zulassungsverfahren zur allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung. Eine solche

Zulassung beinhaltet die Prüfung der baulichen Voraussetzungen (s. Kap. 2.2.4) auf einem Prüffeld

und auch die Prüfung der wasserrechtlichen Anforderung (s. Tab. 6). Damit wird automatisch die

Vorgabe der Wasserverordnung erfüllt, nach der die Anforderung an die Einleitung als eingehalten gilt

[DORGELOH et al. 2005].

Rechtliche Randbedingung für den Betreiber

In den Ortsteilen, wo aufgrund ungünstiger hydraulischer oder geografischer Bedingungen der

Anschluss an die Kanalisation nur mit unverhältnismäßig hohen Kosten und technischem Aufwand

möglich ist, erteilt die Gemeinde eine dauerhafte oder befristete Befreiung vom Anschlusszwang,

vorausgesetzt das Gemeinwohl erfordert das Grundstück oder die Grundstücksteile [GVOBI. M-V

1992, geändert 2001]. Damit ist der Grundstückseigentümer selbst verantwortlich für seine häusliche

Abwasserbeseitigung. Überdies muss er seine Kleinkläranlagen nach den a.a.R.d.T bauen und

betreiben . Außerdem wird die Selbstüberwachung von ihm verlangt. Darüber hinaus ist eine

Erlaubnis für die Einleitung seines behandelten Abwassers in das Gewässer erforderlich [WHG § 7a].

Das setzt die technische Anforderung an die Reinigung voraus.

Nicht zuletzt muss er Anlagen und Einrichtungen zugänglich machen, Auskünfte erteilen, Arbeitskräfte,

Unterlagen und Werkzeuge zur Verfügung stellen und technische Ermittlung und Prüfung ermöglichen

[WHG §21]. Allerdings bleibt die Entsorgung des Schlammes und der Inhalt der abflusslosen Gruben

die Gemeindepflicht. In Tab. 5 sind die Ablaufschritte nach UAN (2004) zusammengestellt:

Tab. 5: Bauphasen einer Kleinkläranlage und deren Zuständigkeit [UAN 2004, geändert] Ablaufschritte Zuständigkeit

1) Antrag zum Bau einer Kleinkläranlage Betreiber 2) Stellungsaufnahme der Gemeinde Gemeinde 3) Erteilung der wasserrechtlichen Erlaubnis Untere Wasserbehörde 4) Bau der Kleinkläranlage Betreiber 5) Abschluss eines Wartungsvertrages Betreiber / Wartungsfirma 6) Abnahme der Anlage Untere Wasserbehörde 7) Datenaustausch zwischen untere Wasserbehörde und Gemeinde Untere Wasserbehörde 8) Betriebsphase Betreiber


2.2.3 Abwasserverordnung für Kleinkläranlagen

Die Abwasserverordnung setzt die Indikatorparameter fest, die die Anforderungen an das Einleiten von

Abwasser in ein Gewässer verlangt. Diese Indikatorparameter sind mit der Neufassung vom

23 .10 .2002 entsprechend den Mindestanforderungen für Kläranlagen Größenklasse 1 eingestuft

worden.

Tab. 6: Anforderungen an die Einleitung von Abwasser aus Kleinkläranlagen [AbwV 2002]

Mindestanforderung CSB BSB 5 AFS*) NH4-N Nanorg

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

GK 1 bis 60 kg BSB5 (roh) < 1.000 E 150 40 75 - -

Weitergehende Anforderungen bei 12°C *) 90 20 50 10 25

Mit Membranverfahren erreichbar 100 Coliforme/100ml**)

*) GRUNDSATZBESCHLUSS SACHVERSTÄNDIGENAUSSCHUSS „KLÄRTECHNIK“ 2000 **) IN DISKUSSION

Weitere Grundlage in Mecklenburg-Vorpommern bildet das Abwasserabgabengesetz.

Besitzt die Kleinkläranlage eine bauaufsichtliche Zulassung von DIBT, eine europäische technische

Zulassung DIN EN 12566-3 für Bauprodukte oder eine Zulassung nach Landesrecht, gelten die

Anforderungen ohne behördliche Überwachung. Andernfalls ist eine behördliche Überwachung

gefordert (s. 2.2.4.3) [HEISE 2003].

2.2.4 Technisches Regelwerk für Kleinkläranlagen

• DIN 4261/ Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung

Die DIN 4261 beschreibt die allgemein anerkannten Regeln der Technik für die Bemessung

verschiedener Kleinkläranlagen, ebenso die 12-monatige praktische Prüfung vor Ort. Außerdem

regelt die DIN in der Prüfung zum einen die Belastung und zum anderen die zu erreichenden

Ablaufwerte. Ferner regelt das DIBt in seiner Zulassung Ergänzungen zu den Normen und

sichert damit die Leistungsfähigkeit der Anlage sowie Betrieb und Wartung. Die DIN- Norm und

die bauaufsichtliche Zulassung schreiben vor, wie die Kleinkläranlagen nach der Zulassung

betrieben und gewartet werden müssen, was seit 2005 durch die Prüfung auf einem Testfeld

ersetzt worden ist. Das ist bei der Festsetzung der Abwasserabgaben entsprechend zu

berücksichtigen [MAINS 2003]. Weitere Informationen sind für die Qualitätssicherung bei der

Montage, dem Betrieb insbesondere der Wartung und der Überwachung notwendig, so dass

die folgenden Unterlagen individuell für jede Anlage vom Hersteller bereitgestellt werden

müssen [DORGOLOH et al. 2005]:

I. Montage-, Anschlussanleitung

II. Inbetriebnahmeanleitung

III. Betriebsanleitung für die Durchführung der Betriebspflichten

IV. Betriebshandbuch


V. Entschlammungsanleitung

VI. Wartungsanleitung

• DIN EN 12566-3/ Bauproduktrichtlinie

Nach der neuen Rechtslage fallen Kleinkläranlagen unter die Bauproduktrichtlinie, in denen die

spezifischen Größen wie Konstruktion, Wasserdichtigkeit, Erdlasten, hydraulische Lasten,

Verkehrslasten festgelegt sind. Die Reinigungsleistung der Anlagen ist darin nicht enthalten.

Allerdings ist unter dem Punkt 6.3 festgelegt, dass die Reinigungsleistung nachgewiesen

werden muss. Im Anhang 1 ist das Verfahren der Prüfung detailliert dargestellt.

• Wasserbauproduktverordnung

Nach WasBauPVO ist der praktische Betrieb vor Ort unter Praxisbedingungen nachzuweisen.

Diese Prüfung vor Ort ist ersetzt worden durch die Prüfung auf einem Testfeld. Auf dem

Testfeld werden originale Anlagen unter definierten Bedingungen (s. Anhang 1) in

38+x Wochen simuliert [SCHÜRMANN & DORGELOH 2000].

Des Weiteren gelten für serien- und werksmäßig hergestellte Kleinkläranlagen oder

Kleinkläranlagenteile die Regeln des Bauproduktgesetzes und die Landesbauordnung.

• Anlagen ohne bauaufsichtliche Zulassung

Für alle anderen Anlagen regelt ein Bescheid der Wasserbehörde entsprechende

Anforderungen an Betrieb, Wartung und Eigenkontrolle im Wasserrecht. Dafür gelten auch die

Zulassungen nach Landesrecht. Für die Vereinfachung und Einheitlichkeit sind die

Empfehlungen für den Betrieb und die Wartung in den DWA Arbeitsblättern- sowohl A 201 für

die Bemessung, Bau und Betrieb von Abwasserteichen für kommunales Abwasser, als auch

A 262 für Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenbeeten für kommunales Abwasser 2003

erarbeitet worden.

Diese Anforderungen sind in Tab.: 7 zusammengefasst worden.

Tab.: 7: Technische Anforderungen an Kleinkläranlagen

Norm Nr. Bereich

Europäische EN 12566-1 Werksmäßig hergestellte Faulgruben Sept.2000 EN 12566-2 Versickerungssysteme, Infiltrationsanlagen 2001 EN 12566-3 Vorgefertigte und/oder vor Ort montierte Kleinkläranlagen 2003 EN 12566-4 Vor Ort montierte Faulgruben EN 12566-5 Filtrationssysteme inklusiv Sandfilter Deutsche DIN 4261-1 Anlagen zur Abwasserbehandlung 2002 DIN 4261-2 Anlagen mit Abwasserbelüftung, Anwendung, Bemessung,

Ausführung und Prüfung 1984 DIN 4261-3 Anlagen ohne Abwasserbelüftung, Betrieb und Wartung 1990 DIN 4261-101 Anlagen ohne Abwasserbelüftung, Grundsätze zur werksseitigen

Produktionskontrolle und Fremdüberwachung 1998 DIN 4261-4 Anlagen mit Abwasserbelüftung, Betrieb und Wartung 1984 DWA-Arbeitsblätter

DWA A 200 Grundsätze für die Abwasserentsorgung in ländlich strukturierten Gebieten 1997

DWA A 123 Behandlung und Beseitigung von Schlamm aus Kleinkläranlagen DWA A 201 Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Abwasserteichen

für kommunales Abwasser 1989 DWA A 262 Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenbeeten für

kommunales Abwasser 2003


2.2.4.1 Betrieb und Wartung

In der neu erschienenen DIN 4261–Teil 1 ist festgelegt, dass Kleinkläranlagen nur durch Fachkundige

gewartet werden können. Allerdings ist die Fachkunde nicht deutlich definiert worden. Von daher

existieren mehrere Überwachungsmodelle in den unterschiedlichen Bundesländern [FLASCHE 2002;

MAINS 2003]. In Mecklenburg-Vorpommern ist so u. a. das DWA-Zertifikat geregelt. Ein Fachkundiger

belegt mehrere Kurse und Praktika mit einer anschließenden Prüfung. Voraussetzung dafür ist eine

entsprechende Lehre.

Der Eigentümer ist für den Betrieb seiner Kleinkläranlage zuständig. Das umfasst die Inspektion,

Instandhaltung und die Wartung. Maßgebliche Anforderungen sind in den Regelungen der

DIN 4261 Teil 1, DIN EN 12566 sowie in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung, gegebenenfalls

in den speziellen Ländervorschriften und in den Richtlinien der DWA sowie auch in der

Einleitungserlaubnis der Wasserbehörde enthalten. Da eine ordnungsgemäße Durchführung für den

Betrieb die Motivation des Betriebes sein sollte, muss dieser durch den Hersteller der Kleinkläranlage

für die Inbetriebnahme, den Betrieb inklusive der Durchführung der Schlammentsorgung und der

Eigenkontrolle eingewiesen werden [DORGLOH et al. 2005]. Außerdem ist es notwendig, dass eine

Checkliste in der Betriebsanleitung enthalten ist, sowie die Führung eines Betriebstagebuches. Das ist

auch von BOLLER (2004) und (2005) bestätigt worden.

Sämtliche Zuständigkeiten für Betrieb und Wartung sind in Tab. 8 zusammengefasst.

Tab. 8: Zuständigkeit für Betrieb und Wartung von Kleinkläranlagen [UAN 2004]

Tätigkeit Eigenkontrolle Wartung Instandhaltung Schlammabfuhr

Verantwortlichkeit Betreiber Betreiber Betreiber Gemeinde

Umsetzung Betreiber Fachpersonal Fachpersonal Gemeinde Übe

rwac

hung

Unt

ere

Was

serb

ehör

de

2.2.4.2 Schlammabfuhr

Die Abwasserbeseitigungspflichtigen sind in Mecklenburg-Vorpommern für die ordnungsmäßige

Schlammabfuhr zuständig. Eine ordnungsgemäße Schlammabfuhr umfasst die bedarfsgerechte

Schlammentsorgung sowie eine ausreichende Feststoffrückhaltung in der Vorklärung für die

biologische Behandlungsstufe. Voraussetzung dafür ist die richtige Bemessung und der ordentliche

Betrieb. Dabei wird die bedarfsgerechte Schlammentsorgung durch die Messung der

Schlammspiegelhöhen bei der Wartung veranlasst. Die DIN 4261-1 regelt die Schlammentsorgung. Sie

schreibt für Einkammerabsetzgruben eine Entleerung nach Feststellung einer 70 %igen Füllung des

Nutzvolumens mit Schlamm und einer 50 %igen Füllung des Nutzvolumens mit Schlamm bei

Mehrkammerabsetzgruben vor. Gleichwohl verlangt sie eine Entschlammung für

Mehrkammerausfaulgruben bei 50 %iger Füllung des Nutzvolumens mit Schlamm.

Nachzulesen in [FLASCHE 2002; UAN 2004]. DORGLOH et al. (2005) geben folgende gründlichen

Empfehlungen:


- Die Schwimmschlammdecke sowie der Grundbodenschlamm sind zu entfernen.

- Nach heutigem Stand der Technik wird bei der Entnahme stets ein Schlamm-Wasser-

Gemisch abgezogen.

- Ein vermischter Restschlamm von ca. 30 cm sollte in der ersten Kammer als Impfschlamm

verbleiben.

- Schwimmschlamm ist als Impfschlamm ungeeignet.

- Die Grube ist sofort mit Wasser zu füllen.

- Ein Entsorgungsprotokoll ist zu erstellen und vom Betreiber zu kontrollieren.

- Die Schlammentsorgung muss von Fachkundigen durchgeführt werden, die über die

erforderliche technische Ausrüstung verfügen.

Zahlreiche Untersuchungen von Kleinkläranlagen in Niedersachsen zum tatsächlichen Bedarf an

Schlammentsorgung in der Praxis haben zu neuen Empfehlungen für die Praxis geführt (s. Tab. 9).

Hier wird die Abfuhr nach Verfahren und das Wasser-Schlamm-Verhältnis geregelt, wodurch sie sich

von der DIN unterscheidet.

Tab. 9: Maximal zulässiges Schlamm-Wasser-Verhältnis [NEEMANN 2002]

Einwohnerspezifisches Vorklärvolumen [m³/E] Biolog. Behandlungsverfahren

>1,5 < 1,5 – 0,75 < 0,75 – 0,5 < 0,5

Füllstand Schlamm/Wasser

Bodenbehandlungsanlagen 50/50 30/70

Tropfkörper 50/50 30/70

Festbettanlagen 60/40

SBR-Anlagen 70/30

DIN 4261-1 (2002) 50/50 70/30

Auffällig ist die häufige Notwendigkeit der Schlammabfuhr bei Tropfkörperanlagen.

Insgesamt ist eine Abfuhr verfahrensneutral spätestens einmal alle 5 Jahre erforderlich.

2.2.4.3 Behördliche Überwachung

Neben dem Betreiber ist die Behörde für die Überwachung zuständig. In Mecklenburg-Vorpommern ist

die untere Wasserbehörde für die gesamte Verwaltung und auch für die Überwachung der Einhaltung

der Anforderungen verantwortlich. Das ist in Mecklenburg-Vorpommern durch zwei Körperschaften

(Landkreis und Landkreis freie Städte) geregelt. Die Überwachung ist für die Erteilung der

wasserrechtlichen Erlaubnis zur Einleitung in Gewässer wichtig (s.Tab. 4). Es ist für die Anpassung der

Kleinkläranlagen an die a.a.R.d.T und die Abnahme der neugebauten oder ertüchtigten

Kleinkläranlagen zu sorgen. Ferner umfasst sie die Überwachung einer bestimmten Anzahl von

Kleinkläranlagen im Jahr (Stichproben). Nicht zuletzt wird die Einleitung mit mindestens einmaliger

Probennahme im Jahr bei Kleinkläranlagen ohne bauaufsichtliche Zulassung überwacht.


Im Falle bestehender Mängel ist der Bürger verpflichtet, diese zu beheben und alle entstehenden

Kosten zu tragen.

Angesichts der zurzeit großen Anzahl der Anlagen stellt MAINS (2003) fest, dass zurzeit keine

effiziente behördliche Überwachung in den meisten Bundesländern existiert. Die Überwachung kann

aber auch auf einen Dritten übertragen werden und damit sogar eine effektvolle Alternative zur Pflicht

des Abschlusses eines Wartungsvertrages sein. In einem begrenzten Gebiet kann eine Fachfirma

regelmäßig alle betroffenen Kleinkläranlagen kontrollieren und Maßnahmen zur Wiederherstellung bzw.

Erhaltung der Funktionsfähigkeit anordnen. Dieses Modell ist erfolgreich in Bayern eingeführt worden.

Es bringt durch Entfallen des Wartungsbeitrages nebenbei eine finanzielle Entlastung der Betroffenen.

Zurzeit wird auch in Niedersachsen ein Modell entwickelt und in Sachsen ein Modell diskutiert.

2.3 Verfahren der Abwasserbehandlung in Kleinkläran lagen

2.3.1 Einführung

Heute besteht eine ordnungsgemäße Kleinkläranlage aus einer mechanischen Vorreinigung, einer

aeroben biologischen Behandlungsstufe und einer Nachklärung.

Ähnlich wie bei zentralen Abwasserreinigungsverfahren ist auch bei KKA eine Vielfalt von

Verfahrenstechniken verbreitet, die die Entwicklungen im zentralen Bereich widerspiegeln.

Für die mechanische Vorreinigung werden in der Regel Einkammer- oder Mehrkammerabsetz- sowie

Mehrkammerausfaulgruben verwendet. Darüber hinaus kommen Absetzteiche oder Rottebehälter in

Frage. Die Funktion der mechanischen Behandlungsstufe besteht in der Rückhaltung von ungelösten

organischen und anorganischen Substanzen des Abwassers. Der anfallende Schlamm wird zusammen

mit dem aus der biologischen Reinigungsstufe eingeleiteten Überschussschlamm bis zur Abholung und

Entsorgung als Fäkalschlamm zwischengespeichert. Ein guter Feststoffrückhalt ist wichtig für die

nachgeschaltete biologische Behandlungsstufe und lange Betriebsstabilität der Kleinkläranlagen.

Für die biologische Abwasserbehandlungsstufe steht heute erprobte Klärtechnik zur Verfügung.

Die vorhandenen Verfahrensvarianten der biologischen Abwasserreinigung können im Wesentlichen

nach den folgenden zwei Kriterien untergliedert werden:

• Suspendierte bzw. sessile Biomasse

• Naturnahe oder technische Gestaltung

Bei den Anlagen mit suspendierter Biomasse handelt es sich um Anlagen, in denen Biomasse im

Abwasser schwimmt wie z. B. bei SBR-Anlagen und Belebtschlammverfahren, deshalb ist der

Schlammgehalt von zentraler Bedeutung. Im Gegensatz dazu siedelt sich die sessile Biomasse auf

Trägermaterial wie Tropfkörper, belüftetes Festbett, Scheibentauchkörper und Pflanzenkläranlage an.

Hier ist der Einbau ein essenzielles Thema.

Das folgende Bild gibt einen Überblick über die verschiedenen Verfahrensvarianten der biologischen

Abwasserreinigung nach den zwei oben genannten Kriterien.


Naturnahe Verfahren Technische Verfahren

und Kombinationsverfahren

und Kombinationsverfahren

Sessile Biomasse suspendierte Biomasse Abbildung 4: Überblick über verschiedene Verfahrensvarianten der biologischen Abwasserreinigung [nach SCHÜRMANN 2003, geändert]

Anfänglich dominierten bei den technischen Verfahren die Tropfkörperanlagen. Zunächst haben sich

die getauchten Festbettanlagen allmählich durchgesetzt, gefolgt von Tauchkörperanlagen, bis seit

Anfang 2000 die Aufstaubecken dauerhaft die erste Position beherrschten. Laut SCHÜRMANN (2003)

machen Aufstaubecken sogar rund 80 % der heutigen gekauften Kleinkläranlagen aus.

Membrankläranlagen sowie Wirbelbettverfahren haben noch wenig Bedeutung im Bereich der

Kleinkläranlagen. Das klassische Belebtschlammverfahren wurde in den letzten zwei Jahrzehnten fast

komplett von den Varianten getauchtes Festbett und Aufstaubecken verdrängt [PFEIFFER 2003].

Die naturnahen Verfahren gewannen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Dabei kommen

vertikale Pflanzenkläranlagen am meisten zum Einsatz. Dagegen haben sich Abwasserteiche für

Kleinkläranlagen nicht bewährt.

OTTO (2000) hat eine Unterscheidung in Bodenbehandlungsanlagen, Abwasserteichanlagen, Anlagen

mit Abwasserbelüftung und Kombinationsverfahren vorgenommen.

Für eine detaillierte Beschreibung von Funktion und Aufbau der verschiedenen Kleinkläranlagen bzw.

Verfahrenstypen hat sich die Literatur von [KUNST et al. 1998; OTTO 2000 ; FINKE 2001; BOLLER

2003; PFEIFFER 2003; FLASCHE 2003] gut bewährt.

Nach der biologischen Stufe wird das behandelte Wasser in ein Gewässer eingeleitet, auch mittels

Sickergraben, -mulde oder –grube.

Tropfkörperr Rotationstauchkörper

Tauchkörper Belebungsbecken

Membranbelebung Aufstaubecken/SBR

Wirbelbett

Bodenfilterkörper

Filterkammer

Filtergraben

Pflanzenbeet

Abwasserteiche


2.3.2 Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Kleinklä ranlagentypen

In den letzten 5 Jahren hat die Fachwelt sich mit dem Thema Kleinkläranlagen intensiver beschäftigt.

Untersuchungen zum Leistungsvermögen von Kleinkläranlagen wurden in Anbetracht des hohen

Emissionspotenzials durchgeführt.

Eine sehr umfangreiche Analyse der Literaturangaben zum Reinigungspotenzial erstellte FLASCHE

(2002). FLASCHE bietet eine differenzierte Betrachtung von Analyseergebnissen in Abhängigkeit von

ihren Forschungsgruppen. Es erfolgt eine Einteilung in:

• Datenauswertung anhand von Literaturangaben,

• Datenauswertung von Ergebnissen aus der einjährigen Prüfung zur Erteilung der bauaufsichtlichen

Zulassung sowie

• eine Auswertung von Daten aus der Überwachungspraxis.

Bei der Auswertung der Literatur durch FLASCHE (2002) wurde auf die Untersuchungsergebnisse von

[SCHÜTTE 1991, 2000; KUNST et al. 1998; GENNES et al. 2000; EBERS & BISCHOFSBERGER

1992; LOHSE 1999: HANSEN 1995; STÖLTING 1998; RICHARDS 1998; NEUMANN 1990;

HOHEISEL 2000] sowie [SCHMARGER 2000; HEINE 2000] zurückgegriffen.

In der Abbildung 5 wird die Variationsbreite der CSB-Mittelwerte aus der benannten Literatur

abgebildet.

Deutlich ist die weite Spanne zwischen minimalem und maximalem Mittelwert der CSB-

Ablaufkonzentration sichtbar. Die Ursachen dafür unterteilen sich hauptsächlich in folgende Kategorien:

Spezielle Randbedingungen, Datenumfang und Datenaufbereitung.

Abbildung 5: Variationsbreite der mittleren CSB- Ablaufkonzentration anhand von Literaturangaben [nach FLASCHE 2002]

Die gleiche Darstellungsvariante wurde für die mittleren Ablaufwerte des BSB5, Ammonium, Nitrat und

Phosphat genutzt, auch hier zeigen sich breite Spannen bezüglich der Ablaufkonzentration.

Die Ergebnisse des Literaturvergleiches hinsichtlich der Leistungsfähigkeit von Kleinkläranlagen

wurden durch FLASCHE (2002) wie folgt zusammengestellt:


Abbau der organischen Belastung:

- Leistungspotenzial ermittelt anhand der minimalen Mittelwerte*

min. MW ≤ 70 mg/l CSB und ≤ 10 mg/l BSB5

min. MW ≤ 70 mg/l CSB oder ≤ 10 mg/l BSB5

min. MW > 70mg/l CSB und > 10 mg/l BSB5

Filtergräben Vertikalfilter

Festbettanlagen Belebungsanlagen

Abwasserteiche Rotationstauchkörper

Filterkörper

Tropfkörper Horizontalfilter

- unzureichende Leistungen ermittelt anhand der maximalen Mittelwerte*

Max. MW > 150 mg/l CSB und > 40mg/l BSB5

max. MW > 150 mg/l CSB oder > 40mg/l BSB5

Filtergraben Horizontalfilter Festbettanlage

- große Bandbreite der Leistungsfähigkeit ermittelt anhand der Differenz zwischen minimalem und

maximalem Mittelwert

Differenz max. MW – min. MW > 150 mg/l CSB und > 20mg/l BSB5

Differenz max. MW – min. MW > 150 mg/l CSB oder > 20mg/l BSB5

Filtergraben Festbettanlagen

Horizontalfilter Belebungsanlagen

* Der minimale bzw maximale Mittelwert entspricht dem niedrigsten bzw. dem höchsten gemessenen Mittelwert bei den verschiedenen Verfahren

N-Umsetzungen:

- Höchstes Nitrifikationspotenzial haben die Vertikalfilter und in Abhängigkeit von der Bauweise auch

die Filtergräben.

- Niedrigstes Nitrifikationspotenzial besitzen die Horizontalfilter, dabei wurde berücksichtigt, dass die

technischen Anlagen nicht für eine Nitrifikation bemessen worden sind.

P-Rückhalt:

- Naturnahe Verfahren besitzen ein höheres P-Rückhaltspotenzial als Kleinkläranlagen mit

Abwasserbelüftung nach DIN 4261 Teil 2.

Der zweite Teil der Datenauswertung durch FLASCHE (2002) beruht auf Ergebnissen aus der

einjährigen Prüfung zur Erteilung der bauaufsichtlichen Zulassung in den Jahren 1999 - 2000.

Entgegen der vorherigen Datengrundlage ist auf einen optimalen Betrieb und eine exakt durchgeführte

Wartung während der Überprüfung der Anlage zu schließen.

Deswegen können die Ergebnisse dieser Untersuchungen bei entsprechender Auslastung durchaus

auf ein Leistungsmaximum der Anlage hinweisen.

Grundlage für diese Auswertung bildeten die Prüfberichte von [LÜTZNER et al. 2001; ROSENWINKEL

et al. 2001; OTTERPOHL et al. 2000; SCHWERDTFEGER & MÜLLER 1999; DOHMANN &

SCHÜRMANN 2000a; LÜTZNER et al. 2000; DOHMANN & SCHÜRMANN 2000b; DOHMANN &

SCHÜRMANN 1999; ROSENWINKEL & WEICHGREBE 2001; SEKOULOV & OLDENBURG 1996]

sowie [GRUBER- STADLER 2000].


Da alle Anlagen sich an der DIN 4261 Teil 2 orientieren, ist eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse

gegeben. Die dennoch besonderen Randbedingungen fasst FLASCHE (2002) wie folgt zusammen:

- unterschiedliche Anforderungsniveaus bezüglich der abzubauenden

Abwasserinhaltsstoffe

- unterschiedliche Zulaufzusammensetzungen

- unterschiedliche Auslastung

Ein wesentlicher Unterschied zwischen den Ergebnissen der Literatur und den Ergebnissen der

Prüfung besteht in der Probennahme . Während die Daten der Literatur im Wesentlichen auf einer

Analyse von Stichproben beruhen, wurde bei der Zulassungsprüfung auf die Variante der 24-Stunden-

Mischprobe zurückgegriffen. Hierbei sind erfahrungsgemäß zum Teil erhebliche Unterschiede

hinsichtlich der Stoffkonzentrationen zu erwarten.

FLASCHE (2002) fasste die Resultate der Prüfberichtsanalyse analog Tab. 10 zusammen.

Tab. 10: Mittel-, Median und 60 %- Perzentilwerte der CSB-, BSB5- und NH4-N-Ablaufwerte in Abhängigkeit der Verfahren (nach FLASCHE 2002)

CSB BSB5 NH4-N

Mitt

elw

ert

Med

ian

60 %

P

erze

ntil

Anz

ahl

Mitt

elw

ert

Med

ian

60 %

P

erze

ntil

Anz

ahl

Mitt

elw

ert

Med

ian

60 %

P

erze

ntil

Anz

ahl

SBR 43,8 46 50,2 15 4,3 3,0 3,0 15 2,8 0,5 0,9 9 FB 69,8 71,5 81,0 10 8,6 6,0 6,4 10 10,5 9,8 11,5 5 SB 64,2 61,0 64,2 5 7,2 7,1 7,5 5 10,8 10,5 3 KA 93,2 83,0 93,8 5 7,4 7,0 8,1 5 2,4 2,3 3 MA 41,2 44,0 46,4 5 2,7 2,5 2,6 5 3,9 0,7 3 TK 69,6 64,0 71,2 5 6,7 5,0 5,8 5 9,1 10,0 3 FA 54,9 53,0 53,0 14 4,4 3,0 3,1 14 6,5 6,5 4

(FB = Festbett; SB = Schwebebett; KA = Kombinationsanlage; MA = Membrananlage; TK = Tropfkörper; FA = Filteranlage)

Die ermittelten Werte lassen sich nach FLASCHE (2002) wie folgt zusammenfassen:

1. CSB-und BSB5-Ablaufkonzentrationen

- Alle Anlagen unterschreiten 15 mg/l BSB5 im Ablauf in den 24-h- Mischproben mit drei

Ausnahmen, die unter besonderen Randbedingungen zustande kamen.

- Besonders leistungsfähig sind die SBR-, die Membran- sowie die Tropfkörperanlage mit einem

maximalen Ablaufwert > 5 mg BSB5/l und einem CSB > 50 mg/l.

2. NH4-N-Konzentration

- Besonders geringe NH4-N-Ablaufwerte haben die SBR-Anlage sowie die Kombinationsanlage

Im Mittelwert der frachtspezifischen Auslastung lagen die bewerteten Anlagen bei 61 % bezogen auf

eine Fracht von 40 g BSB5 /E·d. Somit ist eine Abschätzung der maximalen Abbauleistung einer

Anlage stark eingeschränkt und sollte zu einer differenzierten Bewertung der Ergebnisse führen.

FLASCHE (2002) vornahm eine Gegenüberstellung von Auslastung bzw. Belastung und

Ablaufkonzentration (BSB5) und kam zu dem Ergebnis, dass kein Zusammenhang zwischen diesen


beiden Größen zu erkennen ist. FLASCHE (2000) ist der Meinung, dass dieser Einfluss von anderen

Randbedingungen überlagert wird.

Die Anzahl der geprüften Anlagen wurde mit Hilfe von Daten der Prüfberichte des Instituts für Energie-

und Umwelttechnik und des Instituts für Umweltingenieurwesen der Universität Rostock ergänzt. Die

zusammengefassten Daten der untersuchten Anlagen kamen den Ergebnissen von FLASCHE (2002)

gleich und führten zu dem Schluss, dass die beprobten SBR-Anlagen die niedrigsten Ablaufwerte

bezüglich CSB-und BSB5-Konzentration erreicht haben. In Tab. 11 sind alle bislang durch diese

Institute überprüften Anlagen und die dazugehörigen Ablaufwerte dargestellt.

Tab. 11: Mittelwerte und 85 %-Werte der Unterschreitungshäufigkeit aus der bauaufsichtlichen

Zulassung geprüfter Kleinkläranlagenverfahren [nach BARJENBRUCH & AL JIROUDI 2003]

CSB [mg/l] BSB5[mg/l] Anlagentyp EW Anzahl

Messwerte Mittelwert 85 %

Fraktile Anzahl

Messwerte Mittelwert 85 % Fraktile

TK mit Lava 8 15 145 102 14 36 53 Tropfkörper 5 6 108 139 6 17 26 Rotationstauchkörper 20 8 86 111 8 12 16 Rotationstauchkörper 8 15 105 122 15 14 19 belüftetes Festbett 8 20 90 131 20 11 22 SBR- Anlage 4 25 59 79 25 8 12 SBR- Anlage 6 25 86 153 25 7 11

Unter Praxisdaten wurden die im Rahmen von Wartung und Überwachung ermittelten

Ablaufkonzentrationen von CSB, BSB5 und NH4- N ausgewertet FLASCHE (2002). Die

Datengrundlage der Arbeit von FLASCHE wurde von 3 Wartungsfirmen sowie einer

Überwachungsbehörde geliefert. Zu den besonderen Bedingungen bzw. Details der Auswertung sei auf

die entsprechende Literatur verwiesen.

Zusammenfassend sollen die mittleren CSB-Ablaufkonzentrationen in Abhängigkeit vom

Kleinkläranlagenverfahren herausgestellt werden (s.Tab. 12).

Der Gesamtmittelwert des CSB setzt sich dabei aus den einzelnen Mittelwerten der unterschiedlichen

Untersuchungsbehörden zusammen und lässt deswegen auch keine Aussagen über mögliche

Abhängigkeiten der Abbauleistung , zum Beispiel von der Wartungsqualität, zu. Prinzipiell lassen

sich dennoch nur Abschätzungen bezüglich der Reinigungskapazitäten treffen.

Die BSB5-Ablaufkonzentrationen wurden im Auftrag der Überwachungsbehörde des Landkreises

Ravensburg von HOHEISEL (2000) ermittelt und werden in Verbindung mit dem Anlagentyp ebenfalls

in Tab. 12 dargestellt.


Tab. 12: Mittelwerte des CSB- und BSB5-Wertes, ermittelt aus Überwachungsdaten in Abhängigkeit

vom Anlagentyp (zusammengefasst aus [FLASCHE 2002 ; HOHEISEL 2000])

CSB [mg/l] BSB5[mg/l]

Anlagentyp Anzahl Messwerte Mittelwert

Anteil Messwerte ≤

150 mg/l CSB in % aller

Messwerte

Anzahl Messwerte Mittelwert

Anteil Messwerte ≤ 40mg/l BSB5

in % aller Messwerte

Abwasserteich 75 101 83 77 29 78 Festbett 433 115 74 55 33 78 Filtergraben 56 87 88 106 42 77 Filterschacht 278 63 97 Pflanzenbett 202 57 94 141 9 97 Rotationstauchkörper 75 104 79 39 13 92 Tropfkörper 314 96 84 461 22 87 SBR- Anlage 75 64 100 Belebungsanlage 15 65 92 115 17 94

Im Mittelwert sind alle Anlagen in der Lage, die Grenzwerte von 150 mg/l CSB bzw. 40 mg /l BSB5

(außer Filtergraben) einzuhalten. Betrachtet man den Anteil aller Messwerte, die unterhalb des

Grenzwertes liegen, so sind jedoch relativ hohe Unterschiede zu erkennen. Teilweise werden diese

aber durch die Berücksichtigung der Messwertanzahl relativiert.

Besonders gut schneiden bei der Bewertung der Tab. 12 die SBR- Anlagen, Filterschächte (nur CSB),

Pflanzenbetten und Belebungsanlagen ab. Relativ deutlich ist das schlechte Abschneiden der

Festbettanlagen, die sowohl die höchste CSB als auch eine der höchsten BSB5-Konzentration im

Mittelwert aufweisen.

Für den Vergleich der Verfahrensvarianten mit DIBT-bauaufsichtlicher Zulassung Belebungsanlagen

sowie Tropfkörper- und Tauchkörperanlagen hat sich die im gleichen Institut entstandene Studienarbeit

von LIPPERT & ROSENWINKEL (2001) bewährt, in dem der Vergleich unter folgenden Blickwinkeln

durchgeführt wurde:

• Reinigungsleistung: Hier wurden Belebungsanlagen, Tropfkörper sowie Tauchkörper nach der

Bemessung sowie auch nach dem Betrieb verglichen und anschließend eine Übersicht der Anbieter

präsentiert.

• Kostenermittlung: In der Literatur ist ein ermittelter Schlammanfall von 150 l/(E.a) als Mittelwert

angegeben. LIPPERT & ROSENWINKEL (2001) vertreten die Meinung, dass praktisch keine

Unterschiede der Schlammanfallmengen bei den Verfahrenstypen existieren, da der gesamte Inhalt

der ersten Vorklärkammer abgefahren wird. Zusätzlich wurde der Stromverbrauch – jedoch aber nur

im Tropfkörper –ermittelt und letztendlich die Betriebskosten (Energie-Wartung-Fäkalentsorgung—

Überwachung) beurteilt.

• Abwasserkosten: Darunter sind Investitionskosten sowie Montage- und Installationskosten sowie

auch Kapitalkosten und spezifische Kosten zusammengestellt.

Zusätzlich zu den schon erwähnten Angaben von HOHEISEL (2000) bei FLASCHE (2002) und

LIPPERT & ROSENWINKEL (2001) ist HOHEISEL (2000) der Meinung, dass die Betreiber mit der


Technik in der Praxis nur schlecht zurecht kamen. Dies ergab die Auswertung von

1200 Überwachungswerten von 256 Kleinkläranlagen. HOHEISEL (2000) kommt zu der

Schlussfolgerung, dass nur mit konsequentem Vorgehen der Behörden gegenüber Missständen die

Kluft zwischen möglicher und praktischer Klärleistung abgebaut wurde. Außerdem führt HOHEISEL

(2000) aus, dass die monatlichen Überwachungen oft Grenzüberschreitungen im Dauerbetrieb zeigen

und fordert damit mehr Intensität bei der Beprobung. Weiterhin entwickelte er anhand der Auswertung

für Vor- und Nachteile der Systeme die Theorie, dass Pflanzenkläranlagen, Scheibentauchkörper

Tropfkörper- und Kleinbelebungsanlagen für Kleinkläranlagen geeignete Dauerlösungen sind.

FEHR et al. (2003) haben in dem Arbeitsbericht für bewachsene Boden-Filter festgestellt, dass

Kolmation durch ungünstige Strömungsverhältnisse bzw. Überlastung der Vorklärung begünstigt wird.

Das führt zu dem Resultat, dass ein Vergleich nicht möglich ist, ohne diese Kriterien mit zu

berücksichtigen.

Eine weitere sehr umfangreiche Untersuchung von Kleinkläranlagen wurde von MÜLLER (1991) von

der Hessischen Landesanstalt für Umwelt im Auftrag des hessischen Umweltministers durchgeführt.

Durch MÜLLER (1991) erfolgte eine Einteilung der überprüften Anlagen hinsichtlich ihres Aufbaus in

Typenklassen.

- Belebungsanlagen mit vorgeschalteter mech. Stufe Typ A

- Belebungsanlagen mit integrierter mech. Stufe Typ B

- Tropfkörperanlagen mit vorgeschalteter mech. Stufe Typ C

- Kombinationsanlagen aus vorgeschalteter mech. Stufe,

Belebung und nachgeschaltetem Teich Typ D

- Kombination aus Belebung mit integrierter mech. Reinigung

und nachgeschalteter Pflanzenanlage Typ E

- Pflanzenanlagen mit vorgeschalteter mech. Reinigung Typ F

Eine Übersichtstabelle mit der zum Reinigungsverfahren gehörigen Auslastung sowie Nutzung befindet

sich im Anhang 2.

Die Probenentnahme erfolgte als qualifizierte Stichprobe und im Einzelfall auch 24 h-Mischprobe.

In Tab. 13 sind zusammenfassend die Ergebnisse der Ablaufuntersuchungen dargestellt.


Tab. 13: Anlagenbezogene Reinigungsergebnisse der untersuchten Anlagen von [MÜLLER 1991]

CSB BSB5 NH4-N Mängel

Anlagentyp Anzahl Messwerte

Mittelwert CSB [mg/l]

Anzahl Messwerte

Mittelwert BSB5 [mg/l]

Anzahl Messwerte

Mittelwert NH4-N [mg/l]

*)

Typ A 1) 14 96 14 7 14 1 2 2) 12 71 12 10 12 19 4 3) 15 91 15 21 15 37 5/3 4) 15 86 15 11 15 2

Typ B 1) 15 48 15 5 15 3 2) 14 34 14 5 14 2 3) 13 431 13 95 13 72 4/3 4) 15 104 15 18 15 31 1/2 5) 13 429 13 169 13 102 5/3

Typ C 1) 15 88 15 30 15 11 2) 11 227 10 107 11 45 6 3) 15 69 15 10 15 4 5 4) 13 268 13 86 13 54 5) 15 175 15 41 15 42

Typ D1) 15 117 15 20 15 28 3 Typ E 1) 15 35 15 3 15 9

2) 16 151 16 57 16 28 7 Typ F 1) 14 53 14 7 14 9

2) 12 317 12 150 12 97 6 3) 13 140 13 47 13 99 6

*) 1 = unregelmäßige Schlammentfernung; 2 = unregelmäßiger Überschussschlammabzug; 3 = zeitweise kein Belebtschlamm; 4 = Einlauf von stark belastetem oder toxisch wirkendem Abwasser in die Anlage; 5 = falsche Auslegung; 6 = bauliche Mängel; 7 = fehlendes Pflanzenbett

Aus Tab 13 ist ersichtlich, dass anlagen- bzw. wartungsbedingte Störungen zu einer deutlichen

Verschlechterung der Ablaufwerte führten. Betrachtet man lediglich die Anlagen, die ordnungsgemäß

gebaut und betrieben wurden, konnten die in Tab. 14 aufgelisteten Ablaufwerte eingehalten werden.

Tab. 14: Ablaufwerte der Anlagen unter Einhaltung der notwendigen Betriebsbedingungen von KKA

[nach MÜLLER 1991]

Ablaufwerte Anlagentyp CSB [mg/l] BSB5 [mg/l] NH4 -N [mg/l]

Belebtschlamm Typ A 86 13 14,8

Typ B 62 9 12 *) 1 Typ D

117 20 28

Typ E 35 3 9 Tropfkörper

Typ C 150 42 27,8 Pflanzenanlagen *) 2 Typ F 1

53 7 9

*) 3 Typ F 2/3

228 99 98

Bemerkungen: *)1: Messwerte von einer Anlage, die zwar nicht ordnungsgemäß betrieben wurde, jedoch aufgrund ihrer Besonderheiten (nachgeschalteter Teich) erwähnt wird *)2: Pflanzenanlage mit Schotter-/Bodenfüllung (Sandwichsystem) *)3: Pflanzenanlagen mit bindiger Bodenfüllung


Zusammenfassend stellt MÜLLER (1991) fest:

Die Belebtschlammverfahren Typ A, B sowie Typ E (nachgeschalteter Teich) und die

Pflanzenkläranlagen Typ F1 erzielen die besten Reinigungsergebnisse. Die CSB-

Ablaufkonzentrationen liegen unterhalb von 86 mg/l, die BSB5-Ablaufkonzentrationen unterschreiten

einen Wert von 13 mg/l. Außerdem erzielen die Belebungsanlagen und auch die Pflanzenkläranlagen

F1 die höchsten Nitrifikationsleistungen.

Trotz geringer Auslastung (zwischen 8 bis 100 %) werden durch die Tropfkörper nur mäßige

Ablaufwerte erreicht. Als Ursache dafür gibt der Autor eine Belegung des Tropfkörpermaterials mit

Seifen- und Fettresten an. Weiterhin wurde durch das Beschickungssystem keine gleichmäßige

Benetzung des Tropfkörpermaterials erreicht und somit eine unzureichende Ausnutzung der

Reinigungsfläche provoziert.

Abwasserteiche Typ D1 werden lediglich als sinnvolle Ergänzung der Abwasserreinigung als

nachgeschaltete Stufen eingesetzt.

Pflanzenkläranlagen mit bindiger Bodenfüllung erreichen inakzeptable Ablaufkonzentrationen.

Betriebsstabilität und Wartung sind eng miteinander verknüpft [MÜLLER 1991].

Nicht zuletzt wurden 18 ausführliche Untersuchungen zur Überprüfung von ausgewählten

Beispielkleinkläranlagen mit bauaufsichtlicher Zulassung in zwei Thüringer Zweckverbänden von

ENGLERT & KAUB (2004) mittels Stichproben beprobt, wobei die Eigenkontrolle und Wartung durch

Befragung und Einsicht der Betriebsbücher begutachtet wurden. Im zweiten Schritt wurden die

Ergebnisse einerseits in einer Umfrage der Besitzerdaten und Betreiber sowie andererseits mit

Literaturangaben von Brandenburg [STRAUB 2004], aus Nordrhein-Westfalen von [DOHMANN 2004]

und [SCHROER 1999] sowie aus Niedersachsen [FLASCHE 2002] und [KUNST 1998] als auch aus

Baden-Württemberg [HOHEISEL 2000] verglichen und anschließend ausgewertet. Daraus ergaben

sich Empfehlungen im Hinblick auf einen zuverlässigen Betrieb von Kleinkläranlagen als Dauerlösung.

Durch ENGLERT & KAUB (2004) erfolgte zuerst eine Einteilung der überprüften Anlagen nach ihrem

Verfahrenstypen, wie in Tab. 15 dargestellt. Zusätzliches Kriterium für die Wahl der zu erfassenden

Kleinkläranlagen war der Betrieb der Anlagen über mindestens drei Monate in den zwei Verbänden.

Tab. 15: Verteilung der erfassten Anlagen in den untersuchten Zweckverbänden [ENGLERT & KAUB

2004]

ZV Tropfkörper Belebungsanlage SBR-Anlage

Belüftetes Festbett

Scheibentauchkörper

A 5 1 1 1 0 B 0 1 3 5 1

Die Auswertung der Erfassungsbögen ergab folgende Punkte:

• Lückenhafte Angaben zur Zulassung, zum Bau und Betrieb, zu fehlenden Eintragungen in den

Betriebstagebüchern. ENGLERT & KAUB (2004) formulierte“ ...eigene Eigentümer wussten nicht

einmal von deren Existenz in ihren Unterlagen sowie dem Umgang damit“.


• Nur die Hälfte der Betreiber hat Wartungsverträge abgeschlossen, deren Intervalle schwankten

allerdings zwischen einmal bis zu dreimal im Jahr.

• Begrenzte Eigenkontrolle bei privaten Betreibern. Diese waren nicht entsprechend eingewiesen und

hatten Berührungsangst bzw. Ekel vor Fäkalien.

• Fehlende Analysewerte für die Abläufe bei den meisten Anlagen. ENGLERT & KAUB (2004) stellte

fest, dass regelmäßige Ablaufuntersuchungen nur bei den Wohngebietskläranlagen der

Zweckverbände stattfanden, sonst verneinten Eigentümer die Existenz von behördlichen

Überwachungen.

• Offensichtliche Betriebsstörung bei zwei Anlagen

• Keine gravierenden Mängel an der Bausubstanz, allerdings wurden Probleme bei dem Deckel oder

den Lüftungsschlitzen festgestellt, was zukünftigen Fehlbetrieb vermuten lässt.

Die Überprüfung der ausgewählten Kleinkläranlagen zeigte:

• Bis auf zwei Ausnahmen waren alle Anlagen in einem optisch guten technischen Zustand.

• Mittels Ablaufanalysen wurden in 67 % der untersuchten Anlagen Grenzwertüberschreitungen

festgestellt. Die schlechten Ergebnisse waren verfahrensübergreifend.

• Die Ablaufwerte der durch Zweckverbände betreuten Anlagen waren tendenziell besser, da eine

wöchentliche Kontrolle durch fachkundiges Personal erfolgte. Allerdings konnte nach Meinung von

ENGLERT & KAUB (2004) keine Garantie für die Einhaltung der Grenzwerte gegeben werden.

• Die durch Wartungsfirmen vierteljährlich vorgenommenen Ablaufuntersuchungen zeigten geringere

Schwankungen durch den gleichmäßigeren Abwasserzufluss und den größeren Puffer in

Vorklärung und Biologie.

• Anhand der Auswertung vertreten ENGLERT & KAUB (2004) die Ansicht, dass Wartungsverträge

oder Wartungshäufigkeit keine Garantie für die sichere Einhaltung der Grenzwerte ist. Mehr Einfluss

scheint in der Art der Wartung und Betriebskontrolle bzw. im Betrieb selbst zu liegen. Des Weiteren

ist eine ordentliche Einweisung der Eigentümer bei Inbetriebnahme der Anlage genauso wichtig.

Ferner haben ENGLERT & KAUB (2004) mittels der CSB-Ablaufwerten die

Untersuchungsergebnisse mit der Literatur verglichen und sind zu folgenden Schlussfolgerungen

gekommen:

• ENGLERT & KAUB (2004) kammen in Übereinstimmung mit FLASCHE (2002) zu dem Ergebniss,

dass nur mit Wartungs- und überwachungsgemäßem Betrieb, sowie während der Prüfzeit die

Leistungsfähigkeit der Kleinkläranlagen trotz beaufsichtlicher Zulassung des DIBT, gewährleistet

werden kann.

• An dieser Stelle legen die Autoren besonderen Wert auf den nicht zu vernachlässigenden

Unterschied zwischen den Ablaufwerten aus einer 24h-MP bei der Prüfung und SP bei der

Untersuchung.

• Tropfkörper schneiden in den Veröffentlichungen besser ab. Vermutliche Ursachen liegen laut

Interpretation der Autoren bei der Qualität der Wartung bzw. Überwachung sowie auch be i

herstellerbedingten Unterschieden.


• Die Autoren weisen jedoch oft auf die Störanfälligkeit der Tropfkörper bei Stoßbelastungen sowie

auf die zu groß dimensionierte Rezirkulation hin.

• Des Weiteren stellen ENGLERT & KAUB (2004) fest, dass die Abbauleistung der

Belebungsanlagen inkl. der SBR-Anlagen im Durchschnitt am geringsten war. Hier ist aber zu

erwähnen, dass es sich erstens um 6 Anlagen handelt, zweitens dies auf die hydraulische

Unterlast zurückzuführen ist, da die Autoren an anderen Stellen ihres Berichtes einen geringeren

Wasserverbrauch von 81 (l/E·d) angegeben haben.

• Die Untersuchungen sowie auch die Literaturangaben, zeigen die durchschnittlich geringere

Leistungsfähigkeit bei den belüfteten Festbettanlagen. Als Grund dafür wird die hohe hydrauliche

Belastung angegeben.

Zusammengefasst waren bei den untersuchten Kleinkläranlagen in Thüringen die Abhängigkeiten der

Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit von der Wart ungsintensität bzw. von der Verfahrenswahl

aufgrund der vielfältigen Randbedingungen nicht erk ennbar.

ENGLERT& KRAUB (2004) gehen davon aus, dass die Technik von Kleinkläranlagen noch nicht

immer praxistauglich ist und weiterentwickelt werden muss. Die DIN 4261- Teil 4 zum Betrieb und zur

Wartung von Kleinkläranlagen ist in einigen Punkten dringend überarbeitungsbedürftig. Darüber hinaus

vertretten sie die Meinung, dass der derzeitige Betrieb der Anlagen und deren Überwachung in

Thüringen in der Praxis nicht geeignet ist, die Einhaltung der Grenzwerte nach der

Abwasserverordnung sicherzustellen.

Letztendlich geben ENGLERT& KRAUB (2004) Empfehlungen für einen zuverlässigen Betrieb der

Kleinkläranlagen, die sich an die Meinungen von anderen bereits erwähnten Autoren anschließen.

Tab. 16: Anzahl der untersuchten Anlagen in den Literaturangaben [ENGLERT& KRAUB 2004]

Arbeitsgruppen Englert Straub Dohmann FLASCHE Hoheisel Schroer Kunst

[2004] [2004] [2004] [2002] [2000] [1999] [1998]

Tropfkörper 5 225 39 314 461 136 24

Belebungsanlage 2 25 11 75 115 - 4

SBR-Anlage 4 59 7 15 - - -

Belüftetes Festbett 6 149 6 433 55 43 25

Scheibentauchkörper 1 9 0 75 39 11 4

Tab. 17: Vergleich der CSB-Grenzwertüberschreitung in [%] verschiedener technischer KKA mit

Literaturwerten [ENGLERT& KRAUB 2004]

Arbeitsgruppen Englert Straub Dohmann FLASCHE Hoheisel Schroer Kunst

[2004] [2004] [2004] [2002] [2000] [1999] [1998]

Tropfkörper 60 16 23 16 13 16 23

Belebungsanlage 50 53 36 8 6 - k.A

SBR-Anlage 100 50 43 0 - - -

Belüftetes Festbett 67 33 17 26 22 25 30

Scheibentauchkörper 0 13 - 21 8 10 k.A


In der Abbildung 6 werden die Ergebnisse der Arbeit von FLASCHE (2002) den Daten der Prüfung von

[MÜLLER 1991], den Ergebnissen der Prüfung von Rostock und den Ergebnissen der Untersuchungen

von [ENGLERT & KAUB 2004] gegenübergestellt. Dabei wurden lediglich die Anlagen in die Abbildung

6 aufgenommen, die auch auf dem VF Dorf Mecklenburg vorhanden sind.

Abbildung 6: Vergleich der Variationsbreite der mittleren CSB-Ablaufwerte verschiedener Kleinkläranlagenverfahren anhand von verschiedenen Erhebungen

0 50 100 150 200 250 300 350

CSB-Ablaufkonzentration [mg/l]

FestbettLiteratur FLASCHE (n=195)

Praxis FLASCHE (n= 412)Prüfung FLASCHE (n=2)

Prüfung Rostock (n=1)Prüfung Thüringen (n=6)

Pflanzenkläranlage vert.Literatur FLASCHE (n=86)Praxis FLASCHE (n=202)

Praxis MÜLLER (n=3)

Pflanzenkläranlage hor. Literatur FLASCHE (n=231)

Praxis FLASCHE (n=202)

SBRLiteratur FLASCHE (n=2)Praxis FLASCHE (n=15)

Prüfung FLASCHE (n=3)Prüfung Rostock (n=2)

Prüfung Thüringen (n=4)

TropfkörperLiteratur FLASCHE (n=83)Praxis FLASCHE (n=231)Prüfung FLASCHE (n=2)

Praxis MÜLLER (n=5)Prüfung Rostock (n=2)

Prüfung Thüringen (n=5)

ScheibentauchkörperLiteratur FLASCHE (n=71)

Praxis FLASCHE (n=66)Prüfung FLASCHE (n=1)

Prüfung Rostock (n=2)Prüfung Thüringen (n=1)

―Grenzwert CSB 150 mg/l

1256

1254


2.3.3 Zusammenstellung von Einschränkungsfaktoren f ür einen aussagekräftigen Vergleich

Aussagen zu den verschiedenen Vergleichen sind oftmals mit Einschränkungen behaftet, wodurch

ihre Aussagekraft deutlich verringert und auf besondere Fälle eingeengt wird.

FLASCHE (2002) vertritt die Meinung: „Einflussfaktoren, die aber häufig nicht bekannt bzw. erfasst

und damit die Vergleichbarkeit und Aussagekraft der Untersuchungsergebnisse einschränken, die

Ergebnisse der Auswertung sind nur als Anhalt. Es ist kein Rückschluss zu ziehen“ [FLASCHE

2002, S. 26]. Im Folgenden sind die Literaturangaben zum Vergleich der Leistungsfähigkeit aller

Verfahrensvarianten hinsichtlich des oben genannten Aspektes ausgewertet. Sämtliche

Einschränkungsfaktoren sind noch einmal nach den verschiedenen Quellen in Tab. 18

zusammengefasst:

Tab. 18 Einschränkungsfaktoren für einen aussagekräftigen Vergleich von KKA

Einschränkende Faktoren für den Vergleich aus der P raxis Anforderung • Unterschiede hinsichtlich der Anforderungen an Kleinkläranlagen (D/Ö)Anteil unterschiedlicher Kleinkläranlagenverfahren an einzelnen Datenreihen Betrieb • Betrieb der Anlagen (Fehlende Erkenntnisse der Betreiber) • Umgang mit Anlagen, die den Anforderungen nicht entsprechen • Betrieb, Wartung, Kontrolle (qualitativ und quantitativ) • Wartungsumfang, -qualität und –quantität • Zeitraum der Wartung (erstmalig, neu qualifiziert) • Schlammabfuhr Anlagen • Verfahrensvariante • Baujahr • Vorklärungseffekt, Alter der Anlage • Unbekannte Bemessung • Wenig Bautechnik und mehr Verfahrenstechnik bedingte Einschränkung Probe • Probenentnahmeart (SP, 24h-MP, qMP) • Entnahmeort und Entnahmezeit Daten • Datenumfang bis Mangel an Daten • Herkunft der Daten aus intensiv betreuten Anlagen (gut betriebene und überwachte Anlagen) oder aus aufälligen Anlagen. • Untersuchungsparameter Abwasser • Abwassermenge und –beschaffenheit • Abwassertemperatur • Auslastung zum Untersuchungszeitpunkt • Schwankung im Zulauf Sonstiges • Spezielle Randbedingungen • Noch unbekannte Faktoren

Einschränkende Faktoren für den Vergleich aus der D IBT Prüfung

Anforderung • Vorgaben sind unterschiedlich Betrieb • Betrieb bei Privatleuten ist unterschiedlich

Fortgesetzt auf folgender Seite


Abwasser • Zulaufzusammensetzung ist unterschiedlich • Auslastung, Schwankung, max. Abbauleistung unbekannt • Abwassertemperatur Anlagen • Verfahren, Typ Abbau ohne Vorklärung unbekannt Sonstiges • Besondere Umstände (Steuerausfall, Einstau,...) • Welches Prüfinstitut hat die Auswertung durchgeführt? • Unbekannte Faktoren oder versteckte undeutliche Komplexe von Zusammenhängen Einschränkende Faktoren für den Vergleich aus der L iteratur Abwasser • Zulaufwasserzusammensetzung • Stoßbelastung • Belastungsschwankung • Unterbrechung des Zuflusses • Auslastung • Abwassertemperatur Anlagen • Bemessung • Herstellerbedingte Unterschiede • Besondere Modifizierung • Gestaltung des Anlagenbetriebs • Baujahr bzw. Entwicklungsstand Betrieb • Wartungsumfang • Wartungsqualität Anforderung • Rechtliche Anforderung an die Reinigungsleistung • Art der Probennahme Probe • Probennahmeort (Ablaufschacht, Nachklärung, Auslauf..) Daten • Verwendete Parameter (CSB, BSB5..) • Bei Ammonium, Nitrate, Nitrite sind rechtliche Anforderungen unterschiedlich • Geringerer Datenumfang • Für bestimmte Parameter sind einzelne Verfahren untersucht worden wie z. B. die

Pflanzenkläranlagen für die N-Elimination. • Unterschiede bei Anlagenzahl • Anzahl der Messungen pro Anlage • Repräsentativität der Anlagen möglicherweise nicht gegeben z. B. bei Auswertung der

Umfrageergebnisse von Überwachungsbehörden, die nur auffällige Anlagen oder intensiv betreute Versuchsdaten beproben

• Vorgehensweise bei der Mittelwertbildung • Umgang mit Ausreißern etc. • Einschränkende Faktoren im Vergleich der technischen- und naturnahen Verfahren- • Die schlechten Ergebnisse sind in vielen Fällen auf den Betrieb zurückzuführen. • Technische Anlagen mit Belüftung orientieren sich nach rechtlichen Anforderungen und

nicht an den technischen Möglichkeiten, wobei naturnahe Verfahren mehr Puffer in der Bemessung haben.

• Die Verwaltung von umfangreichen Datenmengen sowie der Austausch von Daten mit Dritten ist mit höherem Fehlerpotenzial behaftet.

Es wird deutlich, dass die Untersuchungsergebnisse unterschiedlicher Quellen nicht ohne weiteres

miteinander verglichen werden dürfen, da ihre Aussagekraft begrenzt ist. Zahlreiche bisherige


Vergleiche sind unpräzise und bedürfen eines neuen Rasters, um neue sowie verbesserte

Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit der verschiedenen heutzutage eingesetzten Verfahren, deren

Potenzial und Grenzen, zu gewinnen.

35

3 Konzept und Methodik

3.1 Aufstellung eines Einflussfaktorenkataloges für einen repräsentativen Vergleich

Der Neuheitswert dieser Arbeit liegt in einem erstmalig repräsentativen Vergleich von Kleinkläranlagen.

Der Vergleich umfasst breite Ziele (s. Kap. 1).

Der Vergleich deckt eine komplette Vor-Ort-Prüfung von sechs verschiedenen

Kleinkläranlagensystemen mit realem kommunalem Abwasser unter weitgehend einheitlichen

Randbedingungen ab, dazu gehören:

Abwasser • Abwassermenge • Tagesganglinie • Zulaufwasserzusammensetzung • Abwassertemperatur • Auslastung zum Untersuchungszeitpunkt • Belastungsschwankung • Stoßbelastung (Badewanne)

Anlagen • Verfahrensvariante deckt die Verfahrensbreite (s. Kap.2.1) • Baujahr der Kläranlage • Baujahr der Vorklärung

• Betrieb • qualitativer und quantitativer Betrieb, Wartung und Kontrolle • Umgang mit Anlagen, die den Anforderungen nicht entsprechen • Zeitraum der Wartung Probe • Probennahmeort Daten • verwendete Parameter • Datenumfang • Verwaltung von Datenmengen • Verwendete Statistik Sonstiges • verwendete Testmethodik • besondere Umstände (Stromausfall, Ferienbedingungen)

3.2 Abwasserrelevante Parameter

Chemischer Sauerstoffbedarf

Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB)2 ist für die Bewertung kommunaler Abwässer hinsichtlich ihres

Verschmutzungsgrades von erheblicher Bedeutung.

2 Der CSB-Wert ist ein Summenparameter, das angibt, wieviel mg/l O2 notwendig sind, um die im

Abwasser gelösten und in nicht absetzbarer Form vorliegenden Schmutzstoffe vollständig biologisch

oder chemisch zu oxidieren.

3 Konzept und Methodik 36

Um möglichst alle organischen Schmutzstoffe erfassen zu können, benutzt man bei der Bestimmung

des CSB als sehr starkes Oxidationsmittel Kaliumdichromat in schwefelsaurer Lösung, welches

zusammen mit einer Abwasserprobe 2 Stunden lang auf 148 °C erhitzt wird.

Der Verbrauch an Kaliumdichromat, der mittels eines Photometers bestimmt werden kann, gibt

anschließend Auskunft über die zur Oxidation der Schmutzstoffe notwendige Sauerstoffmenge.

Für die gesetzlich vorgeschriebenen Untersuchungen müssen überwiegend DIN-Verfahren benutzt

werden. Im Rahmen der Eigenüberwachung hat sich die seit vielen Jahren auf dem Markt befindliche

Küvetten-Test-Methode durchgesetzt.

Hinsichtlich der Übereinstimmung beider Bestimmungsmethoden ergaben vergleichende Messungen

von Dr. Lange-Küvettentest und DIN-Verfahren sehr gute Ergebnisse (Anwendungsbericht Ch. No.18

der Firma Dr.Lange). Bezüglich des Analyseaufwands, der Arbeitssicherheit sowie unter

Umweltgesichtspunkten bietet der Küvetten-Test klare Vorteile.

Biologischer Sauerstoffbedarf BSBn

Zusammen mit dem CSB-Wert spielt der BSB5-Wert eine wichtige Rolle in der Beurteilung des

Abwassers und der Abwasserreinigung.

Er ist ein Maß für die organische Verschmutzung des Abwassers und gibt Auskunft darüber, welche

Sauerstoffmenge durch mikrobielle Stoffwechselprozesse beim Abbau der Schmutzstoffe im aeroben

Milieu und 20° C in n Tagen verbraucht wird. In der Regel wird diese Menge in mg/l, die in 5 Tagen

verbraucht wurde, als BSB5 angegeben.

Voraussetzung für die Bestimmung des BSB5-Wertes ist das Vorhandensein von Mikroorganismen und

essenziellen anorganischen Nährsalzen im Rohabwasser. Sind diese Randbedingungen nicht erfüllt,

muss die Abwasserprobe mit Bakterien geimpft und mit Nährstoffen angereichert werden.

Extreme pH-Werte, Desinfektionsmittel und Schwermetallsalze im Abwasser sind weitere hemmende

Faktoren zur Bestimmung des BSB und sollten ausgeschaltet werden.

Prinzipiell lässt sich der BSB durch 3 Verfahren bestimmen:

1. Verdünnungsmethode

2. Manometrische BSB Bestimmung

3. Sapromat Methode

Bei der Bestimmung des BSB5 wurde in unserem Fall auf die 2. Methode zurückgegriffen.

In diesem Verfahren wird die O2-Zehrung des unverdünnten Abwassers ermittelt.

Eine mit einem Manometer gasdicht verschließbare FLASCHE wird in Abhängigkeit der zu erwartenden

BSB5-Konzentration mit einer bestimmten Menge Abwasser gefüllt. Die während der Abbauprozesse

verbrauchte Sauerstoffmenge lässt in der FLASCHE einen Unterdruck entstehen, der mittels des im

Verschluss integrierten Manometers gemessen werden kann.

Da in jedem Messgefäß nur eine bestimmte Menge an Sauerstoff zur Verfügung steht und somit die

Sauerstoffmenge eventuell nicht ausreicht, um die Abwasserinhaltsstoffe zu oxidieren, ist die ungefähre


BSB5-Konzentration der Abwasserprobe vor Beginn der Messung abzuschätzen. Durch eine

Veränderung des Gasraumes können somit Messfehler vermieden werden.

In der Praxis ist den verschiedenen Einfüllmengen ein Faktor zugeordnet, mit dem der von der

Manometer- Skala abgelesene Wert multipliziert werden muss.

Um lediglich die Sauerstoffmenge, die für den bakteriellen Abbau gelöster organischer Substanz

benötigt wird zu bestimmen ist es notwendig, eine Nitrifikation im Messsystem zu verhindern.

Dies geschieht durch die Zugabe des Nitrifikationshemmstoffs NTH 600.

Anhand des CSB-Wertes ist der zu erwartende BSB5 der Abwasserprobe abzuschätzen. Im Normalfall

beträgt das Verhältnis zwischen CSB und BSB5 etwa 2:1. Ist das Verhältnis zwischen beiden Werten

nicht bekannt, sollte man von ca. 80 % des CSB-Wertes ausgehen.

Temperatur

Alle biologischen Aktivitäten der Abwasserreinigung sind temperaturabhängig. Deshalb ist die

Bestimmung der Abwassertemperatur Voraussetzung für die Analyse und Beschreibung

abwasserrelevanter Prozesse. Die Löslichkeit verschiedener Substanzen, die Produktivität und die

Wachstumsrate der Bakterien sind stark von der Temperatur abhängig.

Ihre Bestimmung erfolgte mit einem integrierten Temperaturfühler in einer pH-Sonde vom Typ 340i der

Firma WTW.

Sauerstoffgehalt

Für die biologische Abwasserreinigung ist das Vorhandensein von Sauerstoff eine wesentliche

Voraussetzung. Insbesondere bei dem Verfahren der Belebung ist die Kenntnis über die

Sauerstoffkonzentration im Bioreaktor eine erhebliche Steuerungsgröße.

Bei der Beprobung der Kleinkläranlagen in der Versuchsanlage Dorf Mecklenburg wurde der

Sauerstoffgehalt in den Belebungsbecken mit einer Sonde vom Typ Cell Ox 325 bzw. Oxi 340i der

Firma WTW gemessen.

pH-Wert

Der pH-Wert von Flüssigkeiten gibt an, ob das Medium sauer, neutral oder basisch ist. Die Werteskala

reicht von 0= sehr stark sauer über 7= neutral bis 14= sehr stark basisch.

Rohabwasser sollte einen pH-Wert von 6-8 aufweisen. Es ist damit praktisch neutral. Das gereinigte

Abwasser sollte einen pH-Wert von 6,5 bis 7,5 besitzen.

Die Kenntnis des pH-Wertes lässt Ursachen für gestörte Abwasserreinigungsprozesse erkennen und ist

somit ein weiterer wichtiger Parameter zur Analyse und Steuerung der Abwasserreinigung.

Die Bestimmung des pH-Wertes erfolgte mit einer pH- Sonde vom Typ pH 340i der Firma WTW.


Absetzbare Stoffe

Die Abwasserproben werden als 1 Liter Schöpfproben dem Ablaufschacht der einzelnen

Kleinkläranlagen mittels Schöpfbecher entnommen und jeweils in den Imhofftrichter gefüllt. Nach

2 Stunden wird das Volumen der absetzbaren Stoffe in mg/l abgelesen.

Stickstoffe

Die Erfassung anorganisch gebundener Stickstoffverbindungen: NH4-N, NO2-N, NO3-N spielt für die

Beurteilung bestimmter Reinigungsprozesse eine wichtige Rolle.

Stickstoff ist im kommunalen Abwasser primär im Harnstoff gebunden und wird, teilweise schon im

Kanalnetz, zu Ammonium umgebaut. Gemeinsam haben beide Verbindungen einen Anteil von

ca. 70 % am Gesamtstickstoff des kommunalen Abwassers. Innerhalb der Kläranlage wird Ammonium

weiter über die Zwischenstufe Nitrit zu Nitrat oxidiert.

Die Bestimmung des anorganisch gebundenen Stickstoffs erfolgte über Küvettentests der Firma

Dr. Lange. Um die notwendigen Messbereiche vorher besser abschätzen zu können, wurden

Voruntersuchungen mit einfachen Teststreifen für NO3 und NO2 durchgeführt.

Phosphor

Phosphor ist aufgrund seiner Rolle als limitierender Faktor der Eutrophierung ein entscheidender

Parameter der Gewässer. Phosphor kommt im Wesentlichen als freies oder organisch gebundenes

Ortho-Phosphat vor. Je Einwohner gelangen durch Nahrungsmittelreste und Ausscheidungen täglich

ca. 1,9 g P in das Abwasser. Einen erheblich höheren Anteil an der Gesamtphosphatmenge haben die

Wasch- und Spülmittelreste im Abwasser.

Die Analyse des organisch gebundenen Ortho-Phosphates in der Abwasserprobe erfolgte mit einem

Dr. Lange Küvettentest LCK 350.

Abfiltrierbare Stoffe

Bei der Bestimmung der abfiltrierbaren Stoffe wird ermittelt, wieviel mg Schwebstoffe pro Liter sich

noch im gereinigten Abwasser befinden.

Dafür wird eine homogenisierte Abwasserprobe durch einen Rundfilter (GF 6) gegeben, der

anschließend getrocknet wird. Die Differenz aus Endgewicht und Anfangsgewicht des Rundfilters ergibt

die Menge an abfiltrierbaren Stoffen in mg/l .

In der Regel sind Zusammenhänge zwischen BSB5, CSB und den abfiltrierbaren Stoffen zu erkennen,

da es sich überwiegend um organische Bestandteile handelt.

Schlammspiegel - Messung

Schlammspiegel-Messungen werden hauptsächlich in der Vorklärung durchgeführt, um die abgesetzte

Schlammmenge zu ermitteln und gegebenenfalls eine bedarfsgerechte Schlammabfuhr zu

veranlassen. Eine weitere wichtige Anwendung findet diese Messung in Belebungsbecken, um die

Menge an Belebtschlamm festzustellen.


Die Schlammschichtdicke wird dabei über ein Messrohr aus Plexiglas bestimmt, das auf den Boden der

Kammer abgesenkt und durch ein Kugelventil am unteren Ende des Rohres verschlossen wird. Das

Kugelventil kann dabei durch ein Gestänge oder einen Seilzug betätigt werden. In dem Messrohr bildet

sich dann der Beckeninhalt als geschlossene Säule ab und die Schichtdicke des Bodenschlamms ist

direkt ablesbar [BOLLER et al. 2002].

3.3 Probennahmen und Parameterermittlung

Während der Untersuchungen wurden geschöpfte Stichproben morgens (8:00-9:00) Uhr aus dem

gemeinsamen Zulauf und 6 Proben aus den 6 Anlagenabläufen entnommen. Dabei hat die Entnahme

für den gemeinsamen Zulauf im Zulaufrohr der Festbettanlage während einer Beschickung und bei den

Abläufen aus den Sammelschächten stattgefunden. Jede Probe umfasst 1 Liter. Die Proben sind für die

mikrobiologischen Untersuchungen DIN-gerecht in verschlossene sterilisierte GlasFLASCHEn gefüllt

und kühl und dunkel transportiert worden. Bis zum Beginn der Analyse im Labor des Lehrstuhls für

Vefahrenstechnik/Biotechnologie der Universität Rostock vergingen 3 Stunden. Für die weiteren

Untersuchungen sind ProbenFLASCHEn (1 l) aus Polyethylen verwendet worden.

Die Proben zur Ermittlung der TS der SBR-Anlage wurden aus dem Belebungsbecken während der

Belüftung gezogen.

Die Sauerstoffmessung erfolgte in der zweiten Kammer des belüfteten Festbettes sowie in dem

Belebungsbecken der SBR-Anlage.

Neben diesen Standarduntersuchungen wurden einige Sonderuntersuchungen durchgeführt. Hierzu

zählen mikroskopische Schlammuntersuchungen in dem belüfteten Festbett sowie die

Schlammspiegelhöhen in den Kammern der Vorklärung und die Sandkornverteilung der vertikalen

Pflanzenkläranlage.

In Anhang 5 sind Probenstellen schematisch dargestellt. Die gesamten Wasser- und

Schlammparameter sowie der Ort der Untersuchung und die verwendeten Analyseverfahren sind in

Tab. 19 zusammengestellt


Tab. 19: Abwasser- und schlammrelevante Parameter, Analyse, Instrumente und Transport

Parameter Dimension Labor Verfahren, Instrumente Tr ansport

Chemische Parameter

CSB, PO4-P [mg/l] KA Dr. Lange-Küvettentest NH4-N, NO2-N, NO3-N [mg/l] KA Dr. Lange-Küvettentest

oder Teststreifen Biologischer Sauerstoffbedarf BSB5

[mg/l] KA Manometer OxiTop-Messsystem

ProbenFLASCHEn 1 l aus Polyethylen

Mikrobiologische Parameter

KBE 20° C, KBE 37°C [KBE/ml] VT Mikroskopische Methode

GC, EC MPN/100ml] VT MPN- Methode

GlasFLASCHEn mit Schraubdeckel 1l, dunkel gestellt

Physische Parameter

Temperatur, pH-Wert [°C] Vor-Ort integrierter Temperaturfühler in einer pH-Sonde vom Typ 340i der Firma WTW.

O2-Wert

Vor-Ort Sonde Typ Cell Ox 325 bzw. Oxi 340i der Firma WTW

Im Schacht

Trübung NTU VT* Mobil Trübung Messgerät von WTW GlasFLASCHEn Schlammparameter Vor-Ort Trockensubstanz [g/l] Vor-Ort NACH DIN 38409-H9 Schlammspiegel [cm] Messrohr aus Plexiglas Absetzbare Stoffe [ml/l] Vor-Ort Nach DIN 38409-H9 Imhofftrichter Abfiltrierbare Stoffe [mg/l] UIW Rundfilter (GF 6) ProbenFLASCHE

n 1 l aus Polyethylen

Menge [m³] Vor-Ort IDM Stromverbrauch [kW] Vor-Ort Zähler Weitere Betriebswerte Vor-Ort Wartungs-, Betriebsaufwand

* Labor des Lehrstuhls für Verfahrenstechnik/ Biotechnologie in der Universität Rostock

Zur Absicherung der Analytik sind sporadische Parallelmessungen durchgeführt worden. Die

Parallelmessungen sind bei allen wichtigen Messungen und unplausiblen Messergebnissen jedoch

mindestens alle 3 Monate unternommen worden. Für die Absicherung der Arbeitsweise war die

gesamte Analytik einer Versuchsreihe jedoch auch bei visuellen Tests personenbezogen organisiert.

Die Genauigkeiten der gemessenen Daten sind im Anhang 32 und 33 zusammengestellt.


3.4 Beschreibung des Versuchsfeldes

3.4.1 Standort

Aufgrund der für den gesamten nordwestmecklenburgischen Raum verkehrsmäßig günstigen Lage, der

Nähe zum Zweckverband Wismar und zur Hochschule sowie der vorhandenen geeigneten und

disponiblen Flächen erschien die Kläranlage Dorf Mecklenburg als geeigneter Standort für das

Demonstrations- und Versuchsfeld für Kleinkläranlagen und wurde vom Zweckverband Wismar für

diesen Zweck zur Verfügung gestellt. Die Nachbarverbände ZV Grevesmühlen und ZV Kühlung

unterstützen dieses Vorhaben inhaltlich. Die Hochschule Wismar hat in Zusammenarbeit mit dem

ZV Wismar sowie dem Ingenieurbüro Friedrich und mit finanzieller Unterstützung des

Umweltministeriums in Mecklenburg-Vorpommern das Demonstrations- und Versuchsfeld 2002

eingerichtet und im Oktober 2002 in Betrieb genommen. Die Mitbeteiligten sowie deren Aufgaben sind

in Tab. 20 zusammengestellt.

Tab. 20: Kompetenz und Partner des Versuchsfeldes in Dorf Mecklenburg

Land Mecklenburg-Vorpommern Ideelle und monetäre Unterstützung Abwasserzweckverband Wismar Betrieb und Wartung

Monetäre Unterstützung Hochschule Wismar Planung und Idee

Verfahrenstechnisches Know-How Ausbildung

Institut für Umweltingenieurwesen Durchführung des Versuchsprogramms Klär- und bautechnisches Know-How Prüferfahrung, Ausbildung

DWA Landesverband Nord-Ost Ausbildung von Wartungsbeauftragten Abwassertechnischer Transfer

Bau und bautechnische Planung Ingenieurbüro Friedrich, Pick Bau, Wismar, UTC, Grevesmühlen, H+F, Rostock

Die Anforderungen an das Versuchs- und Demonstrationsfeld sind im Anhang 3 aufgeführt.

3.4.2 Versuchsfeldaufbau und Auswahl der Kleinklära nlagen

Auf dem Versuchs- und Demonstrationsfeld können nun erstmals alle zu prüfenden Anlagen mit der

gleichen Abwasserqualität und anlagenspezifischen Quantität beschickt werden.

Das Versuchsfeld besteht im Wesentlichen aus folgenden Elementen:

• einer rechteckigen Grube, die als Stellplatz für die vier technischen Kleinkläranlagen dient,

• sechs fest eingebauten Mehrkammerabsetzgruben, die wahlweise genutzt werden können,

• vier technischen Kleinkläranlagen mit zugehöriger Steuereinrichtung,

• zwei Pflanzenkläranlagen mit zugehöriger Steuereinrichtung,

• sechs Ablaufschächten mit integrierter Ablaufpumpe,

• einem Mess- und Betriebscontainer und

• drei Verteilerkästen für die Elektrik der Kleinkläranlagen.


Die Auswahl der Anlagen deckt die Verfahrensbreite ab. Neben den naturnahen Verfahren, die noch

einmal in horizontale und vertikale Pflanzenkläranlagen aufgegliedert sind, sind vier technische

Anlagen eingebracht, die sich in zwei technische Verfahren teilen: mit suspendierter Biomasse , wie bei

SBR-Anlage, und mit sessiler Biomasse wie bei belüfteten Festbett-, Tropfkörper-, und

Scheibentauchkörperanlagen. Den Anhängen 4 bis 6 sind die Zeichnung des Versuchsfeldes sowie

Fotos der einzelnen Anlagen zu entnehmen.

In Abbildung 7 ist eine schematische Darstellung der verschiedenen Anlagen auf dem Versuchs- und

Demonstrationsfeld dargestellt:

Abbildung 7: Fließschema des Demonstrationsfeldes für Kleinkläranlagen in Dorf Mecklenburg

Tab. 21 gibt eine kompakte Darstellung der zz. auf dem Versuchs- und Demonstrationsfeld befindlichen

Kleinkläranlagen

Tab. 21: Kompakte Darstellung der auf dem Versuchsfeld befindlichen Kleinkläranlagen

Verfahren Auslegung Bauteile Zugelassen Belüftetes Festbett 4 [EW] Kompakte 3Kammeranlage DIBT SBR-Anlage 6 [EW] Kompakte 3Kammeranlage DIBT Tropfkörper 5 [EW] Kompakte 4Kammeranlage DIBT

tech

nisc

h

Scheibentauchkörper 4 [EW] Vorklärung(2KG)+ Scheibentauchkörper+ Nachklärung

DIBT

Vertikale Pflanzenkläranlage

6 [EW] Vorklärung(3KG)+ Verteilerschacht +Beet Nach DIN 4261-1 DWA A 262

natu

rnah

Horizontale Pflanzenkläranlage

1[EW] Vorklärung(3KG)+Beet Keine Unterlagen

Ferner ist eine Kurzbeschreibung der oben genannten Kleinkläranlagen sowie die ausführliche

Funktions- und technische Beschreibung der einzelnen Anlagen im LENZ (2004) zu finden.

Horiz. Pflanzenbeet

Vertik. Pflanzenbeet

Tropfkörper Rot. TauchkörperTauchkörper SBR

Horiz. Pflanzenbeet



ContainerContainerZ KA Dorf Mecklenburg

Sammelschacht

Vorklärung

Beschickungsschacht

Beschickung

Horiz. Pflanzenbeet



Horiz. Pflanzenbeet



ContainerContainerZ KA Dorf Mecklenburg

Sammelschacht

Vorklärung

Beschickungsschacht

Beschickung


3.4.3 Beschickungskonzept

Das Einzugsgebiet des Versuchsstandortes wird im Trennsystem entwässert, allerdings wird aufgrund

der geologischen Verhältnisse das nahezu ausschließlich häusliche Abwasser mit 13 Pumpwerken

gefördert. Die Beschickung des Versuchsfeldes erfolgt mit vom Grobstoff befreitem Abwasser der

kommunalen Kläranlage (Ablauf Sandfang). Die gesamte Beschickung der Kleinkläranlagen wird über

eine SPS der prEN 12556 Teil 3 nach Tagesganglinie eines Haushaltes (s. Anhang 13) entsprechend

gesteuert.

Das zur Beschickung der Anlagen benötigte Abwasser wird am Ende des zur Kläranlage Dorf

Mecklenburg gehörigen Sandfanges mittels einer Excenterschneckenpumpe entnommen und über eine

unterirdisch verlegte Ringleitung DN 50 in den Pumpenraum des Betriebscontainers gefördert. Eine

weitere Excenterschneckenpumpe im Inneren des Pumpenraumes befördert das Abwasser durch eine

im Container befindliche Zulaufmessstrecke und anschließend über pneumatisch steuerbare Ventile in

die zu beschickende Anlage.

Im Bereich der Zulaufmessstrecke befinden sich ein IDM zur Messung des gesamten zur Beschickung

kommenden Abwassers.

Das durch die verschiedenen Kleinkläranlagen gereinigte Abwasser fließt anschließend über

Freigefälleleitungen DN 100 in die zugehörigen Ablaufschächte ab. Eine füllstandsgesteuerte

Tauchmotorpumpe befördert dann das Abwasser in eine im Container untergebrachte

Ablaufmessstrecke. In dieser sind Geräte zur Messung von pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperatur,

Trübung, Durchfluss und Redoxpotenzial untergebracht, die nur planerisch einer Online-Überwachung

dienen sollten.

Die Steuerung dieser Anlage befindet sich ebenfalls im Container des Versuchsfeldes.

Im Schaltschrank sind sämtliche zur Steuerung notwendigen Aggregate untergebracht, ausgehend von

einer SPS werden alle programmierten Abläufe gesteuert. Dazu gehören die Schaltbefehle für

Zulaufpumpen, Magnetventile und Ablaufpumpen.

Beim Ausfall der Automatiksteuerung durch die SPS können die Anlagen auch durch einen

Handbetrieb weiter beschickt werden.

Die Beschickungsmenge ist analog EN 12566 Teil 3 [prEN Entwurf 2003] festgelegt, wobei

Fremdwasser bei Kleinkläranlagen nicht zu berücksichtigen ist, somit wird ein täglicher

Schmutzwasseranfall von 150 l/(E⋅d) anfänglich angenommen. Die Beschickung ist im

Anhang 13 und 17 detailliert erläutert.

44

4 Programm und Durchführung

4.1 Arbeitsprogramm

Aus den Zielsetzungen ergeben sich die Arbeitsschritte. In Tab. 22 ist das Programm der

Arbeitsschritte erfasst worden.

Tab. 22: Arbeitsprogramm

Vorgang Beschickung Test Dauer Probe Startphase 150 l/E·d

nach DIN*) Zulauffrachtbelastung 12 Wochen SP,

24hMP Korrekturphase 120 l/E·d

nach DIN**) Einstellung der Beschickung, Probenart, Entnahmezeit

ges. folgender Testzeitraum

SP

Test 1 Angelehnt an EN 12566-3

nach EN Regeln 12 Monate SP

Test 2 200l/E+120 l/E·d Stoßbelastung angelehnt an DIBT

einmalig SP

Test 3 120 l/E·d nach DIN**)

nach alten Regeln 12 Monate SP

Sonderuntersuchung 120 l/E·d nach DIN**)

nach Hygiene 6 Monate SP

*Berechnung nach hydraulischer Belastung **nach der Frachtberechnung

4.2 Startphase

4.2.1 Ausgangssituation

♦ Die Inbetriebnahme des Versuchs- und Demonstrationsfeldes fand im Oktober 2002 [RETZLAFF

2003] statt. Die vorliegende Forschungsarbeit erfolgte ab Februar 2003. Es ergaben sich Probleme

aufgrund der im Winter stattgefundenen Inbetriebnahme der Kleinkläranlagen, die zu Problemen bei

der Organismenbildung und –entwicklung führte, auch aufgrund des Planungsfehlers des

Beschickungssystems (s. Kap.5.2.4.1) und nicht zuletzt durch die festgestellte höhere Frachtbelastung

aller Anlagen. Die genannten Faktoren verursachten Problemkomplexe und beeinflussten dramatisch

die Ablaufwerte (s. Phase 1 im Test 1). Das erforderte eine Optimierung dieser Ausgangssituation.

♦ Zuerst erfolgten in der Startphase gründliche Untersuchungen, die sich wie folgt unterteilen:

1. Ermittlung des tatsächlichen Abwasseranfalles und der Beschaffenheiten.

2. Überprüfung der Bemessung und Belastungen. der Anlagen

3. Des Weiteren sind besondere Untersuchungen zu Probenart, -ort sowie Entnahmezeit

unternommen worden.

♦ Zunächst erfolgten Optimierungsversuche, im Einzelnen:

1. Die bauliche Korrektur des Beschickungssystems.

2. Maßnahmen zur Einstellungsoptimierung der hydraulischen Belastung.

3. Maßnahmen zur Betriebseinstellung der einzelnen Anlagen bis zur Demontage und Reinigung

einiger Anlagenteile (s. Kap. 5.2.4 ).

4 Programm und Durchführung 45

4.2.2 Erste Untersuchungen des Zulaufes

Die vorgenommenen Untersuchungen und deren Resultate lassen sich wie folgt unterteilen:

Abwasseranfall

Die Entsorgung geschieht im Trennverfahren, und damit entspricht der Abwasseranfall dem

tatsächlichen Wasserverbrauch in der Region von ca. 79 l/E·d. Hier sind Daten über den

Wasserverbrauch und Abwasseranfall vom Zweckverband Wismar sowie aus der Kläranlage

herangezogen worden.

Tab. 23: Abwasserströme im Zweckverband Wismar *

Angeschlossen EW 3857 ca. 90 % (der angemeldeten E)

Abwasser (bezahltes) [l/E·d] 79

Abwasseranfall in KA (=Abwasser+Fremdwasser*) [l/E·d] 111

davon Trinkwasser* [l/E·d] 101

Abwasseranfall im Haushalt** [l/E·d] 102

* [Quelle:ZV Wismar] Fremdwasser stammt aus den alten Wasserleitungen. Die befinden sich hauptsächlich in den alten Teilorten Dorf Mecklenburg und

Lübow, Berechnung ist im Anhang 14

** 2 Stichproben von 4EW-Haushalt in der Region

Dies entspricht auch einer Umfrage bei über 40 Kommunen, in der für den ländlichen Raum in

Mecklenburg-Vorpommern ein mittlerer spezifischer Abwasseranfall von ca. 110 l/(E⋅d) ermittelt wurde.

Allgemein konnte ein Trend zur Verringerung des spezifischen Schmutzwasseranfalls festgestellt

werden. Die genaue Berechnung für die Untersuchungen sind dem Anhang 14 zu entnehmen.

Abwasserzusammensetzung

Hier sind Daten des Rohabwassers der zentralen Kläranlage Dorf Mecklenburg herangezogen worden.

Es ist aus der Tab. 24 erkennbar, dass das Abwasser von Dorf Mecklenburg durch höhere

Schmutzkonzentrationen charakterisiert wird.

Tab. 24: Zusammensetzung des Rohabwassers im Zulauf der Z KA (Jahr 2003 und 2004)

Parameter Anzahl der Proben Mittelwert Schwankungsb ereich Temp. [C°] 98 12 6 - 19 pH - Wert 98 8 6 - 9 Farbe braun, getrübt Geruch häusliches AW BSB5 [mg/l] 136 598 120- 960 CSBh [mg/l] 135 1087 223 - 2128 NH4-N [mg/l] 137 72 24 - 114 Pges. [mg/l] 132 16 5 - 34

Eigene Untersuchungen des Zulaufs des Versuchs- und Demonstrationsfeldes (nach dem Rechen und

Sandfang) sowie auch in der Region bestätigen die hohe Schmutzkonzentration wie in Tab. 25

dargestellt.

4.Programm und Durchführung 46

Tab. 25: Vergleiche der Konzentrationen im Rohabwasser

Parameter [mg/l] BSB 5 CSB AFS N P EN 12566-3 (2003) 150 – 500 300 – 1.000 200 - 700 22 – 80 5 - 20 Zulauf KA Dorf Mecklenburg 120- 960 223 - 2128 24 - 1142) 5 - 34 Erhebung DWA Nord-Ost 533 1.082 n.b. 104 18 Barjenbruch u. Eckstädt (1998) 600 1.295 n.b. 822) 17 Rohabwasser nach DWA A 1311) 400 800 466 73 12

1) Konzentration berechnet mit 150 l/(E⋅d); 2) nur NH4-N; n.b. nicht bestimmt

Die Verminderung der CSB-Konzentration durch den Rechen und Sandfang wurde ca. 20 % anhand

einer Vergleichsanalyse festgelegt (s. Anhang 15). Dies wird im Laufe der Arbeit bestätigt, so wurde

innerhalb des Untersuchungszeitraumes ein Mittelwert von 954 mg CSB/l im Zulauf des Versuchsfeldes

gegenüber einem Wert von 1087 mg CSB/l im Zulauf der zentralen Kläranlagen Dorf Mecklenburg

gemessen. Das entspricht einer Verminderung 88 % (s. Tab. 26). Augenscheinlich ist die Verminderung

des AFS um 64 % (nach der Vorreinigung in der ZKA).

Tab. 26: Verminderung der Schmutzfracht des Zulaufes ins Versuchsfeld

Parameter [mg/l] CSB AFS Rohabwasser (Zulauf KA) 1087 417(n=12) Zulauf Versuchsfeld 954 266 (n=98) Verminderungsfaktor 0,88 0,64

Ferner hat DIBT den Vorwurf erhoben, dass durch das Pumpen das Absetzverhalten gestört wird, da

die Feststoffe zerkleinert werden. Im Gegenteil zu normalem Hausabwasser enthählt das Rohabwasser

in Dorf Mecklenburg kleine Steine und Sand (s. Anhang 12). Aus der Abbildung 8 ist zu erkennen, dass

bei der Probe aus den Freigefällen die gemessenen Abstatzsoffe am Anfang hoch waren jedoch sich

schnell abgesetzt haben. Der hohe Sedimentierungsgrad ist durch den groben Feststoffeanteil

verursacht. Im Gegensatz dazu verhält sich die Sedimentation bei dem gepumpten Abwasser fast

grade(s.Abbildung 8). Hier setzten sich die zerkleinerten Feststoffe schwer ab und dadurch zu eine

abflachung der Absetzstoffenlinie kommt.

0

5

10

15

20

25

30

0 30 60 90 120 150 180

Verlauf der Feststoffabsetzszeit in Imhofttrichter [min]

Abwasser in Freigefälle QMP gepumptes Abwasser QMP

Abs

etzs

toffe

[ml/l

]

Abbildung 8: Vergleich des Absetzverlaufes von Rohabwasser aus Freigefälleleitungen und im Versuchsfeld


Zur Beschickung

Als das Versuchs- und Demonstrationsfeld im Oktober 2002 in Betrieb genommen wurde, erfolgte die

Beschickung analog EN 12 566 Teil 3 [prEN ENTWURF 2003], wobei Fremdwasser nicht zu

berücksichtigen war. Es wurde nach EN 12 566 ein täglicher Schmutzwasseranfall von 150 l/(E⋅d)

angenommen, was vermutlich der Rohabwasserkonzentration (≤ 1000 g CSB/l) entspricht

Da im Abwasser von Dorf Mecklenburg höhere Schmutzkonzentrationen vorliegen, wurden die

verschiedenen Anlagen nach der ersten Phase mit einem täglichen Schmutzwasseranfall von

120 l/(E⋅d) beaufschlagt. Die Überprüfung der Schmutzfracht anhand der CSB-Zulaufwerte und die

Berechnung sind aus dem Anhang 16 zu entnehmen.

Im Fall des Versuchsfeldes Dorf Mecklenburg wird die Beschickungsmenge über die Laufzeit der

Excenterschneckenpumpe im Inneren des Containers geregelt. Die Beschickung kann nur durch die

Pumpeneinstellung reguliert werden. Für die Anfangssituation fördert die Excenterschneckenpumpe

eine Abwassermenge von 1 l/s, um die Anlagen mit der in der DIN EN 12566-3 geforderten

Schmutzwassermenge entsprechend im dafür vorgesehenen Zeitraum zu beschicken. Damit ergab sich

die Laufzeit analog der Tagesganglinie (s. Anhang 17).

Durch das Herabsetzen der Fördermenge auf 0,8 l/s wurde bei gleicher Pumpenlaufzeit eine

Verringerung der Gesamtfördermenge entsprechend der gewünschten 120 l/(E·d) erreicht. Der Vorteil

dieser Variante lag darin, dass kein Eingriff in die SPS notwendig war, und somit ständig auf

einfachstem Wege eine Veränderung der gemeinsamen Zulaufmenge erfolgen konnte. Der Nachteil

aus dieser Steuerungsvariante ergibt sich daraus, dass sich eine Veränderung der Fördermenge nicht

speziell für jede Anlage einstellen lässt, sondern stets alle Anlagen von einer Korrektur betroffen sind.

Dies ergibt in Abhängigkeit von der Bemessungsgröße der installierten Anlagen folgende

Gesamtzulaufmengen pro Tag:

Tab. 27: Beschickungsmengen der einzelnen Anlagen

Anlage Auslegung Menge [l/d] EW Anfangsphase Versuchszeit getauchtes Festbett 4 600 480 SBR-Anlage 6 900 720 Tropfkörperanlage 5 750 600 Scheibentauchkörper 4 600 480 vertikal durchströmtes Pflanzenbeet 6 900 720 horizontal durchströmtes Pflanzenbeet 1 150 120

Der Beschickungsplan jeder Anlage und die Aufteilung der Gesamtabwassermenge bezüglich weiterer

Einwohnerwerte, sowie die zeitliche Verteilung der täglichen Schmutzwassermenge in Abhängigkeit

von der Größe des Haushaltes nach EN 12566-3 befinden sich ausführlich im Anhang 13.

Zur Beprobung

Aufgrund der Tatsache, dass das Zulaufabwasser nicht dem Rohabwasser aus dem Haushalt

entspricht, sind folgende Untersuchungen unternommen worden. Sowohl die Entnahmezeit als auch

die Probenart stellen eine Abweichung von ca. 20 % dar. Außerdem liegt eine Verminderung der

Schmutzfrachtkonzentration von88 % auf CSB bezogen (s. Tab. 26) in dem Versuchsfeldzulauf

gegenüber dem Rohabwasser vor.


Alle diese Faktoren machen eine kontinuierliche, jedoch konstante Abweichung von etwa 20 %

(954 SP-Wert mg CSB/l zu 1200 Tagesmittelwert mg CSB/l) aus und untermauern die Sicherheit der

weiteren Ergebnisse.

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

Entnahmezeitspanne

2h-MP (Wochenende) 971 1250 1274 1144 1198 1335 1137 1206 1044 1182 1061 863

2h-MP (Werktag) 1035 1252 1366 1387 1336 1334 1418 1419 1416 1209 1042 1064

07-09

09-11

11-13

13-15

15-17

17-19

19-21

21-23

23-01

01-03

03-05

05-07

EU-Anforderung bei 1000 mg CSB/l

Beprobung

Zul

aufk

onze

ntra

tion

in m

g C

SB

/l

Abbildung 9: Gemessene Tagesganglinien des Zulaufes an einem Werktag und einem Wochenende

4.2.3 Konstruktive Änderung

♦ Aufgrund der hohen Konzentration, die das Abwasser in der Region charakterisiert, wurde die

hydraulische Belastung um 20 % herunter korrigiert, und damit wurden die Anlagen ab Phase 2

entsprechend wie in der Tab. 28 beaufschlagt. Somit ist eine Einhaltung der Anforderung an die

Zulauffrachten der EN 12566 gewährleistet.

♦ Dies ergibt in Abhängigkeit von der Bemessungsgröße der installierten Anlagen folgende

Gesamtzulaufmengen pro Tag :

Tab. 28: Beschickungsmengen der einzelnen Anlagen

Anlage Auslegung Menge [l/d] EW Anfangsphase Versuchszeit getauchtes Festbett 4 600 480 SBR-Anlage 6 900 720 Tropfkörperanlage 5 750 600 Scheibentauchkörper 4 600 480 vertikal durchströmtes Pflanzenbeet 6 900 720 horizontal durchströmtes Pflanzenbeet 1 150 120


Der Beschickungsplan jeder Anlage und die Aufteilung der Gesamtabwassermenge bezüglich weiterer

Einwohnerwerte sowie die zeitliche Verteilung der täglichen Schmutzwassermenge in Abhängigkeit von

der Größe des Haushaltes nach EN 12566-3 befinden sich ausführlich im Anhang 17.

♦ Die Beprobung fand zwischen 8:00 und 9:00 Uhr mittels SP statt und stellt eine Abweichung von

24h-MP um ±18 % dar.

♦ Die Probenentnahme des Zulaufs fand im Zulauf des kompakten belüfteten Festbettes (nach

Sandfang und Fettabscheider der zentralen Anlage) statt. Die Konzentration war hier um 20 %

geringer, bezogen auf das Rohabwasser.

♦ Die Anlagen werden jeweils mit 120 l/E·d Schmutzwasser beschickt. Es zeigt sich gegenüber dem

spezifischen Schmutzwasseranfall eine Leistungsreserve von 33 % .

Die oben genannten Punkte stellen die neue Ausgangssituation für die folgenden Untersuchungen dar.


4.3 Nachberechnung der Bemessung der ausgewählten K leinkläranlagen

4.3.1 Belüftetes Festbett

Die Anlage besteht prinzipiell aus 3 miteinander verbundenen Bereichen:

1. einem Vorklärbereich, in dem Grob-, Schwimm- und absetzbare Stoffe zurückgehalten und der

Überschussschlamm aus der Nachklärung gespeichert werden,

2. einem biologischen Reaktor, in dem das getauchte Festbett installiert ist und

3. einem Nachklärbereich, in dem der Überschussschlamm vom gereinigten Abwasser abgetrennt

wird.

Abbildung 10: Aufbau der kompakten belüfteten Festbettanlage für 4 EW

♦ In einer Standard-Mehrkammerabsetzgrube ist die technische Ausrüstung in einem DIN-

gerechten Behälter untergebracht. Die Volumina der Kammern bilden zueinander ein Verhältnis

von 2:1:1. Im Fall der Anlage im Versuchsfeld Dorf Mecklenburg fließt das von Grobstoffen

befreite Abwasser der Vorklärung zu (s. Kap. 3.4.2). Durch Sedimentation kommt es zum

Absetzen des Primärschlammes auf dem Boden der Vorklärung. Ein Tauchrohr als Verbindung

zum Bioreaktor verhindert den Eintrag von Schwimmschlamm in die biologische

Reinigungsstufe.

Druckluftheber

Ablauf

Nachklärung

Nachklärschräge

Zulauf

Vorklärung

Druckluftheber

Ablauf

Luftzufuhr

Festbett

Belüfter

Luftzufuhr

Luftzufuhr

Nachklärung


♦ Die eigentliche biologische Reinigung des Schmutzwassers erfolgt in der 2. Kammer, in der das

belüftete Festbett untergebracht ist. Die Reinigung des Abwassers wird durch die sich auf der

Oberfläche des Festbettes angesiedelten Bakterien bewirkt. Als Trägermaterial verwendet die Firma

Uponor röhrenförmige netzartige Kunststoffblöcke (Abbildung 10), die durch eine große spezifische

Oberfläche und hohe Widerstandsfähigkeit in Bezug auf aggressives Abwasser gekennzeichnet

sind.

♦ Die Luft wird über die unterhalb des Festbettes installierten Belüftungsrohre in die

Reaktionskammer eingetragen. Die durch den Membranverdichter erzeugte Druckluft wird so in

feine Luftbläschen aufgeteilt und dem Abwasser zugeführt. Durch die anschließende

Aufwärtsbewegung der Luftblasen erfolgt zum einen die Belüftung des Festbettes und zum anderen

der Austrag des Sekundärschlammes durch Abtrag des überschüssigen Biorasens von den

Reaktionsobjekten. Eine weitere wichtige Aufgabe der Belüftung liegt in der gleichmäßigen

Vermischung des Abwassers mit den auf dem Trägermaterial anhaftenden Bakterien. Weiterhin

wird das Auftreten einer Kurzschlussströmung verhindert, die bei der Konstellation des Zu- und

Abflusses der Reaktionskammer durchaus möglich wäre. Die Verstopfung des Festbetts wird durch

die Vorklärung und die gleichmäßige Belüftung der Reaktionskammer vermieden.

• Im Nachklärbecken erfolgt eine Trennung von gereinigtem Abwasser und überschüssigem

Biorasen durch mechanische Absetzprozesse bzw. Sedimentation der Reststoffe. Die als

Überschussschlamm oder Sekundärschlamm bezeichneten Reststoffe sammeln sich auf dem

Boden des Nachklärbeckens und können, begünstigt durch die Trichterform des Behälters,

mittels einer Drucklufthebeanlage in die Vorklärung zurückgeführt werden. Von dort aus werden

sie zusammen mit dem Primärschlamm in Abhängigkeit ihrer Menge entsorgt.

• Das gereinigte Abwasser fließt durch die Verdrängungswirkung des diskontinuierlich zulaufenden

Abwassers in freiem Gefälle aus der Nachklärung ab. Ein eventueller Austrag von möglichem

Schwimmschlamm wird auch hier durch ein Tauchrohr verhindert.

• Im Prüffeld fließt das gereinigte Abwasser über eine Freigefälleleitung in einen Pumpenschacht, der

im hiesigen Fall den Prüfschacht darstellt und füllstandsgesteuert das gereinigte Abwasser der

Kläranlage Dorf Mecklenburg zuführt. Weitere Beschreibungen der Funkion sind in Anlage 2 näher

erläutert.

Grundlage für die Anwendung, Konstruktion und Bemessung dieser Anlage ist die

EN 12566 mit den Ergänzungen der DIN 4261, Teil 2.


Nachberechnung der Bemessung

In Tab. 29 sind die technischen Daten der Anlage sowie eine Vergleichsrechnung zwischen den

Berechnungen, die zur Erlangung der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (Bemessung)

führten und dem Ist-Zustand (nachberechnet) der auf dem Versuchsfeld befindlichen Anlage

gegenübergestellt.

♦ Die erwartete Reduzierung der Schmutzfracht [60g BSB5/(EW·d)] durch die Vorklärung wurde

aufgrund der Einkammerabsetzgrube und der somit angenommenen eingeschränkten

Absetzwirkung von 1/3 Frachtreduzierung nach VK auf 1/6 herabgesetzt. Damit wird der Festbett

mit 50 g BSB5/(EW·d) anstatt mit 40 g BSB5/(EW·d) belastet.

♦ Die maximale Belastung des Festbettes liegt laut Zulassung bei 2,5 g BSB5/(m²·d). Dieser Wert wird

nur bei einer reduzierten Beschickung mit 120 l/(E·d) erreicht (Phase 2). Somit ist eine deutliche

Überbelastung des Festbettes festzuhalten.

♦ Nach Angaben aus der DIN 4261-2 ist eine maximale Festbettbelastung [≤ 4,0 g BSB5/(m²·d)]

festgelegt. Bei Zugrundelegung dieses Wertes sind die beiden unteren Belastungsansätze

(Unterlast und Normalbeschickung mit 120 l/(EW·d)) innerhalb der zusätzlichen Grenzen. Um die

nach der Zulassung maximale BSB5-Flächenbelastung von 2,5 g BSB5/(m²·d) einzuhalten, wäre

eine Festbettfläche von 88 m² (bei durchschnittlich 220 g/d BSB5) notwendig. Somit ist die

eingebaute Festbettfläche um 25 m² zu klein.

♦ Bei der nach DIN 4261-2 vorgeschriebenen Flächenbelastung von 4 g BSB5/(m²·d) würde jedoch

eine Festbettfläche von 55 m² genügen. In Anbetracht der aufgetretenen Probleme ist jedoch davon

abzuraten, so hohe Flächenbelastungen zur Dimensionierung dieser Anlagen zu wählen.

Die anderen nach DIN 4261-2 vorgeschriebenen Grenzwerte wurden eingehalten.


Tab. 29: Vergleich der abwassertechnischen Berechnung zur Zulassung und zum Ist-Zustand des

belüfteten Festbettes [LENZ 2004, geändert]

Bemessung nachberechnet mit Bemessung Dimension

150 l/(E·d) 120 l/(E·d) 150 l/(E·d)

Einwohnergleichwerte EW 4 EW 4 EW 4 EW Tägliche Abwassermenge 150 l/(EW·d) 0,60 m³/d 0,48 m³/d 0,60 m³/d Tagesspitzenfaktor 10 h/d 10 h/d 10 h/d Stündliche Abwassermenge 0,06 m³/h 0,048 m³/h 0,06 m³/h

Tägliche Schmutzfracht=60 g BSB5/(EW·d) 0,24

kg BSB5 /d 0,26 kg BSB5 /d

0,32 kg BSB5 /d

Tägliche Schmutzfracht nach VK =50

g BSB5/(EW·d)] 0,20 kg BSB5 /d

0,22 kg BSB5 /d

0,27 kg BSB5 /d

Vorklärung Behälteranteil=0,5 Vges. 1 Kammer 1 Kammer 1 Kammer Innendurchmesser m 2,00 2,00 2,00 Wassertiefe m 1,26 1,26 1,26 Volumen Vorklärung m³ 1,98 1,98 1,98 davon Schlammstapelraum [150l/EW·a] m³ 0,60 0,60 0,60 Festbettreaktor

Behälteranteil=0,25 Vges. 1 Kammer 1 Kammer 1 Kammer Innendurchmesser m 2,00 2,00 2,00 Wassertiefe m 1,26 1,26 1,26 Volumen Festbettreaktor m³ 0,99 0,99 0,99 Festbetthöhe m 0,80 0,80 0,80 Festbettvolumen m³ 0,63 0,63 0,63 spezifische Festbettoberfläche m²/m³ 100 100 100 installierte Festbettoberfläche (>=45 m²) nach DIN 4261-2 m²

62,83 63,00 63,00

Festbettbelastung <= 2,5 Zulassung) nach DIN 4261-2 <= 4,0 g g BSB5/m² ·d

3,18 3,49 4,29

Nachklärung Behälteranteil 0,25 Vges. 1 Kammer 1 Kammer 1 Kammer Innendurchmesser m 2,00 2,00 2,00 Wassertiefe(>1,0 m) nach DIN 4261-2 m 1,26 1,26 1,26 Volumen Nachklärung m³ 0,99 0,99 0,99 Oberfläche (>0,7m²) nach DIN 4261-2 m² 0,79 0,79 0,79 Oberflächenbeschickung <0,3 nach DIN 4261-2 m³/m²*h

0,08 0,061 0,08

Rückführmenge Sekundärschlamm [>=5l/EW·d] m³/d

0,02 0,02 0,02

Aufenthaltszeit nach Abzug Schräge (>=3,5h) nach DIN 4261-2 h

9,96 12,5 9,96


4.3.2 SBR-Anlage

Die SBR-Anlage stellt eine Belebungsanlage dar und ist eine Verfahrensvariante der aeroben

biologischen Behandlung von häuslichem Schmutzwasser mittels suspendierter Biomasse. Grundlage

für die Anwendung, Konstruktion und Bemessung dieser Anlagentypen ist die prEN 12566 mit den

Ergänzungen der DIN 4261 Teil 2. Die Anlage wurde in Anlehnung an diese Norm konzipiert und

besteht im Wesentlichen aus:

1. einem Behälter, unterteilt in Vorklärkammer I und gleichzeitig einem

Überschussschlammspeicher, Vorklärkammer II und dem Aufstaubecken bzw.

Belebungsbecken,

2. einem Belüfter,

3. einer Klarwasserabzugspumpe und dem Probennahmebehälter,

4. einem Druckluftheber,

5. einer Vorspeicherpumpe und

6. einem Schaltschrank mit Verdichter

Die Anordnung der Bestandteile kann der Abbildung 11 entnommen werden.

Abbildung 11: Aufbau SBR-Anlage [LENZ 2004t]

Die Anlage ist in einer Standard-Mehrkammerabsetzgrube untergebracht und stellt somit eine

Nachrüstung dar.


Die Mehrkammergrube besteht aus werkseitig vorgefertigten und güteüberwachten Betonfertigteilen

nach DIN 4234 Teil 2 und ist durch einen begehbaren und abnehmbaren Schachtdeckel verschlossen.

Sämtliche in dem Schacht befindlichen Teile bestehen aus korrosionsbeständigem Material und

gewährleisten eine hohe Funktionssicherheit.

Im Schaltschrank, der sich unmittelbar neben der Anlage befindet, sind die Steuerungseinrichtungen

und der Membranverdichter, der die notwendige Druckluft zur Belüftung erzeugt, untergebracht.

Des Weiteren ist auf dem Schaltschrank eine optische Warnanzeige montiert, die bei

Betriebsstörungen, insbesondere einem Überstauen der Belebungskammer, durch einen Schwimmer

ausgelöst wird und ein Erkennen betrieblicher Störungen erleichtert.

Prinzipiell kann dieses Verfahren in 4 Phasen unterteilt werden:

1. Abwasserzufluss in die 1. Kammer der Vorklärung,

2. das Abwasser wird mittels einer Tauchmotorpumpe in das Belebungsbecken gepumpt,

anschließend erfolgt eine intermittierende Belüftung des im Belebungsbecken befindlichen

Schmutzwassers,

3. Sedimentationsphase nach dem Belüftungszyklus und abpumpen des Klarwassers durch eine

Tauchmotorpumpe,

4. Überschussschlamm wird mittels Drucklufthebeanlage abgepumpt.

Nach Beendigung der 4. Phase erfolgt eine erneute Beschickung des Belebungsbeckens mit dem in

der 2. Vorklärkammer gespeicherten Abwasser.

Weitere Beschreibungen in Anlage 2 sollen die Phasen der Abwasserreinigung näher erläutern.



Eine Nachberechnung der Bemessung dieser Anlage führte zu dem Ergebnis, dass die auf dem

Versuchsfeld Dorf Mecklenburg installierte Anlage den Berechnungen zur Erlangung der Zulassung

durch das DIBt entspricht. Lediglich die modifizierte Zulauffracht bringt Veränderungen in die

Berechnung ein. Die rot markierten Werte geben die von der Bemessung abweichenden Daten wieder.

Diese Abweichung beeinflusst die Schlammabzugszeiten und wurde im Laufe des Betriebes

entsprechend optimiert.

Tab. 30: Vergleich der abwassertechnischen Berechnung zur Zulassung und Ist-Zustand der SBR-

Anlage [LENZ 2004, geändert]

nach DWA A 131 Bemessung nachberechnet mit

Dimension

150 l/(E·d) 120 l/(E·d) 150 l/(E·d)

Bemessung Einwohnergleichwerte [EW] 6 EW 6 EW 6 EW tägliche Abwassermenge [150 l/(EW·d)] 0,90 m³/d 0,72 m³/d 0,90 m³/d Tagesspitzenfaktor 10 h/d 10 h/d 10 h/d stündliche Abwassermenge 0,09 m³/h 0,072 m³/h 0,09 m³/h

tägliche Schmutzfracht 60 [g BSB5/(EW·d)] 0,36


0,48 kg BSB5 /d

Eine Reduzierung der Schmutzfracht durch die Vorklärung ist bei der Bemessung nicht vorgesehen. Überschussschlammproduktion [kg TS/kg BSB5] 0,76 0,76 0,76 Belebungsbeckengröße [m³] 1,8 1,95 2,4 Reaktionszeit [h] 10 10 10 Absetzzeit [h] 2 2 2 Gesamtzyklusdauer [h] 12 12 12 Zyklen pro Tag n 2 2 2 vergrößertes SBR-Becken [m³] 2,16 2,34 2,88 Min. SBR Volumen berechnet [m³] 1,94 2,12 2,58 max. SBR Volumen berechnet [m³] 2,38 2,57 3,03 Raumbelastung [kg BSB5/m³·d] 0,16 0,15 0,15 Raumbelastungsgrenzwert [kg BSB5/m³·d] 0,2 0,2 0,2 Behälterhöhe SBR-Becken [m] 3,05 3,05 3,05 Durchmesser des SBR Behälters [m] 2,0 2,0 2,0 max. Wasserstand SBR-Becken [m] 1,75 1,75 1,75 vorh. Volumen SBR- Becken [m³] 2,75 2,75 2,75 Abzugshöhe aus SBR- Becken [m] 0,29 0,29 0,29 Speichervolumen VSP [m³] 0,65 0,65 0,65 Vorklärung/ ÜSS [m³] 1,8 1,8 1,8 Volumen VSP/ VK/ ÜSS [m³] 2,45 2,45 2,45 Behälterhöhe VSP/ VK/ ÜSS [m] 3,05 3,05 3,05 Durchmesser des VSP/ VK/ ÜSS- Behälters [m] 2,0 2,0 2,0 max. Wasserstand des VSP/ VK/ ÜSS- Behälters

[m] 1,90 1,9 1,9

vorh. Volumen VSP/ VK/ ÜSS- Behälters [m³] 2,98 2,98 2,98 Spezifischer Sauerstoffbedarf OVc [kg O2/24h] 0,576 0,624 0,768 Spezifischer Sauerstoffbedarf OVN [kg O2/24h] 0,276 0,276 0,276 Sauerstoffbedarf pro Tag OVges. [kg O2/24h] 0,852 0,900 1,044 Sauerstoffbedarf pro Stunde OVges (h). [kg O2/h] 0,071 0,075 0,087 Sättigungsdefizit OB [kg O2/h] 0,080 0,084 0,098 Spez. Sauerstoffeintrag des Belüfters

[kg O2/m³·m] 0,011

0,011

0,011

Sauerstoffzufuhr Soll [m³/h] 3,03 3,49 4,18 Verdichterleistung Ist [m³/h] 7,2 n.b. n.b


4.3.3 Tropfkörperanlage

Die Tropfkörperanlage ist eine Verfahrensvariante der aeroben biologischen Behandlung häuslichen

Schmutzwassers mit sessiler Biomasse. Deshalb ist auch bei dieser Anlage die prEN 12566 mit den

Ergänzungen der DIN 4261 Teil 2 Grundlage für die Bemessung, Konstruktion und Anwendung.

Die Tropfkörperanlage ist eine Kompaktanlage, sämtliche zur Abwasserreinigung notwendigen

Segmente, sowohl mechanischer als auch biologischer Art, sind in einem Behälter untergebracht, der

im Wesentlichen aus folgenden Teilen besteht :

1. einem Vorklärbereich, in dem Grob-, Schwimm- und absetzbare Stoffe zurückgehalten und

Überschussschlamm gespeichert werden kann,

2. einem zweiten Vorklärbereich, der ebenfalls der Speicherung von Grob-, Schwimm und

absetzbaren Stoffen dient und weiterhin zur Einleitung des rezirkulierten Abwassers aus der

biologischen Stufe genutzt wird,

3. dem aus Lavagestein bestehenden Tropfkörper, der den biologischen Reaktor darstellt,

4. einem Nachklärbereich, in dem der Überschussschlamm vom gereinigten Abwasser getrennt

wird und gemeinsam mit dem Rücklauf in die 1. Vorklärkammer zurückgefördert wird,

5. einer Pumpe, die das durch den Tropfkörper gerieselte Abwasser am Behälterboden absaugt

und der Vorklärung bzw. der Nachklärung zuführt,

6. einer weiteren Pumpe, die für die Beförderung des Überschussschlammes in die Vorklärung

sorgt,

7. der Beschickungseinrichtung, die der gleichmäßigen Verteilung des Abwassers auf dem

Tropfkörper dient und

8. aus dem Steuerschrank, der die Elektronik zur Steuerung und Überwachung der Anlage

beinhaltet.

Abbildung 12: Aufbau des Tropfkörpers [LENZ, 2004]


Die genaue Funktion der Anlage ist in Anlage 2 näher beschrieben.


In Tab. 31 ist eine Vergleichsrechnung zwischen Berechnung nach Zulassung und einer

Nachberechnung der Bemessung zusammengefasst.

Die Spalte Bemessung entspricht den Angaben der Herstellerfirma. Bei der Nachberechnung der

Bemessung wurden die Berechnungen mit entsprechender Beschickungsmenge und veränderten

Rücklaufverhältnissen (Qs) wiederholt.

♦ Bei der BSB5-Fracht wurde der Mittelwert der anfänglichen BSB5-Zulaufkonzentrationen benutzt,

um eine Abschätzung der tatsächlichen Belastung in die Berechnung einfließen zu lassen. Beim

Vergleich der vorgegebenen Parameter (durch DIN) mit den faktischen Daten wird ersichtlich, dass

das Tropfkörpervolumen (1,41 m³) relativ deutlich vom Mindestvolumen (2,0 m³) abweicht und somit

einen Schwachpunkt der Anlage darstellt. Bei der Berechnung der Raumbelastung wird festgestellt,

dass die nach DIN 4261-2 geforderte Belastung von 150 g/(m³·d) BSB5 überschritten wird.

♦ Bei der Beschickung mit 120 l/(EW·d) und einer durchschnittlichen BSB5-Belastung von 220 g/d

wäre ein Festbettvolumen von 1,46 m³ notwendig, um die maximale Belastung nach DIN

einzuhalten. Bei der Beschickung mit 150 l/(EW·d) und einer mittleren BSB5-Fracht von 260 g/d

müsste das Tropfkörpervolumen sogar 1,7 m³ betragen.

♦ Da die hydraulische Belastung rechnerisch hoch ist, wird hier, um den speziellen Verdünnungseffekt

zu erreichen, die Pumpenlaufzeit geändert. Als Orientierungsziel war die Anforderung an die

Reinigung zu gewährleisten. Dadurch läuft die P2 die vierfache Zeit, die in der Zulassung der

Anlage angegeben ist. Abgesehen vom hohen Energiebedarf ist die Anlage durch die hohen

Fördermengen der Pumpe 2 zum einen hydraulisch überlastet, zum anderen sorgt die Verwirblung

für eine Verminderung der Absetzwirkung des Sekundärschlammes.


Tab. 31: Vergleich der abwassertechnischen Berechnung zur Zulassung und des Ist-Zustandes

des Tropfkörpers [LENZ 2004, geändert]

Kennwert Bemessung nachberechnet mit

Bemessung

Dimension

nach DIN 150 l/(E·d) 120 l/(E·d) 150 l/(E·d)

Einwohnergleichwerte [EW] 5 EW 5 EW 5 EW tägliche Abwassermenge [150 l/(EW·d)] 150 0,75 m³/d 0,60 m³/d 0,75 m³/d Tagesspitzenfaktor [h/d] 10 10 10 10 stündliche Abwassermenge [m³/h] 0,075 0,060 0,075

tägliche Schmutzfracht [60g BSB5/EW·d]

60 0,30


0,40 kg BSB5 /d

tägliche Schmutzfracht nach VK

[40g BSB5/EW·d] 40

0,20 kg BSB5 /d

0,22 kg BSB5 /d

0,26 kg BSB5 /d

Vorklärung Nutzinhalt [m³] 2,2 2,5 2,5 2,5 Nutzinhalt/EW [m³] 0,55 0,5 0,5 0,5 Wassertiefe [m] 2,25 2,25 2,25 Oberfläche 1 Kammer [m²] 0,73 0,73 0,73 Oberfläche 2 Kammer [m²] 0,36 0,36 0,36 Tropfkörper

Oberfläche [m²] 0,94 0,94 0,94 Nutzinhalt [m³] ≥ 2,0 1,41 1,41 1,41 Raumbelastung [kg BSB5/m³·d] ≤ 0,15 0,14 0,16 0,18 Tropfhöhe [m] ≥ 1,5 1,5 1,5 1,5 Rücklaufverhältnis [m³/m³] 3 *) 3 3 3 Gesamt- Förderleistung QNK+QR [m³/h] 1,9 1,9 1,9 Fördermenge zur NK , QNK [m³/h] 0,48 0,48 0,48 Rücklauf- Fördermenge QR [m³/h] 1,43 1,43 1,43 Tägliche Rücklauf-Fördermenge QR,d [m³/d] 5,10 24,81 25,17 Oberflächenbeschickung qA,TK] [m/h ≥ 0,6 1,60 1,59 1,60 Nachklärung Oberfläche [m²] ≥ 0,7 0,73 0,73 0,73 Nutzinhalt [m³] 1,5 1,64 1,64 Förderleistung P2 [m³/h] 4,87 4,87 4,87 Laufzeit je Schaltung [min] 0,5 1 1 Anzahl der Schaltungen n [1/d] 24 96 96 tägliches Fördervolumen Qs [m³/d] 0,97 7,79 7,79 gesamte Rücklaufwassermenge QRd+ Qs [m³/d] 6,07 32,6 32,96 Oberflächenbeschickung, qA,NK [m/h] ≤ 0,4 *) 0,16 *) 0,53 *) 0,57 *) Aufenthaltszeit tv [h] ≥ 3,5 *) 15,3 *) 27,3*) 21,8 *) *) bezogen auf Q10 + Qs [m³/h]


4.3.4 Rotationstauchkörper

Der Rotationstauchkörper stellt ebenfalls ein Verfahren zur aeroben biologischen Abwasserbehandlung

dar. Auch hier gelten die bereits genannten DIN für Bemessung, Konstruktion und Anwendung.

Abbildung 13: Aufbau der Scheibentauchkörperanlage [LENZ 2004]

Die Wesentlichen Bestandteile dieser Anlage sind:

1. die Vorklärung, sie ist im Gegensatz zur integrierten Vorklärung der Kompaktanlagen in einer

Mehrkammerabsetzgrube untergebracht. Hier erfolgt die Abtrennung der ungelösten Stoffe,

2. ein Schöpfwerk, mit dem das Abwasser hydraulisch gleichmäßig dem Tauchkörper zugeführt

wird,

3. der Tauchkörper selbst, der den biologischen Reaktor darstellt,

4. ein Elektromotor als Antriebsorgan,

5. ein Nachklärbereich, in dem der Überschussschlamm vom gereinigten Abwasser abgetrennt

wird,

6. eine Überschussschlammpumpe zum Absaugen des Schlammes in der Vorklärung.

Die Funktion ist genau in Anlage 2 erläutert.


♦ In der Beschreibung der Anlage wurde bereits darauf eingegangen, dass entgegen der eigentlichen

Bauweise eine separate Vorklärung gebaut wurde. Aus diesem Grund wird die 3. Kammer der

Mehrkammergrube zusätzlich für die Nachklärung genutzt. Deshalb ergeben sich die abweichenden

Daten bei der Vor- und Nachklärung (s. Datenblatt).

♦ Durch den zu tiefen Einbau des Tauchkörperbehälters wurde das Vorspeichervolumen erheblich

reduziert, was sich negativ auf das Abpuffern von Stoßbelastungen auswirkte.


♦ Ansonsten entspricht die auf dem Versuchsfeld befindliche Anlage den Angaben der Zulassung und

erfüllt die Vorgaben der DIN 4261-2.

In Tab. 32 ist die Berechung der Zulassung und die Nachberechnung der Bemessung

gegenübergestellt.

Tab. 32: Vergleich der abwassertechnischen Berechnung zur Zulassung und des Ist-Zustandes des

Scheibentauchkörpers [LENZ 2004, geändert]

Kennwert Bemessung nachberechnet mit

Dimension

nach DIN 150 l/(E·d) 120 l/(E·d) 150 l/(E·d)

Bemessung Einwohnerwerte [EW] 4 EW 4 EW 4 EW tägliche Abwassermenge [150 l/(EW·d)] 150 0,60 m³/d 0,48 m³/d 0,60 m³/d Tagesspitzenfaktor [h/d] 10 10 10 10 stündliche Abwassermenge [m³/h] 0,06 0,048 0,06

tägliche Schmutzfracht [60g BSB5/(EW·d)]

60 0,24


0,32 kg BSB5 /d

tägliche Schmutzfracht nach VK

[40g BSB5/EW·d] 40

0,16 kg BSB5 /d

0,17 kg BSB5 /d

0,21 kg BSB5 /d

Vorklärung Innendurchmesser [m] 2,50 2,00 2,00 Wassertiefe [m] 1,12 0,95 0,95 Volumen Vorklärung VVK ges. [m³] 2,2 4,5 2,93 2,93 Volumen der VK 1 [m³] 3,00 1,49 1,49 Volumen der VK 2 [m³] 1,5 0,75 0,75 Volumen der VK 3 [m³] - 0,75 0,75 davon Schlammstapelraum [150l/EW·a] 0,6 0,60 m³ 0,60 m³ 0,60 m³ Rotationstauchkörper [g BSB5/m²·d] Flächenbelastung ≤ 8 2,72 2,89 3,57 spezif. Oberfläche des Tauchkörpers (1) [m²/m³] 200 200 200 spezif. Oberfläche des Tauchkörpers (2) [m²/m³] 300 300 300 Tauchkörperdurchmesser (1) [m] 1,00 1,00 1,00 Länge des Tauchkörpers [m] 0,15 0,15 0,15 Volumen des Tauchkörpers VRTK1 [m³] 0,12 0,12 0,12 Aktive Bewuchsfläche des Tauchkörpers (1) FRTK1

[m²] 23,55 23,55 23,55

Tauchkörperdurchmesser (2) [m] 1,00 1,00 1,00

Länge des Tauchkörpers [m] 0,15 0,15 0,15

Volumen des Tauchkörpers VRTK2 [m³] 0,12 0,12 0,12

Aktive Bewuchsfläche des Tauchkörpers

(2) FRTK1

[m²]

35,33 35,33 35,33

Gesamtbewuchsfläche des Tauchkörpers

1+2

[m²]

≥ 45 58,88 58,88 58,88

Nachklärung Volumen VNK [m³] 1,50 0,89 0,89 Nutzvolumen VNK-Nutz [m³] 1,25 0,89 0,89 Oberfläche FNK [m²] ≥ 0,7 1,23 0,79 0,79 Wassertiefe [m] 1,22 1,13 1,13 Oberflächenbeschickung qF [m³/m²*h] ≤ 0,4 0,024 *) 0,06 *) 0,76 *) Aufenthaltszeit [h] ≥ 3,5 20,8 *) 18,5 *) 14,8 *) tägliche Rücklaufschlammmenge [l/d] 20 ca. 80 ca. 80 *) bezogen auf Q10


4.3.5 Vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage

Die Anlage ist gekennzeichnet durch den unterirdischen Abwassereintrag in das Pflanzenbeet über

spezielle Schläuche.

• Dabei durchströmt das zu reinigende Abwasser eine Mehrkammerausfaulgrube.

• Das mechanisch vorgereinigte Abwasser wird dann über das Beschickungssystem in das

Pflanzenbeet eingebracht. Hierfür fördert eine Schmutzwasserpumpe, gesteuert über Zeitschaltuhr

und Schwimmerschalter, das Abwasser aus der 3. Kammer der MKG in das Beschickungssystem,

das im Kontroll- und Beschickungsschacht untergebracht ist.

• Der Bodenfilter ist aus gewaschenem Sand und Kies aufgebaut. Aufgrund des Bodenmateriales und

durch die entstandene Durchlässigkeit wurde eine Kolmationsvermeidung erreicht.

• Das Abwasser wird dem Bodenfilter über ein spezielles Schlauchsystem in vertikaler Richtung

zugeführt.

• Das Beschickungssystem besteht aus einer Verteilerkonsole und Schläuchen, die ca. 10 cm

unterhalb der Beetoberfläche ringförmig, ähnlich einer Fußbodenheizung, in einem 15 cm starken

Kiesbett verlegt sind.

• Wegen der ringförmigen Verlegung der Schläuche sind sie am Verteilersystem durch zwei Hähne

absperrbar und bieten somit auch die Möglichkeit des Rückspülens.

• Die biologische Reinigung erfolgt durch die eine aktive Biozönose der im Abwasser enthaltenen

Mikroorganismen, die sich in der Bodenmatrix angesiedelt haben.

• Das gereinigte Abwasser fließt in eine ringförmig verlegte Drainageleitung DN 100 auf der Sohle

des Bodenkörpers. Eine Vliesummantelung verhindert dabei den Austrag von Substratpartikeln in

die Entwässerungsleitung.

• Die beiden Enden der Drainageleitung münden in den Beschickungs- und Kontrollschacht, wo eine

Probennahme möglich ist.

• Der durch Sedimentation am Boden der MKG abgesetzte Primärschlamm wird in vom

Schlammvolumen bestimmten Intervallen abgefahren und entsorgt.

• Auf halber Höhe des Sandkörpers liegt eine Leitung DN 50, die sowohl als passive Belüftung, als

auch in Notfällen, zur Beschickung verwendet werden kann.

Die detaillierte Funktion der Anlage ist aus Anlage 2 zu entnehmen. In Tab. 33 sind die wichtigsten

technischen Daten zusammengetragen.


Tab. 33: Technische Daten der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage

Auslegung 6 EW bzw. Qd= 600-1080 Fläche 3 m²/EW ergibt eine Gesamtfläche von 18m² Vorklärung MKG 6000l Pflanzenbeet ♦ Fläche 18 m² ♦ Schichttiefe Beetkörper 1,20 m ♦ Feinsand 1,00 m ♦ Kies 0.20 m ♦ Abdichtung PE LD Folie 1,5 mm, hochelastisch, UV-beständig,durchwurzelungsfestes Dränagerohr im Ring verlegt, DN 100, 12 m Passive Belüftung im Ring verlegt, DN 50, 12 m Beschickungssystem ♦ Edelstahl-Tauchpumpe; 220 V / 0,8 kW mit Trockenlaufschutz ♦ Schlauchsysteme, 3-mal 25m Länge; fußbodenheizungsartige Verlegung in einer Schichttiefe von 15 cm ♦ Verteiler- und Kontrollschacht PE HD Schacht DN 1000, 1,50m tief ♦ 2 x Zulauf DN 100 von Pflanzenkläranlage (Ablauf Drainage) ♦ 1 x Ablauf DN 100

Abbildung 14: Aufbauskizze des vertikal durchströmten Bodenfilters


Die Pflanzenkläranlage entspricht den Regeln

♦ des [DWA- A262] und der Pflanzenkläranlagen-Verwaltungsvorschrift [PKA-VwV M.-V 1994].

♦ Für die Vorklärung ist eine Mehrkammerabsetzgrube nach DIN 4261 Teil 1 bemessen worden. Das

Deutsche Institut für Bautechnik sieht als Voraussetzung der Prüfung auf allgemeine

bauaufsichtliche Zulassung eine Mehrkammer- Ausfaulgrube bei einer Bemessungsgröße

bis 10 EW von 1.500 l pro EW und mindestens 6.000 l vor. Denkbar wäre die Eignung von

Mehrkammerabsetzgruben für solche Kleinkläranlagen (von 4 bis 50 EW).

♦ Die Korngrößenverteilung entspricht den Anforderungen.

4.3.6 Horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage

Die Reinigungsmechanismen des horizontal durchflossenen Pflanzenbettes entsprechen der zuvor

beschriebenen Reinigungswirkung des vertikal beschickten Bodenfilters.

Die baulichen Unterschiede der beiden Verfahren sind in der Position der Einlauf- und Ablaufkulissen

und in den zusätzlichen Belüftungsrohren zu finden. Die horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage

besteht im Wesentlichen aus:

Vorklärung Verteilerschacht Pflanzenbett


Tab. 34: Technische Daten der horizontal durchströmten Pflanzenkläranlage

Auslegung 1 EW Fläche 6 m² Vorklärung MKG Nutzvolumen von 3,6 m³ Pflanzenbeet Schichtdicke 60 cm

Bettfläche 6 m² Beschickungssystem Tauchpumpe; 220 V / 0,8 kW mit Trockenlaufschutz

♦ einer separaten Mehrkammerausfaulgrube,

♦ einer zeit- und schwimmergesteuerten Beschickungspumpe in der 3. Kammer der MKG. Das in der

MKG zwischengespeicherte Abwasser wird durch die Beschickungspumpe der Zulaufleitung

zugeführt, die sich an der Stirnseite des bewachsenen Bodenfilters befindet.

♦ dem Pflanzenbett mit dazugehöriger Zu- und Ablaufleitung. Das durchgeflossene Abwasser wird an

der gegenüberliegenden Seite in einer im Schotterbett verlegten Drainageleitung gesammelt und in

den Ablaufschacht abgeführt. Unterstützt wird die horizontale Bewegung des Abwassers durch die

mit Gefälle (6 %) verlegte Folie auf der Anlagensohle.

♦ Belüftungsrohren,

♦ einem Ablauf-/Kontrollschacht.

Die Funktionsbeschreibung ist ausführlich in Anlage 2 zu lesen.


♦ Die Anlage wurde aus Platzgründen für 1 EW mit einer Bettfläche von 6 m² gewählt und liegt damit

im Sicherheitsbereich [BAHLO & WACH 1995].

♦ Die Schichtdicke des horizontal durchströmten Bodenfilters sollte nach Angaben der DWA- A 262

mindestens 50 cm betragen. Bei der auf dem Versuchsfeld befindlichen Anlage wurde eine

Schichtdicke von 60 cm eingehalten.

♦ Die Vorklärung ist bei dieser Anlage als Mehrkammerausfaulgrube ausgebildet. Sie besitzt ein

Nutzvolumen von 3,6 m³, was einer theoretischen Aufenthaltszeit des zu behandelnden

Abwassers von ca. 24 Tagen (bei 150 l/(EW·d)) entspricht.

♦ Weitere Aussagen bezüglich der Übereinkunft mit der [DWA- A 262] und der Pflanzenkläranlagen-

Verwaltungsvorschrift [PKA-VwV M.-V 1994] können aufgrund fehlender Bemessungsdaten

seitens des Herstellers nicht getroffen werden.

Der prinzipielle Aufbau einer horizontal durchflossenen Pflanzenkläranlage kann der Abbildung 15

entnommen werden.


Abbildung 15: Aufbauskizze des horizontal durchströmten Pflanzenbettes

4.4 Zusammenfassung der Nachbemessung

In der Nachberechnung der Bemessung der ausgewählten Anlagen wurde festgestellt, dass das

belüftete Festbett und der Tropfkörper eine zu geringe Oberfläche bzw. Volumen aufweisen, um die

maximale Belastung nach DIN 4261 Teil 2 einzuhalten. Die Bemessung der anderen vier technischen

Anlagen entsprechen den Normen. Bei der horizontalen Pflanzenkläranlage konnte aufgrund fehlender

Bemessungsunterlagen keine Nachberechnung durchgeführt werden. Die vertikale Pflanzenkläranlage

ist nach DWA-A262 bemessen worden, wobei das neue DWA Hinweisblatt H 262 Entwurf (2003) nicht

zur Anwendung kam .

Pumpenschacht

Pflanzenbett Sammel schacht

Vorklärung

66

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen

5.1 Abweichung von den Normen

Kleinkläranlagen, die in Deutschland zur Reinigung von häuslichem Abwasser eingesetzt werden,

müssen u. a. eine Prüfung nach EN 12566 Teil 3 u erfolgreich abgeschlossen haben. Den höchsten

Stellenwert bei den gesetzlichen Anforderungen dürfte die Ablaufkonzentration aus der EU

Wasserrahmenrichtlinie haben (s.Tab. 6). Im Kapitel 2.2 sind die Anforderungen sowie die Bestandteile

der EN 12566 detailliert dargestellt. Die EN 12566-3 enthält allgemeine Anforderungen an vorgefertigte

und/ oder vor Ort montierte Anlagen zur Behandlung von häuslichem Schmutzwasser für bis zu 50 EW.

Der Anhang B

(normativ) der EN 12566–3 beschreibt dabei das Verfahren zur Prüfung der Reinigungsleistung. In

Anlehnung daran ist das Testprogramm aufgebaut. In Tab. 35 ist die Art und Anzahl aller Proben sowie

ein Zeitplan der Prüfung im Laufe der sogenannten Jahresprüfung (38 Wochen plus Einfahrzeit)

dargestellt.

Tab. 35: Zeitplan für die Kleinkläranlagen-Prüfung nach [prEN 12566-3 2003]

Prüfphasen Dauer [Wochen]

Probennahmen Anzahl

0 Einfahrphase; Aufbau der Biomasse x Stichproben 0

1 konstanter Betrieb; 100 % Belastung 6 24 h Mischproben 4


3 konstanter Betrieb; 100 % Belastung + Stromausfall 6 24 h Mischproben 5

4 Ferienbetrieb; 0 % Belastung 2 0



7 konstanter Betrieb; 100 % Belastung + Stromausfall 6 24 h Mischproben 5



Summe 38+x 28+x

Für eine umfangreiche Beschreibung der Versuche sowie die Definitionen der Phasen sei auf die EN

12566, und [DORGELOH 2005] verwiesen.

In Anlehnung an die europäischen Normen sind folgende Punkte beachtet worden:

♦ In allen Prüfphasen erfolgte die Beschickung der Anlagen mit einem festgelegten Tagesgang. Die

Abwasserdosierung während der einzelnen Tagesschritte erfolgte gleichmäßig. Der gesamte

Tageszufluss erfolgte in zwei Blöcken zwischen 6.00 und 12.00 Uhr morgens und zwischen

18.00 und 23.00 Uhr abends. Der größte Teil (40 %) gelangte dabei zwischen 18.00 und 20.00 Uhr

in die Anlage. Entgegen den europäischen Normen erfolgte keine zusätzliche wöchentliche

Beschickungsmenge (100 % Zufluss) als Badewannenstöße. Allerdings erfolgte ein separater

Badewannenstoßtest in der ausführlichen Version nach den DIN 4261 im Kapitel 6.4.6.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 67 ♦ Analog den europäischen Normen sollen die unterschiedlichen Lastphasen alle vorkommenden

Schwankungssituationen (Unter-, Über- und Normallast) sowie Ausnahmesituationen (Ferienbetrieb

und Stromausfall) im Haushalt simulieren und berücksichtigen. Die Unterschiede im

Versuchsprogramm liegen in der Reihenfolge der verschiedenen Phasen, wobei das Prinzip vom

Normalbetrieb zwischen den verschiedenen Lastphasen eingehalten wurde. Der Ferienbetrieb

wurde hier in einer tatsächlichen Weihnachts- und Silvesterperiode durchgeführt, der

Unterlastbetrieb in den Sommerferien.

♦ Während in den aktuellen Normen die Überlast- sowie Unterlastphase auf 2 Tage reduziert wurden,

dauerten sie im Versuch jeweils 2 Wochen.

♦ Die Anlagen wurden regelmäßig beprobt. Während die europäischen Normen eine Gesamtsumme

von 28+x Proben verlangen, wurde eine wöchentliche Beprobung auf dem Versuchsfeld vollzogen.

Damit betrug die Anzahl der Beprobungen 60 pro Anlage im Testzeitraum von ca. einem Jahr. Die

Verdichtung der Probenzahl sollte intensiv das reale Verhalten der unterschiedlichen Anlagen in

den verschiedenen Lastphasen wiedergeben, jedoch auch repräsentative Ergebnisse der

Stichproben im Mittel garantieren können. Die Laboruntersuchungen sind bereits im Kapitel

dargestellt.

♦ Aus technischen Gründen wurden nur Stichproben genommen, dennoch wurden einleitend

dementsprechende Vergleichsuntersuchungen durchgeführt (s. Kap. 4.2.1).

♦ Die für die Beurteilung der Reinigungsleistung notwendigen Parameter sind in den europäischen

Normen nur für die klassischen Parameter: CSB, BSB5 und AFS vorgesehen (s. Tab. 6). In der

vorliegenden Arbeit sind weiterhin Ammonium, Nitrat und Nitrit sowie Phosphat einbezogen. In

einem weiteren Kapitel ist sogar die Keimbelastung besonders untersucht worden.

♦ Um vergleichbare Aussagen über die Reinigungsleistung der Anlagen machen zu können,

schreiben die europäischen Normen Vorgaben über die Abwasserzusammensetzung für den Zulauf

vor. Darauf wurde ausführlich in der Ausgangssituation eingegangen. Die Beschickung ist mit

120 l/E·d an die angegebene Frachtlast angeglichen worden.

♦ Noch zu erwähnen ist, dass das Abwasser im Versuchsfeld dem Rohabwasser ähnelt, jedoch nicht

mit ihm identisch ist. Die Vergleichsversuche und daraus resultierende Unterschiede sind ebenfalls

in der Ausgangssituation geklärt worden.

Im Versuchszeitraum von März `03 bis März `04 ist in den Kleinkläranlagen des Versuchs- und

Demonstrationsfeldes ca. 1,5 km³ kommunales Abwasser (häusliches und ähnliches) eingeflossen.

Die Beschickung der Anlagen auf dem Versuchsfeld erfolgte nach folgenden Phasen.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 68 Tab. 36: Untersuchungsprogamm des Versuchsfeldes Dorf Mecklenburg

Nr. Phase Definition Dauer [Wochen]

Hydr. Auslastung1) E-spez. Fracht2) 1 Normalbetrieb 100 % 130 % 15 2 Unterlast 40 % 50 % 2 3 Normalbetrieb(Sommer) 80 % 100 % 5 4 Überlast 140 % 190 % 2 5 Normalbetrieb (Sommer) 80 % 80 % 6 6 Stromausfall 80 % 110 % 24 h 7 Normalbetrieb (Winter) 80 % 110 % 10 8 Ferienbetrieb (Winter) 0 % 0 % 2 9 Normalbetrieb (Winter) 80 % 110 % 10

1) ausgehend von 150 l/(EW·d) 2) ausgehend von 60g BSB5/ (EW·d)

5.2 Ergebnisse und Auswertung

5.2.1 Zulaufzusammensetzung

In der Tab. 37 sind die mittleren Zulaufkonzentrationen verschiedener Parameter phasenweise

aufgeschlüsselt. Die Zusammenstellung der Einzelwerte der Stichproben ist im Anhang 18 enthalten.

Tab. 37: Mittlere Zulaufkonzentrationen in Abhängigkeit der Untersuchungsphase

T °C pH CSBh CSBf BSB5 NH4-N Pges AFS Phase [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l]

Anforderung nach prEN 12566-3 (2003)

300-1000 150-500 22-80 5-20 200-700

Anzahl Proben 55 54 60 39 35 42 41 46

Mittelwert 13,6 7,5 913 616 521 75,78 13,06 255

min. Wert 3 6,6 531 299 180 50,6 9,1 82 Ges

amt

max. Wert 22,2 8,7 1336 868 760 111 25 558

Trotz der Grobreinigung des zum Versuchsfeld zugeführten Abwassers durch Rechen, Sandfang und

Fettabscheider ist eine sehr hohe CSB-Zulaufkonzentration im Mittel 913 mg CSB/l zu konstatieren. Die

maximale CSB-Zulaufkonzentration von 1.000 mg CSB/l, die durch die prEN 12566-3 vorgegeben ist,

wird mit 1336 mg CSB/l deutlich überschritten.

Die Ergebnisse der Ablaufuntersuchungen jeder Anlage sind im Anhang 19 zusammengefasst. Bei der

Auswertung werden die Daten der CSB-, BSB5-, Ammonium-, Nitrat-, Nitrit- und Phosphor-

Untersuchungen berücksichtigt.

5.2.2 Reinigungsleistung in spezifischen Lastsituat ionen

5.2.2.1 Reduktion von organischen Stoffen

5.2.2.1.1 CSB -Ablaufwerte In Phase 1 wurden die Anlagen mit einer Abwassermenge von 150 l/(EW·d) beaufschlagt. Im Kapitel 4

wurde bereits auf die dadurch verursachte hohe Schmutzfracht hingewiesen. Somit lag die tatsächliche

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 69 Fracht um ca. 20 % über der Bemessungsfracht. Ab Phase 2 erfolgte die Beschickung mit 120 l/E·d.

Die Ergebnisse der CSB-Messungen sind in Tab. 38. zusammengefasst.

Tab. 38: Vergleich der CSB-Ablaufwerte (Mittelwert in mg/l) und der Abbauleistungen (Mittelwert in %)

der untersuchten KKA in Abhängigkeit von den verschiedenen Messphasen

Anlage [CSB in mg/l] Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper v. PKA h. PKA

Phase Ausbaugröße 4 E 6E 5E 4E 6E 1E

Anforderungen** 150 mg CSB/l

Normal hydr. Auslastung* 100 %

E-spez. Fracht: 130 % 246 170 288 135 75 94

Unterlast hydr. Auslastung 40 %

E-spez. Fracht: 50 % 152 127 93 63 55 121

Normal hydr. Auslastung 80 %

E-spez. Fracht: 100 % 106 51 86 45 39 97

Überlast hydr. Auslastung 140 %

E-spez. Fracht: 190 % 134 68 175 80 64 92


E-spez. Fracht: 80 % 76 59 117 66 45 78

Stromausfall hydr. Auslastung 80 %

E-spez. Fracht: 110 % 68 57 213 69 37 74


E-spez. Fracht: 110 % 100 64 217 77 119 66

Ferien hydr. Auslastung 0 % E-

spez. Fracht: 0 % 90 62 107 62 82 37


E-spez. Fracht: 110 % 100 54 109 80 116 44

Mittelwert Fracht: 110 % 119 79 156 75 70 78

Mittelwert *** Fracht: 100 % 103 68 140 68 70 76

* Beschickung mit 150 l/(EW·d)

** s. Tab. 6

*** Mittelwert der Reinigung nach der Durchführung der Optimierungsmaßnahmen (Phase 2 bis 9)

Unter den ungünstigen Bedingungen erhöhter Schmutzfracht, verbunden mit niedrigen Temperaturen,

lagen die durchschnittlichen CSB-Ablaufwerte von drei Anlagen (Festbett, SBR und Tropfkörper)

oberhalb des Überwachungswertes von 150 mg/l. Lediglich bei der SBR-Anlage konnte dies auf eine

nicht abgestimmte Steuerung zurückgeführt werden. Die Anlagen mit separater Vorklärung

(Tauchkörper, vert. PKA und hor. PKA) konnten diesen ungünstigen Bedingungen besser begegnen.

Die durchschnittlichen CSB-Ablaufwerte lagen unter dem Überwachungswert. Die besten Ergebnisse

wurden mit 70 CSB mg/l im Ablauf der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage erreicht.

In der 2. Phase wurden durch die verminderte hydraulische Belastung (40 %) erheblich bessere

Ablaufwerte erzielt. Bis auf die Festbettanlage wurde der Überwachungswert von allen Anlagen im

Mittelwert unterschritten.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 70 Durch die Korrektur der hydraulischen Belastung nach der Frachtberechnung wurden alle Anlagen mit

einer Abwassermenge von 120 l/(EW·d) (80 %) in den Phasen 3, 5, 7 und 9 beschickt. Damit ist

annähernd die Auslegungsbelastung eingestellt worden. Innerhalb dieser Phasen konnten alle KKA den

Überwachungswert einhalten. Die besten Werte sind von der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage

erreicht worden. Eine Ausnahme bildete dabei der Tropfkörper. Die Ursache dafür war eine

Veränderung der Rezirkulationsmengen aus der Nachklärung. Bei der Überlastprüfung (140 % hydr.,

190 % fracht. Belastung) stiegen die Ablaufwerte aller Anlagen an, wobei nur durch den Tropfkörper

der Überwachungswert überschritten wurde. Die besten Werte sind im Mittel in der vertikal

durchströmten Pflanzenkläranlage erreicht worden. Das Festbett musste während des

Überlastbetriebes außer Betrieb genommen werden, da es infolge der hohen Schmutzbelastung

massiv verstopft war (s. Kap. 5.2.4). Nach erfolgter Reinigung der Bewuchsträger konnten die

Ablaufwerte in den weiteren Untersuchungsphasen deutlich verbessert werden.

Eine Regenerationsphase bei höheren Temperaturen und Normalbelastung erbrachte bei allen Anlagen

eine Verbesserung der CSB-Ablaufwerte. Dafür war auch eine optimierte Aggregateinstellung mit

verantwortlich. Die Phase „Stromausfall“ lief 24 Stunden, und die Beprobungen nach dem zweiten und

fünften Tag zeigten keine Erhöhung der CSB-Ablaufwerte. Im Mittel konnten die Ablaufwerte bei 5

Anlagen sogar verbessert werden. Nur der Tropfkörper reagierte sehr empfindlich, was zum Teil auf die

veränderte Rezirkulationsmenge und den kompletten Einstau des Tropfkörpermaterials während des

Stromausfalls zurückzuführen war.

In der Phase 7 nahmen die Ablaufwerte im Vergleich zur Phase „Stromausfall“ zu. Diese Zunahme ist

vermutlich auf die Nachwirkung der Phase Stromausfall zurückzuführen. Bis auf den Tropfkörper

konnten alle Anlagen den Überwachungswert einhalten. Deutlich schlechter jedoch wurden die

Ablaufwerte der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage. Die möglichen Ursachen dafür werden im

Kapitel 5.2.4.5 beschrieben. Innerhalb der Feriensimulation wurde bei allen Anlagen der Zulauf

ausgeschaltet. Die Beprobung der Abläufe erfolgte nach 14-tägiger Ruhephase. Die Ablaufwerte sind

trotz niedriger Temperaturen dadurch deutlich gesunken.

In der darauf folgenden Phase 9 konnten alle Anlagen (außer vert. PKA) ihren durchschnittlichen

Ablaufwert trotz anhaltend niedriger Temperaturen verbessern. Selbst der Tropfkörper zeigte

verhältnismäßig gute Ablaufwerte (Ø 116 mg/l). Trotz einer mehrwöchigen Zulaufsunterbrechung der

vertikalen PKA konnten die niedrigen Ablaufwerte der ersten 6 Phasen nicht mehr erreicht werden.

Insgesamt ist zu bemerken, dass sich die besten Ablaufwerte bei der vertikalen Pflanzenkläranlage

(Ø 70 mg CSB/l) ergaben. Dabei ist einschränkend zu erwähnen, dass die Anlage im Winter zeitweise

außer Betrieb war. Die horizontale Pflanzenkläranlage (Ø 78 mg CSB/l) und der Tauchkörper

(Ø 75 mg CSB/l) erbrachten eine dauerhaft gute Reinigung, gefolgt von der SBR-Anlage

(Ø 79 mg CSB/l), die nach optimiertem Programm sehr stabil arbeitete. Das getauchte Festbett

(Ø 119 mg CSB/l) erbrachte nach einer Spezial-Reinigung ebenfalls eine gute Leistung. Problematisch

zeigte sich hier der Tropfkörper (Ø 156 mg CSB/l), der sehr empfindlich auf jede Änderung reagierte

und nur nach Umstellung und mit erhöhtem Energieaufwand gute Ablaufwerte erzielte. Hiermit zeigt

sich, dass Kleinkläranlagen auch mit DIBt-Prüfzeichen nicht unter allen Bedingungen optimale Werte

erbringen.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 71 Ferner ist aus der letzten Zeile (Mittelwert nach der Durchführung von Optimierungsmaßnahmen)

ersichtlich, dass die Kleinkläranlagen doch in der Lage sind die Anforderungen an den

Reinigungsleistungen zu erbringen. Voraussetzungen dafür sind die richtige Betrieb und die Anpassung

der Steuerungseinstellungen.

CSB - Unterschreitungshäufigkeit

Bei der Betrachtung der CSB-Unterschreitungshäufigkeit ist festzustellen (Abb. 16):

• Beim Festbett unterschreiten 72 % der gemessenen Werte den Überwachungswert von 150 mg/l

CSB. 85 % der Ablaufwerte sind niedriger als 210 mg/l CSB-Konzentration.

• Bei der SBR-Anlage wurde in 87 % der Fälle der Überwachungswert unterschritten. Die weiteren

13 % der Ablaufwerte, die den Überwachungswert überschritten, sind hauptsächlich in der Phase 1

gemessen worden. Wie bereits erwähnt, konnte diese Überschreitung auf eine nicht optimale

Steuerungseinstellung zurückgeführt werden. Ansonsten konnte durch die Korrektur der

Belebtschlammmenge im Reaktor eine Verbesserung der Ablaufkonzentrationen erzielt werden.

• Der Tropfkörper konnte mit nur 60 % der Ablaufkonzentrationen den Überwachungswert einhalten.

85 % der Ablaufwerte unterschreiten eine Ablaufkonzentration von 245 mg/l CSB.

• Der Scheibentauchkörper konnte den CSB relativ konstant eliminieren. 89 % der Ablaufwerte lagen

unter dem gesetzlich vorgeschriebenen Überwachungswert von 150 mg/l CSB. Die weiteren 11 %

der Werte konnten mit Schwimmschlamm in der NK und Austrag desselben in den Ablaufschacht in

Verbindung gebracht werden.

• Bei der vert. PKA wurde der Überwachungswert von 90 % der Ablaufwerte eingehalten. 85 % der

Werte unterschritten dabei eine CSB-Konzentration von 123 mg/l.

• Die horizontale PKA hielt in allen Phasen mit 100 % der Messwerte den Überwachungswert ein.

Abbildung 16: CSB-Unterschreitungshäufigkeit der untersuchten KKA

� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �CSB [mg/l]

Festbett, n:60 SBR, n: 59Tropfkörper,n:58 Scheibentauchkörper, n:59vert. PKA, n:48 hor. PKA, n:60CSB Grenzwert= 150 mg/l Unterschreitungshäufigkeit 85%

Unt

ersc

hrei

tung

shäu

figke

it [%

]

100 %

80 %

60 %

40 %

20 %

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 72 5.2.2.1.2 BSB 5 -Ablaufwerte: Parallel zu den CSB-Messungen wurden Bestimmungen des BSB5 durchgeführt. Dies erfolgte nach

dem im Kapitel 3.3 beschriebenen Verfahren. Bis Ende Januar 2004wurde der BSB5 mit dem OxiTop®-

Messsystem bestimmt. Da sich zum Teil sehr hohe Ablaufkonzentrationen ergaben, wurden

Vergleichsmessungen mit dem OxiTop®-Controller durchgeführt. Bei der Analyse einer

homogenisierten Probe wurden erhebliche Unterschiede der BSB5-Konzentration ermittelt. Beispielhaft

dafür ist im Anhang 20 der BSB5-Verlauf der unterschiedlichen Messsysteme festgestellt. Daraus

ersichtlich ist der gravierende Unterschied beider Ergebnisse. Aus diesem Grund werden die BSB5-

Konzentrationen, die mit dem OxiTop®-Messsystem ermittelt wurden, als sehr unsicher angesehen. Die

Bewertung der BSB5-Ablaufkonzentrationen ist deshalb nur in ihrem tendenziellen Verlauf von

Relevanz. Die Ergebnisse der Messungen sind in der Tab. 39 zusammengefasst. Prinzipiell ist dennoch

festzustellen, dass die Ablaufwerte der BSB5-Messungen mit den Ergebnissen der CSB-Messungen

korrespondieren. Bei den technischen Anlagen erreicht die SBR-Anlage mit durchschnittlich

13 mg BSB5/l die besten Ergebnisse. Auch der Tauchkörper unterschreitet den BSB5-

Überwachungswert von 40 mg/l in fast allen Phasen. Lediglich in der Phase 7 wurden erhöhte

Ablaufkonzentrationen gemessen, die auf den Austrag von Schwimmschlamm aus der Nachklärung

zurückzuführen waren. Da der BSB5-Parameter für die Pflanzenkläranlagen irrelevant ist, wurde hier

nicht weiter diskutiert. Auch für das Festbett und den Tropfkörper ergeben sich sehr schlechte

Abbauleistungen bezüglich des BSB5. Mit mittleren Ablaufwerten von 50 bzw. 63 mg BSB5/l wird der

Überwachungswert überschritten. Da der BSB5-Wert aufgrund zu niedrig gewählten Messbereiche

beim Tropfkörper in Phase 4 und 6 nicht bestimmt werden konnte, dürfte der berechnete Mittelwert von

63 mg BSB5/l als zu niedrig gelten, wobei der Wert den Verdacht auf Verstopfung des Trägermaterials

bestätigt Dies wird detailliert im Kapitel 5.2.4.3 behandelt.

Tab. 39: Vergleich der BSB5-Ablaufwerte (Mittelwert in mg/l) und der Abbauleistungen

(Mittelwerte in %) der untersuchten KKA in Abhängigkeit von verschiedenen Messphasen

Anlage Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vert. PKA hor. PKA

Größe 4 EW 6 EW 5 EW 4 EW 6 EW 1 EW

Phase BSB5

[mg/l]

Abbau

[%]

BSB5

[mg/l]

Abbau

[%]

BSB5

[mg/l]

Abbau

[%]

BSB5

[mg/l]

Abbau

[%]

BSB5

[mg/l]

Abbau

[%]

BSB5

[mg/l]

Abbau

[%]

Normal* 58 60 18 97 71 64 18 93 10 93 49 74

Unterlast 58 89 26 96 19 96 4 99 7 99 42 90

Normal 67 89 10 98 34 94 7 99 10 98 52 94

Überlast 94 87 26 94 a.B. 19 93 11 98 a.B.

Normal 32 94 7 99 70 85 26 94 11 98 59 88

Stromausfall 34 96 9 99 a.B. a.B. 5 99 a.B.

Normal 63 74 11 98 114 79 90 80 44 91 64 86

Ferienbetrieb

Normal 36 93 12 96 29 95 22 96 35 93 15 97

Mittelwert 50 85 13 98 63 87 35 91 19 95 43 90

a.B.= außer Bereich; * Beschickung mit 150 l/(EW·d)

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 73 5.2.2.2 Reduktion von Nährstoffen

5.2.2.2.1 N-Entnahme

Nitrifikation

Grundsätzlich werden Kleinkläranlagen auf den Abbau der organischen Stoffe ausgelegt. Aus Gründen

des Gewässerschutzes kann die Stickstoffelimination einen weiteren interessanten Aspekt darstellen.

Im Rahmen der Untersuchung wurden daher die Stickstoffparameter analysiert.

[FLASCHE 2002] stellt fest, dass insbesondere die naturnahen Verfahren (außer Horizontalfilter) ein

hohes Nitrifikationspotenzial aufweisen. Bei den technischen Anlagen erzielten die Tropf- und

Rotationstauchkörper die besten Ergebnisse.

In Tab. 40 sind die Ammoniumablaufwerte und die Nitrifikationsleistungen (ohne Betrachtung der Norg.)

der verschiedenen Anlagen dargestellt. Die Nitrifikationsleistung ist auf Basis der Zu- und Ablaufwerte

ohne die Betrachtung des organischen Stickstoffs berechnet.

• Obwohl die Kleinkläranlagen knapp dimensioniert sind, überschreitet die Nitrifikation die

Erwartungen. Alle Anlagen haben im Mittel über 50 % nitrifiziert.

• Im Jahresmittel zeigt die SBR-Anlage die maximale Nitrifikationsleistung mit 86 %, gefolgt vom

Tropfkörper mit 78 %. Die horizontale Pflanzenkläranlage erreicht im Jahresmittel eine

Nitrifikationsleistung von 74 % und übertrifft die Literaturangaben.

• Im Gegensatz dazu bestätigen die Untersuchungen auf dem Versuchs- und Demonstrationsfeld die

Auswertung der Literatur, dass das Festbett mit 53 % Nitrifikation die geringsten Leistungen zeigt.

• Eine Betrachtung der Ammoniumablaufwerte zeigt, dass die vertikale Pflanzenkläranlage sogar die

besten Ablaufergebnisse im Jahrsmittel erbracht hat. Die sehr guten Nitrifikationsleistungen der

vertikalen Pflanzenkläranlage wurden durch die Betriebsprobleme in den Wintermonaten und den

damit zunehmenden Ablaufkonzentrationen getrübt. Es wurde eine mittlere Nitrifikationsleistung von

83 % bei einem durchschnittlichen Ablauf von 10,3 mg/l NH4-N berechnet.

• Bei den technischen Anlagen wurden durch die SBR-Anlage die niedrigsten NH4-N-

Ablaufkonzentrationen erreicht. Unabhängig von der Temperatur wurde der Ammonium Stickstoff

vollständig nitrifiziert. Ausnahmen bildeten sich nur bei der Überlastphase und während der

Betriebsprobleme (Steuerung) zu Beginn der Untersuchungen.

• Die Festbettanlage konnte nur in der Unterlastphase vergleichbare Resultate vorweisen, wobei die

Anlage während der Dauerbelüftung ein höheres Eliminationspotenzial zeigte (s. Kap. 6.4.2).

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 74 Tab. 40: Vergleich der NH4-N-Ablaufwerte (Mittelwert in mg/l) und der Abbauleistungen

(Mittelwert %) ohne die Betrachtung des organischen Stickstoffs in Abhängigkeit von

verschiedenen Messphasen

Anlage Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vert. PKA hor. PKA Größe 4 EW 6 EW 5 EW 4 EW 6 EW 1 EW

Phase NH4-N [mg/l]

ηNitri [%]

NH4-N [mg/l]

ηNitri [%]

NH4-N [mg/l]

ηNitri [%]

NH4-N [mg/l]

ηNitri [%]

NH4-N [mg/l]

ηNitri [%]

NH4-N [mg/l]

ηNitri [%]

Normal* 66,2 31 40,0 55 27,0 70 20,0 77 4,3 94 28,0 66 Unterlast 1,3 97 0,1 99 1,0 98 0,6 98 0,2 98 12,0 81 Normal 22,5 68 0,1 99 2,0 94 2,0 94 0,5 99 1,0 95 Überlast 33,2 59 12,0 85 31,0 62 27,0 62 3,5 95 8,6 89 Normal 5,2 89 0,1 100 7,0 87 9,0 82 2,2 94 19,0 64 Stromausfall 4,0 93 0,3 100 13,0 80 14,0 74 1,0 97 19,0 67 Normal 55,0 37 0,4 98 20,0 62 22,0 60 38,0 44 25,0 57 Ferienbetrieb 12,6 0,2 0 28,0 11,0 10,0 Normal 44,0 44 0,7 95 6,0 83 16,0 70 17,6 67 7,7 84 Mittelwert 39,0 53 12,9 86 14,8 78 16,0 75 10,3 83 16,6 74

*Beschickung mit 150 l/(EW·d)

Lasteinfluss

Die detaillierte Betrachtung des Stickstoffentnehme zeigt deutlich, dass alle Anlagen ihre besten Werte

innerhalb oder kurz nach der Unterlastphase erbracht haben. Somit hat sogar das belüftete Festbett 85

% eliminiert. Der Tropfkörper hat bis zu 90 % und die horizontale Pflanzenkläranlage bis zu 87 %

erreicht. Der Tauchkörper scheint dabei mit um 64 % stabiler zu bleiben. Hier ist die

Schwimmschlammproblematik verantwortlich.

Temperatureinfluss

Eine Auswertung der mittleren Ablaufwerte bezüglich der Temperatur (ausgewählt sind für den

Sommer/Winter Vergleich jeweils 3 Monate; n=10 sind in Tab. 41 zusammengetragen). Im betrachteten

Zeitraum lag die Ammonium-Zulaufkonzentration bei 67 mg/l. Der organische Stickstoff im Zulauf, der

in Dorf Mecklenburg ca. 20 % über dem NH4-N liegt, wurde nicht bestimmt. Somit sind betrieblich noch

höhere N Wirkungsgrade erreicht worden.

Tab. 41: Vergleich der Stickstoffablaufwerte (mittlere NH4-N-Zulaufkonzentration 67 mg/l)

Anlage Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper Vertik. PKA horiz. PKA

Jahreszeit Sommer Winter Sommer Winter Sommer Winter Sommer Winter Sommer Winter Sommer Winter

T °C 18,6 9,8 18,6 9,6 19,5 10,5 19,4 10,5 19,1 10, 0 18,3 11,2

NH4-N

[mg/l] 14 55 0,1 0,4 5 20 6 22 1 38 10 24

NO3-N

[mg/l] 9 3 25 30 3 5 21 22 53 27 9 18

Nges [mg/l] 24 59 25 32 9 29 29 47 55 67 21 45

η-Nitri [%] 79 19 99 99 93 70 91 67 98 44 85 63

η-Nges. [%] 64 11 62 52 86 57 57 29 17 0 68 32

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 75 Die Nges.-Entnahme schwankte bei allen Anlagen in einer sehr großen Bandbreite zwischen 0 % und

86%. Dabei werden im Sommerbetrieb die höheren Wirkungsgrade erreicht. Lediglich bei der vertikalen

Pflanzenkläranlage konnte verfahrensbedingt nur ein Wirkungsgrad von ca. 17 % festgestellt werden.

Die stabilste konstante Nges.-Entnahme erfolgte in der SBR-Anlage, wobei volle Nges.-Entnahme im

Sommer und im Winter sogar bei 9,6 °C erzielt werde n konnte. Mit Ausnahme des belüfteten Festbetts

haben alle Anlagen auch im Winter eine ca. 50%ige Nges.-Entnahme erreicht. Tropfkörper und

Rotationstauchkörper haben im Sommer über 90 % nitrifiziert. Dabei erscheint die Tropfkörperleistung

fraglich, da zum Teil nur ein unzureichender Abbau der organischen Substanz stattfand. Ebenfalls

dürfte die Denitrifikation dort eher ungezielt in der Nachklärung bzw. Vorklärung stattgefunden haben.

Die vertikale Pflanzenkläranlage hat im Sommer bis zu 98 % nitrifiziert.

Ingesamt ist festzustellen, dass Kleinkläranlagen auch ohne gezielte Auslegung und sogar bei

teilweiser Überlastung zumindest im Sommer zur Nges.-Entnahme beitragen können.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 76 Prozessstabilität bei NH4-N-Unterschreitungshäufigkeit

Betrachten wir die Nitrifikation wird anhand der NH4-N-Unterschreitungshäufigkeit sichtbar. Beim

Festbett ist der flache Verlauf der NH4-N-Unterschreitungshäufigkeit zu erkennen. Somit ist eine

geringe Prozessstabilität zu konstatieren. Nur in der Unterlastphase konnte Ammonium abgebaut

werden. Über den weiteren Untersuchungszeitraum ist eine breite Streuung der Ammonium-

Ablaufwerte zu verzeichnen. 85 % der Ablaufwerte konnten eine NH4-N-Konzentration von 74 mg/l

unterschreiten.

Die SBR-Anlage konnte den Ammoniumstickstoff dauerhaft nitrifizieren. 80 % der Ablaufwerte waren

kleiner als 5 mg/l NH4-N. Auch hier wurden nur in Phase 1 hohe Ammonium-Konzentrationen im Ablauf

gemessen. Die SBR-Anlage besitzt die höchste Prozessstabilität bezüglich des Ammonium-Abbaus.

Der Tropfkörper konnte bei 85 % der Messwerte eine Konzentration von 29 mg/l NH4-N unterschreiten.

Beim Scheibentauchkörper wurde von 85 % der Ablaufwerte eine NH4-N-Konzentration von 26 mg/l

unterschritten.

Die vertikale Pflanzenkläranlage konnte mit 85 % der Messwerte unterhalb einer NH4-N-Konzentration

von 18 mg/l bleiben. Im Vergleich dazu weist die vertikale Pflanzenkläranlage einen deutlich flacheren

Verlauf auf. Hier konnte durch 85 % der Messwerte lediglich eine Konzentration von 28 mg/l unterboten

werden.

Abbildung 17: NH4-N-Unterschreitungshäufigkeit der untersuchten Kleinkläranlagen

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

NH4-N Ablaufkonzentration [mg/l]

Festbett, n:43 SBR, n: 40Tropfkörper, n:40 Scheibentauchkörper, n:40vert. PKA, n:33 hor. PKA, n:42Unterschreitungshäufigkeit 85 %

Unt

ersc

hrei

tung

shäu

figke

it [%

]

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 77 5.2.2.2.2 P-Rückhalt

Im Gegensatz zum Stickstoff wird Phosphor nur auf dem Weg der Überschuss- bzw.

Primärschlammentnahme aus dem Kleinkläranlagensystem entfernt.

Der Grenzwert für eine P-Rückhalt liegt bei 2 mg Pges/l bei 95%-Ablaufwert und wird nur in

wasserwirtschaftlich sensiblen Gebieten gefordert. Ohne gezielte Anforderung ist im Allgemeinen rein

mechanisch-biologisch ein Wirkungsgrad der Phosphorelimination von 29 % zu erwarten. Bei

Pflanzenkläranlagen können neben den biochemischen Vorgängen auch geochemisch-mechanische

bzw. physikalisch-sorptive Mechanismen eine zusätzliche P-Entfernung bewirken, was gegenüber den

technischen Anlagen zumindest in der Anfangszeit verbesserte Wirkungsgrade zur Folge hätte. Dieses

wird durch die Messdaten (Tab. 42) bestätigt. Die Pflanzenkläranlagen erreichen den höchsten

P Rückhalt in der Unterlastphase (71 % bei der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage und 91 %

bei der horizontalen Pflanzenkläranlage) sowie die niedrigsten mittleren P-Ablaufwerte ( 3,9 und 7,5 mg

Pges./l ), wobei die etwas schlechteren Daten der vertikalen Anlage auf den Einbau eines gewaschenen

Materials zurückzuführen sind. Hier soll das Ablagerungs- und Fällungspotenzial des Filterkörpers in

den Pflanzenkläranlagen langfristig überprüft werden. Unter den technischen Anlagen wird durch den

häufigeren Schlammentzug bei der SBR-Anlage mit einem Durchschnitt von 29 % P-Abbau das beste

Ergebnis erzielt.

Hier ist zu erwähnen, dass sich zurzeit Anlagen auf dem Markt befinden, die gezielt auch für

P Elimination konzipiert sind.

Tab. 42: Vergleich der Pges. -Ablaufwerte (Mittelwert in mg/l) und der Abbauleistungen (Mittelwert

in %) der untersuchten KKA in Abhängigkeit von verschiedenen Lastphasen

Anlage Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vert. PKA hor. PKA Größe 4 EW 6 EW 5 EW 4 EW 6 EW 1 EW

Phase Pges. [mg/l]

Abbau [%]

Pges. [mg/l]

Abbau [%]

Pges. [mg/l]

Abbau [%]

Pges. [mg/l]

Abbau [%]

Pges. [mg/l]

Abbau [%]

Pges. [mg/l]

Abbau [%]

Normal* 10,3 30 10,0 38 9,4 34 10,2 31 7,0 59 4,7 66 Unterlast 8,8 35 11,0 15 7,6 44 8,1 40 7,4 64 1,2 91 Normal 9,3 12 9,0 18 7,1 31 9,4 11 7,5 25 3,2 69 Überlast 9,2 21 5,0 53 9,4 20 9,7 17 8,3 29 3,2 72 Normal 9,4 9 10,0 6 9,5 8 9,8 6 7,8 25 2,1 79 Stromausfall 9,2 32 10,0 29 10,0 25 9,1 31 7,5 44 3,4 75 Normal 10,2 21 11,0 19 11,5 12 9,6 25 9,7 29 5,5 67 Ferienbetrieb 7,8 9,0 10,9 9,9 6,6 4,6 Normal 9,5 26 9,0 31 10,0 22 9,4 36 6,8 44 4,3 68 Mittelwert 9,7 24 9,5 29 9,6 25 9,6 27 7,5 43 3,9 70 Minimum 7,5 0,4 1,6 0 4,5 0,4 7,2 1 4,6 4 1,2 42 Maximum 13,0 44 17,0 87 14,9 61 12,9 54 13,9 71 9,4 91

5.2.2.3 Reduktion von partikulären Stoffen

Die AFS-Mittelwerte und –Reduktion sind in Tab. 43 zusammengestellt. Die Ergebnisse zeigen

deutlich, dass alle Anlagen über 93 % der AFS-Reduktion erreichen können. Die Ablaufwerte liegen

weit unter der Anforderungsgrenze von 75 mg/l. Der Grund für diese niedrigen Ergebnisse ist in der

Vorreinigung der zentralen Kläranlage.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 78 In Tab. 43 sind die Ablaufwerte einmal aus den Proben ermittelt (mit der Verminderung durch die

Vorreinigung) und einmal als Rohwasser errechnet worden (ohne Vorreinigung jedoch mit

Zerkleinerung). Die Berechnung erfolgte durch die Multiplikation mit einem Faktor von 0,64 (s. 4.2.3).

Die besten Ergebnisse sind von der Scheibentauchkörper- und der vertikalen Pflanzenkläranlage

erreicht worden. Hingegen wurden die schlechtesten Ergebnisse durch die Tropfkörperanlage

produziert, wobei die Tropfkörperanlage 70 % der Zeit Betriebsprobleme hatte und dadurch nicht

beprobt werden konnte. Das stellt die Wirksamkeit der Ergebnisse in Frage.

Bei der vertikalen Pflanzenkläranlage ist die Kolmationserscheinung die Ursache für eine mindestens

unzureichende Verteilung oder Filtration des Schmutzwassers im Boden. Entsprechend wurde die

Anlage erneuert und nach dem neu herausgearbeiteten Entwurf des DWA-A 262 im Mai (2004) mit

60 % der ursprünglichen Mengen beaufschlagt.

Tab. 43: Ergebnisse des AFS–Ablaufes

Zulauf b. FB SBR TK STK v. PKA h. PKA

Mittelwert [mg/l] 266 10 14 19 9 5 10 Schwankung

82 -796 (n=48)

0 - 39 (n=24)

0 -275 (n=39)

1- 72 (n=14)

0 -139 (n=40)

0 - 48 (n=33)

0 - 41 (n=38)

Abbau [%] 96 95 93 97 98 96 Rohabwasser* 417 16 22 30 14 8 16 Anforderung 200-700 75

*gerechnet vom Ablaufwert/Verminderungsfaktor 0,64 (s. Tab. 26) bei gleicher Abbauleistung

5.2.2.4 Reinigungsstabilität

Die Beurteilung der Reinigungsstabilität ist durch bestimmte Faktoren gekennzeichnet. Im Folgenden

werden die Einflussfaktoren aufgezählt, ihre Wirkung erläutert und anschließend in der Auswertung der

Reinigungsleistung jeder Anlage implementiert.

5.2.2.4.1 Einflussfaktoren Temperatur

Da grundsätzlich verschiedene Organismen für die Reinigung verantwortlich sind, ist die Reinigung in

unterschiedlichen Temperaturbereichen von deren Lebensbedingungen abhängig. Hier sollen die

wichtigsten Literaturerkenntnisse zusammengestellt werden. Eine ausführliche Literaturauswertung

diesbezüglich ist in [LENZ 2004] zu finden.

• Im Allgemeinen verringert jede Abkühlung die biologische Aktivität, allerdings nur in begrenzten

Temperaturbereichen die Untersuchungen von [WOLF 1980] ergaben, dass in sehr hoch belasteten

Anlagen eine Temperaturabhängigkeit bei der CSB- und BSB5- Elimination zu erkennen war.

• Bei schwach belasteten Anlagen war eine solche Abhängigkeit nicht nachweisbar.

• Niedrige Temperaturen haben bei Verfahren mit sessiler Biomasse zur Folge, dass die Auflockerung

des biologischen Rasens durch höhere Organismen zurückgeht. Dies hat zu Verstopfungen und

demzufolge schlechterem Sauerstoffeintrag zur Folge.

• Anders verhielt es sich bei den stickstoffoxidierenden Bakterien. Hier ist eine deutliche

Temperaturabhängigkeit aller Belastungsstufen zu vermerken.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 79 • Deutlich wird, dass ein Unterschied zwischen suspendierter Biomasse und sessiler Biomasse

bezüglich der Temperaturabhängigkeit besteht.

• Beispielsweise verringert sich die Nitrifikationsleistung bei einer Temperaturabnahme um 1 °C, bei

suspendierter Biomasse um ca. 10 % [EPA 1976], während bei Festbettsystemen die Leistung nur

um 4 bis 7 % zurückgeht.

• Auch die Denitrifikation besitzt eine starke Temperaturabhängigkeit. Ein Unterschied des

Denitrifikationspotenzials der Verfahrensvarianten mit suspendierter und sessiler Biomasse ist im

Gegensatz zur Nitrifikation nicht zu erkennen.

• Es ist also festzuhalten, dass die Temperatur einen wichtigen Einfluss auf die Aktivität der

Mikroorganismen hat.

Raumbelastung

Die europäischen Normen schreiben einen Test der Anlagen unter verschiedenen Lastphasen vor,

basierend auf der Tatsache der Abhängigkeit der Reinigungsleistung von der Raum- bzw.

Flächenbelastung.

Die DIN 4261-Teil 2 legt die zulässigen Belastungen für technische Anlagen und die DWA-A 262 für

Pflanzenkläranlagen fest (s. Tab. 44 ).

Tab. 44: Zulässige Belastungen bei Kleinkläranlagen

Anlage max. Flächenbelastung [g BSB5/m²·d]

max. Raumbelastung [g BSB5/m³·d]

Festbettreaktor 4* SBR- Reaktor 200* Tropfkörper 150* Scheibentauchkörper 4* vert. PKA 13- 8** hor. PKA 8-4**

* nach DIN 4261-Teil 2

** nach DWA-A 262

Eine Literaturauswertung bei LENZ (2004) zeigt, dass

• die Raumbelastung innerhalb der komplexen Überlagerung mehrerer Einflüsse zwar eine

wesentliche, jedoch keine allein maßgebende Rolle spielt [PÖPEL 1971; zit. in ATV- Handbuch

1997],

• der mathematischen Auswertung reaktionskinetischer Überlegungen und Untersuchungen praktische

Grenzen gesetzt sind,

• die Stabilität des Reinigungserfolges mit geringer Belastung zunimmt [ATV-Handbuch 1997],

• auch die Nitrifikationsleistung abhängig von der BSB5-Raumbelastung ist. Tendenziell ist eine

bessere Reinigungsleistung mit niedriger Raumbelastung zu erreichen.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 80 Vorklärung

Um die Raumbelastung der biologischen Reinigungsstufen zu berechnen, ist zuvor eine Abschätzung

der Abscheideleistung durch die Vorklärung (Ein- oder Mehrkammerabsetzgrube) vorzunehmen.

Für die Auswirkung der MKG hat LENZ (2004) verschiedene Literaturangaben zusammengestellt

(s. Anhang 22). Zusätzlich sind eigene Untersuchungen durchgeführt worden (Anhang 21). Sie

ergaben, dass die CSB-Elimination in den Vorklärungen eine starke Rolle für die Belastungsminderung

spielt (zwischen 11 und 62 %). Sie variiert nach Ausbaugröße, Anzahl und Größe der einzelnen

Kammern, Ausbildung der Zufluss- und Abflusseinrichtung sowie Rhythmus von

Entschlammung/Entleerung. Dies ist auch durch die Ergebnisse von OTTO (2000) bestätigt worden. In

Tab. 45 werden die Abminderungsfaktoren für die einzelnen Anlagen aufgezeigt, die für die weiteren

Berechnungen relevant sind.

Tab. 45: Abminderungsfaktoren des BSB5 und CSB zur Frachtbemessung

Anlage Beschreibung der Vorklärung CSB Abminderungsfaktor Abminderung Festbett [4EW]

integrierte 1 Kammerabsetzgrube 100/120 Ca. 15 %

SBR- Anlage [ 6EW]

integrierte 2 Kammerabsetzgrube 110/120 Ca.10 %

Tropfkörper [5EW]

integrierte 2 Kammerabsetzgrube 80/120 Ca.30 %

Scheibentauchkörper [4EW]

separate Mehrkammerabsetzgrube nach DIN 4261-1

80/120 Ca.30 %

vertikale PKA [6EW]


80/120 Ca.30 %

horizontale PKA [1EW]


80/120 Ca.30 %

Für die Frachtberechnung des Ammonium-Stickstoffs wurden in der Literatur keine Anhaltspunkte einer

signifikanten Minderung durch die Vorklärung gefunden. Bei eigenen Untersuchungen konnte keine

Verminderung der Ammonium-Konzentration infolge der Vorklärung festgestellt werden. Aufgrund

dessen wird die volle Zulauffracht bei der Berechnung der Beschickungsfracht genutzt [LENZ (2004].

5.2.2.4.2 Methodik Aus den gemessenen Zu- bzw. Ablaufwerten wurde unter Berücksichtigung der ermittelten

Abscheideleistung der Vorklärungen die Raum-/Flächenbelastung und die Raum-

/Flächenabbauleistung (s. Tab. 45) ermittelt.

• Die Berechnung der Flächenabbauleistung erfolgt aus CSB-Zu- und Ablaufkonzentration.

• Für die Untersuchung wurde die modifizierte Van`t Hoff-Arrhenius-Gleichung ausgewählt.

• Als Vergleich wurden die Temperaturen R= 10°C und R =15°C herangezogen.

• Als Temperaturkoeffizienten sind bei den festgestellten Raumbelastungen und den gemessenen

Temperaturbereichen Ө=1,072 für suspendierte Biomasse [EPA-Manual 1975] und Ө=1,040 für

sessile Biomasse [GAID 1984; ROGALLA 1992] für den CSB und BSB5-Abbau eingesetzt worden.

• Gleichwohl ist Ө=1,103 für suspendierte Biomasse [EPA-MANUAL, 1976] und Ө=1,045 für sessile

Biomasse [TSCHUI et al. 1993] für den NH4-N-Abbau verwendet worden.

Die Auswertung der verschiedenen Methoden und Literaturangaben ist in [LENZ 2004] zu finden.

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 81 5.2.2.4.3 Ergebnisse In Tab. 46 soll die Temperaturabhängigkeit der sechs Anlagen aufgezeigt werden. Im Rahmen der

vorliegenden Untersuchungsergebnisse und Berechnungsansätze war folgendes erkennbar:

• Beim Festbett ist die CSB- und BSB5- Abbauleistung bei Temperaturen zwischen 5°C und 2 5°C und

vergleichbarer Belastung übereinstimmend und damit sehr gering von der Temperatur abhängig.

Ausnahmen sind auf einen schlechten Betriebszustand zurückzuführen.

• Die Nitrifikationsleistung ist auch eher eine Funktion der Belastung als der Temperatur.

• Im Vergleich zu den anderen Anlagen ist bei der SBR-Anlage die geringste Temperaturabhängigkeit

zu erkennen.

• Die Daten aus der Betriebsproblemphase sind verantwortlich für die leichte Verminderung bei

höheren Temperaturen. Damit konnte unter der Voraussetzung eines stabilen Betriebes in den

Untersuchungsphasen von 1 bis 9 bei Temperaturen zwischen 5°C und 25°C eine fast

vollständige Nitrifikation (99 %) erreicht werden. Bei der Tropfkörperanlage kann keine

Beurteilung des Zusammenhanges zwischen Temperatur und Abbauleistung erfolgen. Der

instabile Betrieb und die wechselnden Einstellungen der Rezirkulationsverhältnisse können die

in Tab. 46 dargestellten Veränderungen in den verschiedenen Temperaturbereichen beeinflusst

haben.

• Beim Scheibentauchkörper ist eine geringe Temperaturabhängigkeit der CSB-Elimination zu

erkennen. Beim BSB5-Abbau wurde im oberen Temperaturbereich mit 94 % die höchste

Flächenabbauleistung erreicht. Hier besitzt die Nitrifikation ebenfalls eine Temperaturabhängigkeit.

Die Verminderung der BSB5-Abbauleistung im Temperaturbereich von 10°C bis15 °C ist auf den

Schwimmschlamm zurückzuführen.

• Bei vertikal durchströmter Pflanzenkläranlage lieferten die Berechnungsergebnisse im unteren

Temperaturbereich zu geringe und im oberen zu hohe Abbauleistungen, hingegen erwies sich die

Nitrifikation bei dieser Anlage als temperaturabhängig. Für die Verminderung der Abbauleistung im

Temperaturbereich von 10°C bis15°C ist der schlecht e Betriebszustand in dieser Periode

verantwortlich.

• Grundsätzlich kann bei der horizontalen Pflanzenkläranlage ein geringer Einfluss der Temperatur auf

CSB- und BSB5-Elimination festgehalten werden, eine absolute Aussage aufgrund der während der

Probennahme aufgetauchten Probleme kann jedoch nicht getroffen werden.

Tab. 46: Vergleich der Abbauleistungen [%] der Kleinkläranlagen auf dem Versuchsfeld in

Abhängigkeit von verschiedenen Temperaturbereichen

Abbauleistungen CSB [%] BSB5 [%] NH4-N [%] Temperatur [°C] 5-10 10-15 > 15 5-10 10-15 > 15 5-10 10-15 > 15

Festbett [4EW] 83 83 81 78 83 85 78 83 85 SBR- Anlage [6EW] 93 93 91 97 98 98 97 98 98 Tropfkörper [5EW] 82 66 78 87 68 81 87 68 81 Rotier. STK [4EW] 85 88 87 84 76 94 84 76 94 Vertik. PKA [6EW] 85 77 91 94 87 97 94 87 97 Horiz. PKA [1EW] 91 89 83 92 82 84 92 82 84

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 82 Die einzelnen Daten sowie die Abbildungen der gemessenen und nach der Van´t Hoff-Arrhenius-

Gleichung berechneten BSB5- und CSB-Flächenabbauleistungen sind im Anhang 24 nachzulesen.

Daraus ergab sich bei den Anlagen eine eindeutige Einflussnahme der Frachtbelastung auf die

Reinigungsleistung. Demzufolge wurde mittels der Beziehung zwischen Frachtbelastung [g/mx·d] und

Raum-/Flächenabbauleistung [g/mx·d] jeder Anlage zusätzlich der Belastungseinfluss verdeutlicht. In

der Tab. 47 sind die Ergebnisse des Einflusses sowohl der Temperatur als auch der Frachtbelastung

zusammengefasst worden. Die Einzeldaten sowie die grafischen Beziehungen zwischen CSB-, BSB5-

und NH4-N-Belastung und Rückhalt sind im Anhang 24 detailliert aufgeführt worden.

Tab. 47: Die Abhängigkeit der Abbauleistung der Kleinkläranlagen von Temperatur und Belastung

Anlage Abbauleistung Einflussfaktor

BSB5 [g/mx·d] CSB [g/mx·d] NH4-N [g/mx·d]

Frachtbelastung J G= 5,5 [g/m²·d]

J G>4 [g/m²·d]

J Festbett [4EW] Temperatur* J>10 J>15 N

Frachtbelastung N N N SBRAnlage

[6EW] Temperatur* N N N

Frachtbelastung J G <225 [g/m³·d]

J G< 125 [g/m³·d]

N Tropfkörper

[5EW] Temperatur* N N J<10

Frachtbelastung N N N Rotier. STK

[4EW] Temperatur* N J>15 N

Frachtbelastung J J J Vertik. PKA

[6EW] Temperatur* J J J

Frachtbelastung N N G=1,5 [g/m²·d] Horiz. PKA

[1EW] Temperatur* N N N

J: abhängig N: unabhängig G: Belastungsgrenzwert * Die gemessenen Temperaturen liegen lediglich

zwischen 5°C und 25°C.

Zur Beurteilung sind die Daten der Frachtbelastung (Raum- bzw. Flächenbelastung) und der

Abbauleistung (CSB, BSB5 und NH4-N) ermittelt und in linearer Beziehung zu Temperatur-Varianten

(bis10°C, von 10°C bis15 °C und größer 15°C) vergli chen worden. Hier ergab sich Folgendes:

• Beim Festbett wurde deutlich, dass ab einer Belastung von ca. 5,5 [g/m²·d] CSB die Abbauleistung

deutlich stärker variiert. Auch bei Temperaturen größer 15°C kann im Vergleich zu einer ähnlichen

Belastung bei geringeren Temperaturen keine verbesserte Abbauleistung festgestellt werden.

Demnach ist die CSB-Elimination des Festbettes hauptsächlich von der Flächenbelastung abhängig

und die Reinigungsergebnisse bei Temperaturen größer 15°C sind wesentlich stabiler als bei

niedrigeren Temperaturen.

• Bei BSB5 sind sehr geringe Abbauleistungen erkennbar. Es bleibt eine hohe Abbauleistung noch

über der maximalen Belastungsgrenze von 4 [g/m²·d] [nach DIN 4261-Teil 2] festzuhalten.

• Die hohe organische Belastung der Anlage führte zu einer sehr geringen Nitrifikationsleistung, so

dass nur in der Unterlastphase und unmittelbar nach der Reinigung der Anlage eine Nitrifizierung des

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 83

Ammonium-Stickstoffs erfolgte. Als NH4-N-Grenzbelastung ist 0,3 [g/m²·d] festzustellen. Damit ist die

Nitrifikation primär von der Belastung und sekundär von der Temperatur abhängig.

• Bei der SBR-Anlage ist eine hohe Prozessstabilität in allen Versuchsbelastungs- und allen

gemessenen Temperaturbereichen festzustellen. Die Leistungsgrenze wurde nicht erreicht. Sogar

über die maximale Belastungsgrenze von 200 [g/m³·d] BSB5 hinaus ist eine fast vollständige

Elimination der Abwasserinhaltsstoffe (98 %) ermittelt worden. Die Reinigung des Abwassers durch

die SBR-Anlage erfolgt bei allen Versuchsbelastungen und gemessenen Temperaturen sehr stabil

auf hohem Niveau.

• Der Tropfkörper erzielte die besten Reinigungsergebnisse nur bei geringer hydraulischer Belastung.

Ab Raumbelastungen von 225 [g/m³·d] CSB und 125 [g/m³·d] BSB5 war eine deutliche Streuung der

Abbauleistungen zu beobachten. Die Abbauleistungen nehmen mit zunehmender Belastung ab.

• Die höchsten Abbauleistungen der organischen Abwasserinhaltsstoffe wurden erstaunlicherweise bei

Temperaturen kleiner 10°C erreicht. Ursache kann di e verminderte Adsorption des Trägermaterials

mit steigender Temperatur sein.

• Festzuhalten bleibt, dass die Reinigungsleistung des Tropfkörpers entscheidend von der

Raumbelastung abhängig ist.

• Beim Rotationstauchkörper ist tendenziell eine gleichbleibende CSB-Abbauleistung mit

zunehmender Belastung und unterschiedlicher Temperatur festzuhalten.

• Bei der BSB5-Elimination ist eine Abhängigkeit von der Temperatur zu konstatieren, so ergaben sich

höhere Abbauleistungen bei Temperaturen über 15°C.

• In der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage ist die sinkende Betriebsstabilität unmittelbar mit

abnehmender Temperatur zu beobachten.

• Obwohl keine Grenzbelastung bestimmt werden konnte und die Reinigungsleistung nur in geringem

Maße von der Belastung abhängig ist, muss langfristig gesehen, eine Überbelastung der Anlage

vermieden werden, um der Gefahr einer Kolmation entgegenzuwirken.

• Bei der horizontal durchströmten Pflanzenkläranlage wurden Belastungsgrenzwerte für CSB

(13,3 [g/m²·d]) und BSB5 (6,7 [g/m²·d]) von ca. 50 % der Zulaufwerte überschritten. Trotzdem konnten

Abbauleistungen von 87 bis 94 % CSB und von 86 bis 97 % BSB5 innerhalb der verschiedenen

Laststufen erzielt werden.

• Für die Ammonium-Flächenbelastung scheint es eine optimale Fracht von 1,5 NH4-N [g/m²·d] zu

geben, bei der eine besonders hohe Abbauleistung erreicht wird.

5.2.3 Energieverbrauch

Eine oft diskutierte und häufig gestellte Frage ist die nach dem Energieverbrauch und den damit

verbundenen Betriebskosten der Kleinkläranlagen. Um eine Aussage diesbezüglich zu treffen, wurden

im Januar 2003 nachträglich separate Stromzähler für die Anlagen montiert. Zu der wöchentlichen

Analyse wurden zusätzlich die Zählerstände notiert.

Der Zählerstand nach einem Betriebsjahr ist nicht bei allen Anlagen geeignet gewesen, eine

abschätzende Berechnung der Gesamtstromkosten vorzunehmen. Die Ursache liegt darin, dass einige

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 84 Anlagen während des Untersuchungszeitraumes für mehrere Tage oder sogar Wochen aufgrund von

Betriebsstörungen nicht in Betrieb waren. Aus diesem Grunde wurden zur Berechnung sowohl der

mittlere Stromverbrauch bei emissionsoptimierter Einstellung als auch der mittlere jährliche

Stromverbrauch benutzt. Der Vorteil des mittleren jährlichen Stromverbrauchs ist, dass sämtliche

Belastungsphasen der Anlage enthalten sind und somit ein durchaus realistischer bzw. praxisnaher

Stromverbrauch ermittelt werden kann. Die Ergebnisse sind in Tab.48 zusammengefasst. Die eigenen

Berechnungenin Tab. 48 und auch in die Abbildung 18 wurden durch Daten aus Literatur und

Firmenunterlagen ergänzt.

Deutlich ist der sehr hohe Stromverbrauch der Tropfkörperanlage zu erkennen. Insbesondere bei der

aktuellen Einstellung der Rezirkulationspumpe (4-mal pro Std. jeweils 1 min.) ist mit sehr hohen

Stromkosten zu rechnen. Hier besteht in jedem Fall noch Optimierungsbedarf. Die emissionsoptimierte

Einstellung der in der NK befindlichen Pumpe von 4 min/h brachte zwar annehmbare

Reinigungsergebnisse, führte aber in Folge der hohen hydraulischen Belastung der Anlage zu einem

extrem hohen Energiebedarf. Bei der Standardeinstellung (1 min/h) der Pumpe könnte der tägliche

Stromverbrauch (bei vergleichbarer Belastung) theoretisch auf 0,74 [kWh/d] reduziert werden.

Bezüglich der jährlichen Stromkosten wäre dies eine Ersparnis von 151,42 Euro.

In der Abbildung 18 ist der jährliche Energiebedarf pro Einwohner, berechnet aus den benannten

Datengrundlagen, abgebildet.

Eindeutig ergibt sich für die naturnahen Verfahren, bei denen lediglich eine Beschickungspumpe als

Stromverbraucher installiert ist, der geringste Energiebedarf, wobei bedingt durch das Verteilerprinzip

die vertikale Pflanzenkläranlage im Vergleich zur horizontalen Pflanzenkläranlage höhere Werte

aufweist. Bei den technischen Anlagen sind beim Rotationstauchkörper die geringsten Werte berechnet

worden. Der Energiebedarf aus der optimierten Einstellung ergibt sich dabei aus der aktuell

eingestellten Laufzeit der Überschussschlammpumpe von 1 min/d und einer Laufzeit des

Rotationsmotors von 18 h/d.

In Tab. 48 wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Literaturangabe, die bei der SBR- Anlage zu

finden ist, eine Angabe für Belebungsanlagen beinhaltet. Festzuhalten bleibt hier, dass die SBR-

Anlage 64 % weniger Energie benötigt als die Belebungsanlagen.

Betrachtet man den Energiebedarf bei der zentralen Abwasserreinigung, der durchschnittlich bei

34 kWh/(EW·a) liegt, bleibt festzuhalten, dass die technischen Verfahren der KKA (mehr oder weniger

deutlich) höher liegen.

Tab. 48: Vergleich des Energieverbrauchs der KKA in Dorf Mecklenburg

Anlagentyp

FB [4E]

SBR [6E]

TK [5E]

STK [4E]

v. PKA [6E]

h. PKA [1E]

[P, B]** [2P,B] [2P] [P] [P] [P]

Optimierte Einstellung [kWh/(E⋅a)] 173 82 232 46 20 6

Jahresmittel [kWh/(E⋅a)] 154 82 173 34 18 14

Literatur*** [kWh/(E⋅a)] 200 225 * 75 10 10

Firmenangaben [kWh/(E⋅a)] 142,5 61 101 49 4

* gilt für Belebungsanlagen ** P= Pumpe; B=Luftgebläse ***[ u. A.Maus 2004,]


Abbildung 18: Energiebedarf der KKA auf dem VF in Dorf Mecklenburg im Vergleich zu anderen Erhebungen

Um nicht nur eine Aussage über den Energiebedarf der Anlagen zu treffen, wurden unter

Zugrundelegung eines Strompreises von 17 Cent/kWh die Stromkosten pro Jahr und EW berechnet.

Die graphische Darstellung erfolgt in der Abbildung 19.

��

Kosten bei aktueller Einstellung [€/a] 118 83 197 31 20 1

Kosten berechnet mitJahresmittelwert [€/a]

105 84 147 29 19 2

Kosten bei aktueller Einstellung[€/EW*a]

29 14 39 8 3 1

Kosten bei Jahresmittel [€/EW*a] 26 14 29 6 3 2

b. FB [4EW]

SBR [6EW]

TK [5EW]

STK [4EW]

v. PKA [6EW]

h. PKA [1EW]

Ene

rgie

kost

en [€

/x*a

]

Abbildung 19: Energiekosten der KKA

0

50

100

150

200

250

aus aktueller Einstellung[kWh/EW*a]

173 82 232 46 20 6

aus Jahresmittel [kWh/EW*a] 154 82 173 34 18 14

aus Literatur [kWh/EW*a] 200 225 75 10 10

Firmenangaben [kWh/EW*a] 143 61 101 49 4

b. FB [4EW]

SBR [6EW]

TK [5EW]

STK [4EW]

v. PKA [6EW]

h. PKA [1EW]

Ene

rgie

beda

rf [k

Wh/

EW

*a]

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 86 5.2.4 Wartung, Betrieb und Betriebsprobleme

Der Betreiber des Kleinkläranlagen-Demonstrationsfeldes ist der Zweckverband Wismar und somit

technisch qualifizierter als privaten Kleinkläranlagenbetreiber. Der Betreiber soll tägliche, wöchentliche

und monatliche Kontrollen übernehmen. Sie werden von zwei Mitarbeitern des Zweckverbandes

durchgeführt und in einem Betriebsbuch dokumentiert.

Die tägliche und wöchentliche Kontrolle beinhaltet die visuelle Kontrolle zur Sicherstellung der Funktion

der Anlagen. Die monatliche Kontrolle ist im Wesentlichen eine Sichtkontrolle der Vorklärung, des

Reaktors, aller Pumpen und die Sicherstellung der Funktionalität der Steuerungssysteme.

Gegebenenfalls sind eine Reinigung und eine Ablagerungsentfernung durchzuführen. Im Laufe des

Jahres konnten besondere Betriebserfahrungen für jede Anlage gesammelt werden.

5.2.4.1 Belüftetes Festbett

Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten wurde die Anlage in einer vorinstallierten

Mehrkammerabsetzgrube untergebracht. Dadurch konnte baulich nicht auf die zu erwartende

Schmutzfracht reagiert werden. Im Kapitel 4.3.1 wurde im Rahmen der Nachberechnung der

Bemessung bereits auf die zu kleine Festbettfläche hingewiesen. Die hohe Flächenbelastung der

Anlage führte dementsprechend zu massiven Betriebsproblemen (s. Tab. 38). Ein weiteres Problem

ergab sich aus einem Planungsfehler des Beschickungssystems. Theoretisch wäre es möglich

gewesen, dass bei einem Steuerungsproblem der Beschickungsventile die nicht ordnungsgemäß zu

beschickende Abwassermenge der Festbettanlage zugeführt worden wäre. Praktisch konnte dies

jedoch nicht nachgewiesen werden. Dennoch wurde diese Gefahr später durch den Einbau eines

Notüberlaufes am Beschickungssystem ausgeschlossen.

Die Überlastung der Anlage dauerte 4 Monate und führte zu kompletter Verschlammung und

Verstopfung des Reaktors. Da auch eine zweitägige Dauerbelüftung der Anlage die Verstopfungen

nicht lösen konnte, wurde die Anlage am 25.8.03 außer Betrieb genommen und durch den Hersteller

gereinigt. Unter Einhaltung sicherheitsrelevanter Vorgaben ist eine Reinigung der Anlage äußerst

problematisch, da die gesamte Reaktionskammer mit dem Festbett ausgekleidet ist.

Die Reaktionskörper werden zudem durch den Bewuchs so schwer, dass eine Herausnahme selbiger

praktisch nur durch einen Dreibock o.Ä. möglich ist.

Innerhalb eines Betriebsjahres sind die Vorklärung und Nachklärung zweimal gereinigt worden. Die

Belüftungszeit wurde im Winter und während der Überlastphase erhöht, um eine gleichbleibende

Reinigung zu erzielen.

Als einziger baulicher Mangel während der gesamten Betriebszeit trat ein gerissener Schachtdeckel

auf.

5.2.4.2 SBR-Anlage

Die Anlage zeigte im Betrieb eine hohe Stabilität sowie ein hoheres hydraulische Puffervermögen

gegen Überlast. Ausserdem kann die Anlage durch eine einfache technische Lösung (Schwimmer)

auch den Unterlast problemlos meistern. Die Vorklärung wurde im Frühjahr und Herbst 2003 gereinigt.

Zu Beginn der Untersuchungen wurden durch die SBR-Anlage nur mäßige Reinigungsergebnisse

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 87 erzielt. Am 15.4.03 wurde die bis dato eingestellte Belüftungszeit von 30 Minuten pro Stunde auf

40 Minuten erhöht. Somit wurde die Pausenzeit, die sich immer auf eine Stunde bezieht, von

30 auf 20 Minuten reduziert. Seit diesem Zeitpunkt arbeitete die Anlage sehr zuverlässig und erbrachte

Ablaufkonzentrationen, die weit unter den gesetzlich festgeschriebenen Werten liegen.

Während des Betriebes wurde die Anlage vom Hersteller auf eine betriebsinterne Weiterentwicklung

insbesondere der Steuerungseinstellungen umgebaut bzw. umgestellt. Dies beinhaltete im

Wesentlichen die Veränderung der Belüftungs- und Pausenzeiten sowie eine veränderte Einstellung

der Schwimmer in der Reaktionskammer. Nach 19 Monaten musste ein Magnetventil im Steuerschrank

ausgetauscht werden, ansonsten traten während der Betriebszeit keinerlei technische Probleme auf.

Im Zuge der Wartung wurden vom Hersteller die Pumpen gereinigt und auf Funktionalität überprüft.

Des Weiteren wurde der Filter des Verdichters gewechselt sowie die Verdichterleistung gemessen.

5.2.4.3 Tropfkörper

Infolge der vielen Pumpwerke, die das Abwasser zur Kläranlage Dorf Mecklenburg und somit auch zum

VF fördern, sind die sonst üblichen Feststoffe zerkleinert. Dies wirkte sich aufgrund der

verschlechterten Absetzwirkung in der VK ganz besonders auf den Tropfkörper aus. Die hohe Menge

an Rücklaufwasser aus der NK begünstigte das verminderte Absetzpotenzial durch das ständige

Aufwirbeln der VK zusätzlich. Der Einbau eines Tauchrohres in der VK konnte diesen Einfluss etwas

mildern.

Ebenfalls trugen lange nicht beseitigte Mängel am Verteilersystem zu einer sehr ungleichmäßigen

Verteilung des Abwassers auf dem Tropfkörpermaterial und somit zu einer begrenzten aktiven

Reinigungsfläche bei.

Das Hauptproblem der Anlage war jedoch, dass keine Einstellung der Rezirkulationspumpe gefunden

wurde, die sowohl gute Reinigungsergebnisse als auch verträgliche Betriebskosten erbrachte. Als

baulicher Schwachpunkt ist lediglich das Verteilersystem anzugeben. Die Kippwanne musste

wöchentlich von Bewuchs befreit werden, was ihre Funktion erheblich einschränkte. Des Weiteren war

das Verteilergerinne mehrmals verstopft, dies führte ebenfalls zu einer sehr ungleichmäßigen

Verteilung des Abwassers.

Bei allen Anlagen rissen die Schachtdeckel mehrmals und mussten ausgetauscht werden.

5.2.4.4 Rotationstauchkörper

Die Scheiben des Tauchkörpers wurden 3-mal im Jahr mit einem Besen oberflächlich von

anhaftendem Bewuchs befreit. Die Vorklärung wurde 2-mal im Jahr entleert und mit Brauchwasser

aufgefüllt, die Nachklärung 3-mal. Problematisch beim Betrieb des Rotationstauchkörpers ist die

Schwimmschlammbildung in der NK. Unabhängig von der Temperatur war eine massenhafte

Entstehung dieses Schwimmschlammes zu beobachten, er wurde dann mit einem Schöpfbecher aus

der NK entnommen und in die VK 1 gefüllt. Trotz eines Tauchrohres am Ausgang der NK konnte der

durch wilde Denitrifikation entstandene Schwimmschlamm auch in den Ablaufschacht gelangen und

führte deshalb zu erhöhten Ablaufkonzentrationen. In regelmäßigen Abständen wurden der Motor und

5 Prüfung der Kleinkläranlagen in Anlehnung an die europäischen Normen 88 die Spannvorrichtung des Keilriemens gereinigt sowie alle Drehpunkte des Scheibenkörpers

abgeschmiert. Bauliche Mängel wurden bei dieser Anlage nicht entdeckt.

Im Vergleich mit den anderen technischen Anlagen traten hier die wenigsten Probleme auf.

5.2.4.5 Vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage

In den ersten Monaten nach der Inbetriebnahme konnte die Anlage nicht durchweg beschickt werden.

Die niedrigen Temperaturen führten zur Bildung einer Eislinse im Bodenkörper, wodurch eine

Beschickung der Anlage mit Abwasser nicht mehr möglich war. Ungünstig dabei wirkten sich

insbesondere die Hanglage und die noch spärlich vorhandene Vegetation auf die Anlage aus.

Mit zunehmenden Temperaturen verbesserte sich die Betriebsleistung der Anlage. Von April bis

Oktober arbeitete sie hervorragend und erzielte hohe Eliminationsleistungen von Kohlenstoff und

Ammonium. Nach einem 24-stündigen Stromausfall wurden die Ablaufwerte jedoch deutlich schlechter,

obwohl kein unmittelbarer Zusammenhang bestand.

Auffällig waren in diesem Zusammenhang die fast dauerhafte Überstauung der Anlage und die

schlechte Infiltrationsleistung des Bodenkörpers. Selbst die Spülung der Drainageleitung brachte nur

kurzfristig einen Erfolg. Durch den Überstau des zu beschickenden Abwassers kam es zu einem

direkten Rücklauf in den Ablaufschacht. Dieses Problem konnte durch die Verlegung der

Beschickungsschläuche behoben werden.

Im Laufe des Jahres platzten die Beschickungsschläuche dreimal. Da dies nicht immer sofort erkannt

wurde, kam es zu einer punktuellen Belastung bzw. Überlastung von Teilflächen der Anlage.

Bohrungen und Schürfungen ergaben jedoch keine optischen Anzeichen von Kolmation.

Eine Siebanalyse räumte den Verdacht eines ungeeigneten Bodensubstrates aus.

Bei der Berechnung der CSB- und AFS-Frachten erhärteten sich die Anzeichen, dass eine Kolmation

des oberen Bodenkörpers die Ursache für die schlechten Infiltrations- bzw. Reinigungsleistungen der

Anlage sein könnte. Im Abschlussbericht des Verbundprojektes „Bewachsene Bodenfilter“ [FEHR et al.

2003] sind Grenzwerte für CSB-und AFS-Frachten ermittelt worden, die bei Nichteinhaltung eine

Kolmation begünstigen. Danach sind vertikale Bodenfilter mit maximal 20 g/(m²·d) CSB und

5 g/(m²·d) AFS zu belasten. In der Tab. 49 sind die Ergebnisse der Frachtberechnung der eigenen

untersuchten Anlage aufgelistet.

Als Berechnungsgrundlage dienten die in Tab. 49 aufgeführten Stoffkonzentrationen sowie die

vorhandene Bettfläche von 18 m². Die Abscheideleistung der Vorklärung wurde bei der Reduzierung

der Frachten mit den Faktoren 0,67*CSB und 0,42·aFS (s. Kap. 5.2.2.4.1) berücksichtigt, wobei die

Reduzierung der CSB -Konzentration um 33 % deutlich über der Leistung der

Mehrkammerabsetzgrube liegt. Praktisch stehen lediglich 2 Kammern zur Vorreinigung des Abwassers

zur Verfügung, die dritte Kammer fungiert ausschließlich als Beschickungsschacht. Beim Vergleich der

berechneten Werte mit den Grenzwerten wird schnell die Überbelastung der Anlage deutlich. Nimmt

man den Anteil der Daten, die 85 % der Gesamtdaten ausmachen, so wird der Grenzwert von maximal

5 g/(m²·d) AFS mit ca. 100 % des Grenzwertes für CSB mit 67 % überschritten. Somit gilt die Anlage

als kolmationsgefährdet.


Tab. 49: Berechnete Zulauffrachten zur Bestimmung der Kolmationsanfälligkeit

AFS Zulauf

[mg/l]

AFS Flächenbelastung

[g/(m²·d)]

CSB Zulauf [mg/l]

CSB Flächenbelastung

[g/(m²·d)] Mittelwert 260,7 7,1 915,0 26,3

Median 252,0 6,1 780,0 24,6

85 % Fraktile 360,0 10,4 1109,4 33,4

Maximum 557,5 22,6 1336,0 56,7

Anzahl Daten 41 40 52 46

5.2.4.6 Horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage

Nachdem am 26.5.03 eine optimale Einstellung der Beschickungspumpe gefunden wurde, konnte der

anfängliche Überstau der Anlage während der Beschickung verhindert werden.

Die zu Beginn der Untersuchungen gemessenen hohen CSB-Ablaufkonzentrationen sind hauptsächlich

durch Fehler in der Probenentnahme zu erklären. Der Probennahmeschacht im Inneren des Bettes war

mit Bewuchsresten belastet. Bei der Analyse ergaben sich somit hohe CSB- und BSB5-

Konzentrationen. Aus diesem Grunde wurde die Probennahme ab Anfang August auf den

Ablaufschacht der Anlage verlegt. Betriebsprobleme sind seit der bereits erwähnten Umstellung der

Beschickungspumpe nicht aufgetreten.

Im Rahmen der Wartung erfolgte die Entleerung der VK 1 und eine anschließende Auffüllung dieser

Kammer mit Brauchwasser. Außerdem wurde die Anlage im Frühjahr von den abgestorbenen

Pflanzenresten befreit, um den neu ausgetriebenen Pflanzen einen ungehinderten Wuchs zu

ermöglichen.

Im Vergleich zur vertikal beschickten Anlage zeichnet sich diese Anlage durch einen sehr stabilen

Betrieb aus. Eine Verminderung der Reinigungsleistung war auch in den Wintermonaten nicht zu

erkennen, da die Anlage aufgrund des Standortes windexponiert ist.

5.3 Zusammenfassung

Hauptbestandteil der europäischen Norm prEN 12566 Teil 3 ist das Verfahren zur Prüfung der

Reinigungsleistung. In dieser Norm sind alle anzuwendenden Analyseverfahren, ein Zeitplan der

Prüfung sowie die Definition der einzelnen Prüfphasen verzeichnet. Die einjährigen

Vergleichsuntersuchungen an sechs verschiedenen Kleinkläranlagensystemen mit realem Abwasser

und unter verschiedenen Lastzuständen zeigten über den gesamten Untersuchungszeitraum von

einem Jahr betrachtet, dass alle Anlagen, bis auf den Tropfkörper, den Überwachungswert im Mittel

einhalten konnten.

Die besten Reinigungsergebnisse erzielten mit durchschnittlich 78 mg/l und 70 mg/l CSB die beiden

naturnahen Verfahren. Bei den technischen Anlagen erreichten die SBR-Anlage (79 mg/l CSB) und der

Tauchkörper (75 mg/l CSB) die besten Ergebnisse. Bei der Auswertung der Nitrifikationsleistung

ergaben sich bei der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage und bei der SBR-Anlage die höchsten

Eliminationsleistungen. Bei der SBR-Anlage konnte sogar eine temperaturabhängige Nitrifikation


beobachtet werden. Hingegen erzielte die geringsten NH4-N- Abbauleistungen das Festbett.

Pflanzenkläranlagen erreichen den höchsten P-Rückhalt in der Unterlastphase (71 % bei der vertikal

durchströmten Pflanzenkläranlage und 91 % bei der horizontalen Pflanzenkläranlage) sowie die

niedrigsten mittleren P Ablaufwerte (3,9 und 7,5 mg Pges./l), wobei die etwas schlechteren Daten der

vertikalen Anlage auf den Einbau eines gewaschenen Materials zurückzuführen sind. Unter den

technischen Anlagen wird durch den häufigen Schlammentzug bei der SBR-Anlage mit einem

Durchschnitt von 29 % P-Abbau das beste Ergebnis erzielt.

Neben dem sorgfältigen Betrieb und der Kontrolle ist die Reinigungsleistung von Temperatur und

Belastung, unterschiedlich je nach System, abhängig. Die Berücksichtigung dieser zwei Faktoren bei

der Auswertung der Reinigung zeigt deutlich, dass die SBR-Anlage eine sehr gute Leistung,

unabhängig von Temperatur und Belastung erbringt und damit eine besondere Zuverlässigkeit bietet.

Bei den Festbett- und Tropfkörperanlagen sind die Regeln in der DIN 4261 Teil 2 unbedingt

einzuhalten. Bei der vertikalen Pflanzenkläranlage sind die Empfehlungen in dem neuen A 262 zu

berücksichtigen.

Die Auswertung der Betriebsdaten der verschiedenen Kleinkläranlagen beweist, dass nach Anpassung

der Steuerung das SBR-Verfahren und die horizontal durchströmte Pflanzenkläranlage die stabilsten

und niedrigsten CSB-Ablaufwerte erzielten. Der Rotationstauchkörper zeigte den Betrieb mit den

wenigsten Störungen.

Die Berechnungen zum jährlichen Stromverbrauch und den damit verbundenen Kosten fielen

zugunsten der naturnahen Verfahren aus, bei denen lediglich eine Beschickungspumpe als

Stromverbraucher installiert ist. Bedingt durch das Verteilerprinzip weist die vertikale

Pflanzenkläranlage im Vergleich zur horizontalen Pflanzenkläranlage höhere Werte aufweist. Bei den

technischen Anlagen konnte beim Scheibentauchkörper der geringste Energiebedarf festgestellt

werden gefolgt von der SBR-Anlage. Bei der emissionsoptimierten Einstellung des Tropfkörpers

ergaben sich die höchsten Energiekosten.

Insgesamt kann festgestellt werden, dass Kleinkläranlagen auch mit DIBt-Prüfzeichen nicht unter allen

Bedingungen optimale Werte erbringen. Eine entscheidende Rolle für die praktisch erreichbare

Reinigungsleistung spielt der ordnungsgemäße Betrieb und eine fachgerechte Wartung.

91

6 Prüfung der Kleinkläranlagen nach der DIN 4261

Die Überwachung sollte ein weiteres Jahr in Anlehnung an bisherige deutsche Normen erfolgen. Die

Überwachungsergebnisse sollten hier das Verhalten und die Reinigungsleistung der „annähernd nach

EN 12566-Programm geprüften“ Anlagen in einem folgenden Praxisjahr unter den gleichen

Randbedingungen dokumentiert und miteinander weiter verglichen werden. Außerdem sollte der

Vergleich die Verlässlichkeit des EN 12566-Testprogrammes unter Beweis stellen.

6.1 Stand der DIN Normung

Das Einbetten eines Prüfverfahrens für die Leistungsfähigkeit von Kleinkläranlagen in eine europäische

Norm ist Anlass, die Teile 2 und 4 der deutschen Normen zurückzuziehen (s. Tab.: 7).

Zu prüfen sind die Übereinstimmung der Anlage mit der Konstruktionszeichnung, die Betriebswerte, die

Betriebssicherheit, der Aufwand für Eigenkontrolle und Wartung. Hauptsächlich betrifft es ist aber die

Reinigungsleistung.

Die Reinigungsleistung und die Betriebswerte sind in DIN 4261-2 (s. Tab. 50 ) detailliert definiert und

folgen einem Programm, das sich von den europäischen Normen unterscheidet.

Tab. 50: Programm der Beprobung in der DIN 4261 Teil 2

Monat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Summe

Reinigungsprüfung [24h MP] 1 1 1 1 1 5 [24h MP]

Technische Überwachung [SP] 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 [SP]

6.2 Abweichung

Während die europäischen Normen 38+x Wochen für die Prüfung vorschreiben, sind es bei der DIN-

Prüfung 12 Monate.

Ferner sind für die Reinigung nur 5 Mischproben und für technische Überwachungen weitere

14 Stichproben erforderlich. Allerdings sind diese den gleichen Analysen zu unterziehen [DIN 4261 –2,

Tab. 6 & 7] .

Überdies sind die Anlagen mit kontinuierlicher hydraulischer Belastung mit 150 l/E·d zu beschicken,

sowie zusätzlich ein einmaliger erhöhter Zufluss aus der Badewanne.

6 Prüfung der Kleinkläranlagen nach der DIN 4261 92

6.3 Untersuchungsergebnisse

Im Jahr 2004 sind die sechs Anlagen weiter mit einer kontinuierlichen Menge von 120 l/E·d

beaufschlagt worden. Innerhalb des einen Jahres sind die Anlagen insgesamt mit einer Menge von

1070 m³ kommunalen Abwassers beaufschlagt worden.

Die einzelnen Werte sind im Anhang 25 zu entnehmen. In Tab. 51 sind die Ablaufmittelwerte

zusammen dargestellt, wobei die Zulaufwerte ähnlich wie im ersten Jahr waren. Sie sind aus Tab. 25

zu entnehmen.

Tab. 51: Untersuchungsergebnisse des zweiten Prüfungsjahres

Parameter gemeinsamer Zulauf

Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vertik. PKA

horiz. PKA

Qd 120 l/E 4 E 6E 5E 4E 6E 1E

CSBh (n=26) [mg/l] 967 106 50 207 96 107 36

CSBf (n=20) [mg/l] 635 96 47 155 71 92 35

BSB5 (n=10) [mg/l] 468 27 11 27 (n=6) 23 (n=7) 47 (n=2) 16

NH4-N (n=20) [mg/l] 72 27 1 13 10 17 6

NO3-N (n=20)

[mg/l] 9,6 38,9 6,8 20,8 36,1 36

NO2-N(n=19) [mg/l] 3,6 2,0 4,5 3,6 3,4 4

Pges(n=18) [mg/l] 16 10 10 11 10 8 5

AFS (n=10) [mg/l] 309 13 45 25 12 4

PH (n=22) 7,7 7,8 7,5 7,7 7,7 7,2 7,7

O2(n=22) [mg/l] 6,6 4,6

TS(n=20) [g/l] 1,7

Tr. (n=12) NTU 260,1 8,7 6,8 44,9 3,1 12,9 3,1

Energie kWh/E·a 173/370 96 152/131 44 17/23 14

Schlamm-abfuhr

n 1 1 1 1

Betrieb Belüftung erhöht

-Ventile wurden

mit Pumpe ersetzt

Schlammabzug-fehler

Umlauf auf 2-mal 1 Min.

Schlammabzug erhöht auf jeder Std

-im Feb und Mai

aus-geschaltet -im Sep. erneuert

und für 3E ausgelegt.

• Beschickung mit 120 l/(EW·d)


6.4 Diskussion

6.4.1 Reinigungsleistung

Die Zulaufkonzentration ist identisch mit der des erstenPrüfungsjahres, was einen simultanen Vergleich

der Ablaufmittelwerte der zwei Jahre ermöglicht.

Anhand der CSBh-Ablaufwerte wird ersichtlich, dass Kleinkläranlagen, die das EN 12566-

Testprogramm bestanden haben, fähig sind, mindestens im folgenden ersten Jahr eine noch bessere

Reinigungsleistung zu erbringen. So haben alle Kleinkläranlagen außer dem Tropfkörper die

Anforderung an 150 mg CSB/l im Ablauf eingehalten.

Der Vergleich der Reinigungsleistung widerspiegelt das Ranking im Test 1 im vorherigen Kapitel

(s. Abbildung 20). So erbrachte die SBR-Anlage weiterhin sehr gute Werte ohne Betriebsprobleme.

Allerdings schnitt hier die horizontale Pflanzenkläranlage besser ab. Der Scheibentauchkörper scheint

stabil in seiner Reinigungsleistung. Das belüftete Festbett erbrachte deutlich bessere Werte. Gründe

dafür sind einmal die komplette Reinigung des Festbettes und die Dauerbelüftungseinstellung in den

letzten 3 Monaten. Die Ablaufwerte der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage deuten auf ähnliche

Betriebsprobleme wie in dem ersten Jahr hin. Nach deren Erneuerung und der niedrigeren

Beaufschlagung erbrachte die Anlage sehr gute Werte, die sich jedoch durch den Winterbetrieb wieder

verschlechterten. Allerdings blieben sie im Jahresmittel weit unter dem Grenzwert. Bei dem Tropfkörper

war wiederum eine deutliche Verschlechterung zu verzeichnen.

156

79

119

75 70 78

36

107

76

50

106

207

0

50

100

150

200

250

bFB

SB

R

T K

ST

K

v. P

KA

h. P

KA

Erstes Jahr Prüfung in Anlehnung an EN 12566 -3; n=44; pH=7,7Zweites Jahr Prüfung in Ahnlehnung an DIN 4261-2; n=22; pH=7,6

Rei

nigu

ngsl

eist

ung

in [m

g C

SB

/l]

Grenzwert von 150 mg CSB/l

Abbildung 20: Vergleich der Reinigungsleistungen mittels CSB-Ablaufwerte der KKA während und

nach der Last-Prüfung

• Hinsichtlich der BSB 5-Ablaufwerte erbrachten die Kleinkläranlagen eine bessere Reinigung und

hielten den Grenzwert von 40 mg/l ein. Der Tropfkörper zeigt hier deutlich gute Ergebnisse


(BSB5 = 27 mg/l und CSB 107 mg/l). Die Gründe liegen bei der Datendichte (n=6), die nur während

der unökonomischen Zirkulationshäufigkeit (4-mal in der Stunde, jeweils 1 Minute) entstanden sind.

• Obwohl die Untersuchungsergebnisse fast aus den Wintermonaten stammten, wurde das Ranking

der Reinigungsleistung aus dem ersten Jahr bestätigt.

50

13

63

19

43

27

11

2723

47

16

35

0

10

20

30

40

50

60

70bF

B(n

=7)

SB

R(n

=9)

T K

(n=

6)

ST

K(n

=7)

v. P

KA

(n=

2)

h. P

KA

(n=

10)

Erstes Jahr Prüfung in Anlehnung an EN 12566 -3; n=20;

Zweites Jahr Prüfung in Ahnlehnung an DIN 4261-2

Rei

nigu

ngsl

eist

ung

in [m

g B

SB

5/l]

Grenzwert von 40 BSB5/l

Abbildung 21: Vergleich der Reinigungsleistungen mittels BSB5 Ablaufwerte der KKA während und nach der Last-Prüfung

Ausblick :

Zusammengefasst lässt sich aus den zwei Prüfungsjahren folgende Prognose erstellen:

Überstehen die Kleinkläranlagen das EN 12566-Testprogramm, sind die Anlagen definitiv in der Lage,

eine noch deutlich bessere Reinigungsleistung im zweiten Jahr zu erbringen, vorausgesetzt, sie werden

identisch in Betrieb und Wartung weitergeführt.

Der Vergleich zeigt deutlich, dass die maximale und verlässlichste Reinigungsleistung der vorgestellten

sechs Kleinkläranlagen durch die SBR-Anlage erzielt worden ist, gefolgt von der horizontalen

Pflanzenkläranlage sowie dem Scheibentauchkörper. Danach kommt die belüftete Festbettanlage. Eine

vertikale Pflanzenkläranlage ist in der Lage, eine sehr gute Reinigung zu erbringen, hat jedoch massive

Winterprobleme. Die Tropfkörperanlage auf dem Versuchs- und Demonstrationsfeld kann die

Anforderungen an die Reinigung ökonomisch nicht erfüllen.

Aus dem Versuchszeitraum ergab sich, dass die Kleinkläranlagen in der Praxis hinsichtlich ihres

Leistungspotenzials und der Störungsfälle ebenso wie während der Prüfung reagieren. Deshalb ist die

Information und Dokumentation der häufigen wichtigen Merkmale bei der Prüfung für den Hersteller

und danach für die Einweisung des Betreibers notwendig.


6.4.2 N-Entnahme

Für die Stickstoffentnahme sind die Untersuchungsergebnisse der verschiedenen Anlagen in der Tab.

52 nach Jahreszeit (Sommer/Winter) dargestellt.

Tab. 52: Vergleich der Stickstoffablaufwerte ohne die Betrachtung des organischen Stickstoffes

(mittlere NH4-N-Zulaufkonzentration 72 mg/l)

Anlage Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vertik. PKA horiz. PKA

S W S W S W S W S W S W

n 8 14 8 14 8 14 8 14 8 10 8 14

T °C 16,7 8,6 16,5 9,0 16,5 9,5 16,3 9,1 16,0 11,8 16,1 9,3

NH4-N 16 33 1 1 11 14 4 15 7 16 2 8

NO3-N 13 8 29 47 1 11 17 23 45 37 28 42

NO2-N 3,7 3,6 0,9 2,8 3,7 5,1 2,8 4,2 2,4 3,3 4,9 3,5

N- Ablaufwerte 28 40 29 48 12 25 22 38 53 53 30 50

Nitrifikation % 78 54 99 99 84 81 94 79 90 78 97 89

N-Entnahme % 61 44 59 33 83 66 70 47 27 26 59 31

Insgesamt sind die Werte wie im Erstjahr weiter bestätigt worden. Die Tropfkörperanlage ist aufgrund

der höheren Rezirkulation für die weitgehende N-Entnahme einsetzbar (Nges. Ab unter 25 mg/l). Im

Gegensatz dazu kann der Scheibentauchkörper nur im Sommer die Anforderungen erfüllen.

Die SBR-Anlage kann ganzjährig nitrifizieren, wozu alle anderen Anlagen, außer dem belüfteten

Festbett, nur im Sommer fähig sind.

Die Nitrifikationsleistung (ohne die Betrachtung des organischen Stickstoffes) der unterschiedlichen

Kleinkläranlagen ist in der Abbildung 22 dargestellt.


49

100

82 79

7174

66

99

8387 84

93

0

20

40

60

80

100

bFB

SB

R

T K

ST

K

v. P

KA

h. P

KA

Erstes Jahr Prüfung in Anlehnung an EN 12566 -3; n=44; pH=7,7

Zweites Jahr Prüfung in Anlehnung an DIN 4261-2; n=22; pH=7,6N

itrifi

katio

n in

[%]

Abbildung 22: Vergleich der Nitrifikation der KKA während und nach der Prüfung

Die Nitrifikationsleistung der Kläranlagen in Abbildung 22 sind auf der Basis der Ammonium-

Zulaufwerte und Ammonium-Ablaufwerte ohne die Betrachtung des organischen Stickstoffes

berechnet. Aus den Ergebnissen im zweiten Jahr ergab sich eine Verbesserung der Nitrifikation.

Alle Anlagen mit Ausnahme des Festbettes konnten im Sommer sogar die weitergehende Anforderung

von 10 NH4-N mg/l im Ablauf erreichen werden. Sogar beide SBR-Anlagen und die horizontale Anlage

erreichten den Wert weiter im ganzen Jahr. Eine Ausnahme bildete das belüftete Festbett im Winter.

Für den Anstieg der Nitrifikationsleistung war beim belüfteten Festbett überwiegend die Einstellung der

Dauerbelüftung verantwortlich. Bei der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage ist die Erneuerung

der Anlage im September 2004 der Hauptgrund für den Anstieg der Nitrifikationsleistung im zweiten

Jahr. Bei den restlichen Anlagen scheint die Lösung der Betriebsprobleme im ersten Jahr der

entscheidende Grund für eine weitere bessere Nitrifikation allgemein zu sein.


38

57

71 75

9

505346

75

59

27

45

0

20

40

60

80

100

bFB

SB

R

T K

ST

K

v. P

KA

h. P

KA

Erstes Jahr Prüfung in Anlehnung an EN 12566 -3; n=44; pH=7,7

Zweites Jahr Prüfung in Anlehnung an DIN 4261-2; n=22; pH=7,6N

-Abb

au %

Abbildung 23: Vergleich des N-Abbaus der KKA während und nach der Prüfung

Die N-Entnahme , die sich aus der Differenz zwischen NH4-N-Zu und den Nges.-Ab (ohne die Betrachtung

des organischen Stickstoffes) bildet, zeigt (s. Abbildung 23) eine Verbesserung bei dem belüfteten

Festbett und der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage sowie beim Tropfkörper. Die Gründe sind

bei der Nitrifikation erklärt worden. Im Gegensatz dazu führte die Belüftungsumstellung bei der SBR-

Anlage (s. Energieverbrauch) zu einer Verringerung der Pausenzeiten für die Denitrifikation und damit

zum Rückgang des N-Abbaus.

Für optisch repräsentative Anlagen wurden im Zuge der Wartungsarbeiten die Belüftungszeiten und

damit die Pausenzeiten für die Denitrifikation verringert, womit die Verringerung der N-Entnahme

begründet ist.

Beim Scheibentauchkörper wurde das Problem des Schwimmschlammes durch die Steigerung der

Rückpumpfrequenz gelöst. Dies verursacht allerdings einen Rückgang in der Denitrifikation und damit

den N Abbau insgesamt. Erstaunlicherweise reagierte die horizontale Pflanzenkläranlage mit einem

deutlichen Anstieg der Nitrifikation und einem Rückgang bei der Denitrifikation. Vermutlich liegt dies am

erhöhten Sauerstoffeintrag.

Insgesamt sind die Werte wie im Erstjahr weiter bestätigt worden. Die Tropfkörperanlage ist aufgrund

der höheren Rezirkulation für die weitgehende N-Entnahme einsetzbar (Nges. Ab unter 25 mg/l). Die

SBR-Anlage kann ganzjährig nitrifizieren.

6.4.3 Betrieb und Wartung

Die Anlagen wurden dreimal jährlich durch die Herstellerfirmen nach DIN gewartet.

Der Betrieb der Kleinkläranlagen erfolgte wie im ersten Jahr durch fachkundiges Personal des


Zweckverbands Wismar. Zweimal wöchentlich wurden die Anlagen visuell auf Sicherstellung der

Funktion kontrolliert. Die wöchentliche Kontrolle beinhaltete im Wesentlichen eine Sichtkontrolle der

Vorklärung und der biologischen Reaktoren, die Kontrolle aller Pumpen und die Funktion der

Steuersysteme. Ebenfalls wurden notwendige Reinigungen durchgeführt und die Schlammbildung

beobachtet.

Eine Schlammabfuhr erfolgte einmal im Jahr aus der Vorklärung und aus der Nachklärung der

technischen Anlagen.

Zu den Betriebsproblemen und den durchgeführten Maßnahmen im zweiten Jahr zählten:

• Mehrere Schwimmeralarmfehler bei der SBR-Anlage führten zu einer Aussonderung des Ventils

und zu einer Ersetzung mit der Pumpentechnik.

• Die vertikal durchströmte Pflanzenkläranlage hat weiter Kolmationserscheinungen. Sie wurde

komplett erneuert und weiter mit gedrosseltem Zufluss für entsprechend 3 E beaufschlagt.

• Eine weitere Betriebsmaßnahme ist die Erhöhung der Nitrifikationsleistung der belüfteten

Festbettanlage durch die Dauerbelüftung.

• Bei der Tropfkörperanlage wurde die Zirkulation auf 2-mal/Std., jeweils 30 sec., eingestellt, um

Energie zu sparen. Das bewirkte wie erwähnt einen negativen Effekt auf die Reinigungsleistung.

• Bei dem Scheibentauchkörper ist die Schlammabfuhr von 8 Stunden auf 1 Stunde umgestellt

worden, um die Schwimmschlammproblematik zu lösen.

6.4.4 Energieverbrauch

Der Gesamtverbrauch der einzelnen Anlagen (Tab. 51) dokumentiert den Verbrauch von 01/2004 bis

01/2005. Darin sind Einstellungsänderungen (z.B. die Dauerbelüftung in den letzten 3 Monaten beim

belüfteten Festbett sowie die Rezirkulationsminderung beim Tropfkörper und die Belüftungseinstellung

bei der SBR-Anlage) und Reinigungsarbeiten (z.B. nach der Reinigung der Festbettanlage) enthalten.

Tab. 53: Ausführung der Energiearten für die verschiedenen Anlagen

Anlage Festbett SBR Tropfkörper Tauchkörper vertik. PKA horiz. PKA

2Tauchpumpe

Gebläse

Klarwasserabzugpumpe

Vorspeicherpumpe

Belüfter, Druckluftheber

Rücklaufpumpe

ÜSS-Pumpe

Tauchpumpe

Motor

Tauchpumpe

Tauchpumpe


173

82

232

46

206

154

82

173

3418 14

173

96

142

44

20 14

0

50

100

150

200

250

Fes

tbet

t

SB

R

Tro

pfk.

Tau

chk.

v. P

KA

h. P

KA

optimierte Einstellung erstes Jahr (Prüfjahr) zweites JahrE

nerg

iebe

darf

[kW

h/E

.a]

Abbildung 24: Vergleich des Energieverbrauches der KKA auf dem VF in Dorf Mecklenburg zwischen Prüfjahr und dem darauf folgenden Jahr

Im zweiten Beobachtungsjahr ergaben sich die geringsten Energieverbrauch für die naturnahen

Verfahren, bei denen lediglich die Beschickungspumpen als Stromverbraucher installiert sind, wobei

verteilungstechnisch bedingt, die vertikale Anlage etwas höhere Werte aufweist. Interessant war, dass

die vertikale Pflanzenkläranlage trotz der Erneuerung und der Winterprobleme im Jahresschnitt eine

Energiemenge von ca. 20 kWh/E·a braucht, was der optimalen Einstellung entspricht (s. Abbildung 18).

Bei der horizontalen Pflanzenkläranlage liegt der Verbrauch im zweiten Jahr, wie im ersten Jahr bei 14

kWh/E·a.

Bei den technischen Anlagen weist der Rotationstauchkörper bei optimaler Einstellung den niedrigsten

Wert von 44 kWh/E·a auf. Dieser ist allerdings mehr als doppelt so hoch als bei den naturnahen

Systemen.

Der Anstieg des Energieverbrauches bei der SBR-Anlage wurde durch die Belüftungszeitänderung

verursacht.

Um eine auch optisch gute Reinigung in der Anlage für den Bürger zu präsentieren, mussten die

Anlagen immer erst angefahren werden, meistens ohne Schlammanfuhr. Hierbei hilft die jetzige

größere Belüftungszeit von 45/75 (Pause/Betrieb Belüftung) entsprechend ca. 1,6 kWh/d bei 6 EW.

Dieser Wert könnte also auf ca. 1,4 (60/60) wie im ersten Jahr bzw. 1,1 kWh/d (75/45) reduziert werden

und entspricht wieder der optimalen Einstellung hinsichtlich des Energieverbrauches (s. Abbildung 18).

Im Zuge der Wartungsarbeiten wurden die Anlagen so umgestellt, dass die Belüftungszeiten und damit

die Pausenzeiten für die Denitrifikation verringert wurden, wodurch es zu einer Verringerung der N-

Entnahme kam. Für den Rückgang des Stromverbrauches ist die Zirkulationsminderung bei der

Tropfkörperanlage verantwortlich, die jedoch einen negativen Effekt auf die Reinigung hatte. Die


belüftete Festbettanlage registrierte den höchsten Verbrauch im zweiten Jahr. Grund dafür ist die

Dauerbelüftungseinstellung für die Nitrifikationserhöhung.

Nicht zuletzt bleibt zu vermerken, dass für die Abwasserreinigung in zentralen Systemen im Schnitt

bundesweit 34 kWh/(E⋅a)3 benötigt werden. Damit liegen die technischen Kleinkläranlagen weiterhin

deutlich darüber.

6.4.5 Konstruktion

Nach der DIN 4261-2 müssen bei Tropfkörperanlagen und Tauchkörperanlagen Mehrkammer-

Absetzgruben, Mehrkammer-Ausfaulgruben oder gleichwertige Vorbehandlungsanlagen vorgeschaltet

werde [DIN 4261, 1984, S.2]. Es ist an dieser Stelle fraglich, ob die knappe Dimensionierung der

Vorklärung bei den zwei Anlagen (belüftetes Festbett, Tropfkörper) ausreichend ist. Sämtliche

Reinigungsprobleme könnten sich beim belüfteten Festbett durch eine jährliche Reinigung und eine

Erhöhung der Belüftungszeit aufheben. Beim Tropfkörper war die für die Reinigung benötigte

Zirkulationshäufigkeit und auch eine Reinigung des Tropfkörpers unwirtschaftlich.

Bei der Bemessung verlangt die DIN eine Berücksichtigung eines zu erwartenden größeren Zulaufs.

Bei der Untersunchung erfolgte die Anpassung an die knappen Bemessungen der biologischen Stufe

durch die Minderung der Zuflussmengen und damit der Schmutzfrachten (s. Kap. 4.2.1).

Weitere Untersuchungen vom Institut UIW an anderen Tropfkörperanlagen mit separaten Mehrkammer-

Absetzgruben und mit anderer Verteilungstechnik nach DIN, erbrachten eine sehr gute

Reinigungsleistung [BARJENBRUCH; AL JIROUDI 2004]. Ursache war offensichtlich ein Komplex aus

konstruktiven, betriebs- und wartungstechnischen Problemschwerpunkten.

6.4.6 Badewannenstoß

Um die Auswirkungen einer hydraulischen Überbelastung zu ermitteln, wurde der sogenannte

„Badewannenstoß“ durchgeführt. Nach Vorgaben der DIN 4261 Teil 2 wird dazu eine Wassermenge

von 200 Litern innerhalb von 3 Minuten den Prüfanlagen zugeführt.

Abweichend fand eine Entleerung eines Brauchwassers mit Shampoo analog dem richtigen Bad statt.

Die Entleerung erfolgte aus technischen Gründen am Vormittag und wurde zusätzlich zu einer höheren

Beschickung der entsprechenden Anlage durchgeführt.

Die beiden Pflanzenkläranlagen konnten diese Belastung durch die separate Dreikammer-Vorklärung

abdämpfen. Bei den kombinierten Kläranlagen Festbett und Tropfkörper ist eine Verschlechterung der

Ablaufwerte zu verzeichnen. Die Ablaufwerte überschritten den CSB Überwachungswert erheblich.

Insbesondere die Parameter der absetzbaren und abfiltrierbaren Stoffe erhöhten sich bezüglich des

Referenzwertes am Anfang der Stoßbeschickung stark.

3 Der duchschnittliche Energiebedarf einer Kläranlagen ohne Abwasserförderungskosten.


Beim belüfteten Festbett kommt es verfahrensbedingt unmittelbar nach Entleerung der Wanne zu

einem starken Ablauf in den Abflusspumpenschacht. Also kann man davon ausgehen, dass der Ablauf

sich entsprechend wie bei dem Zulauf erhoht. An den filtrierten Proben zur Bestimmung des CSB ist zu

erkennen, dass hauptsächlich die abfiltrierbaren Stoffe in der Probe für die hohen

Ablaufkonzentrationen des CSB zuständig sind.

Die Festbettanlage reagiert äußerst empfindlich auf hydraulische Stoßbelastungen, da sie nicht in der

Lage ist, diese Belastungen in irgendeiner Form abzudämpfen.

Dazu führt der Stoß zur Verwirbelung des bereits mechanisch gereinigten Abwassers, womit ein

Austrag von Grob- und Schwebstoffen in die Reaktorkammer möglich wäre.

Aufgrund der Bemessung der SBR-Anlage werden die 200 Liter Wasser der Wanne jedoch im

Vorspeicher aufgenommen. Damit gilt die Anlage als sicher gegenüber hydraulischen Stoßbelastungen.

Beim Rotationstauchkörper sollte bei richtigem Puffervolumen in der Zulaufleitung (zwischen

Vorklärung und Reaktor) die Stoßwassermenge gespeichert werden. Entgegen den Ergebnissen auf

dem Versuchsfeld Dorf Mecklenburg sollte die Anlage unter Einhaltung der Herstellerangaben

bezüglich des Einbaus keine erhöhten Ablaufwerte bei hydraulischer Überbelastung zeigen.

Bei der horizontal durchströmten Pflanzenkläranlage hatte die Stoßbelastung zur Folge, dass im

Einlaufbereich ein Überstau des Bettes zu beobachten war. Bedingt durch die hohen Niederschläge

zum Zeitpunkt des Versuches war der Bodenkörper so gesättigt, dass er das Abwasser zunächst nicht

aufnehmen konnte.


Abbildung 25: Vergleich der Ablaufwerte während des Badewannenstoßes bei den Festbett-, Tropfkörper- und Tauchkörperanlagen

6.5 Zusammenfassung

Die Anlagen sind weiterhin unter praxisnahen Bedingungen ein Jahr geprüft worden. Die Prüfung

erfolgte in Anlehnung an bisherige deutsche Normen. Sie umfasste weiterhin die Reinigungs- und

Betriebsstabilität, sowie Wartungsaufwand und Energiebedarf.

• Die Untersuchungsergebnisse stellen sicher, dass die geprüften Kleinkläranlagen die Anforderungen

an die Reinigung sicherstellen können. Eine Ausnahme bildet weiterhin die Tropfkörperanlage.

• Der Vergleich zeigt deutlich, dass die maximale und stabilste Reinigungsleistung der sechs

Kleinkläranlagen weiterhin durch die SBR-Anlage erzielt wurde, gefolgt von der horizontalen

Pflanzenkläranlage sowie dem Scheibentauchkörper. Danach kommt die belüftete Festbettanlage.

Eine vertikale Pflanzenkläranlage ist in der Lage, eine sehr gute Reinigung zu erbringen, hat jedoch

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10 12

Zeit [min]

Festbett TK RTK

AF

S [m

g/l]

0

500

1000

1500

2000

0 2 4 6 8 10 12

Zeit [min]

CS

Bh [m

g/l]

Festbett TK RTK


massive Winterprobleme. Die Tropfkörperanlage auf dem Versuchs- und Demonstrationsfeld konnte

die Anforderungen an die Reinigung ökonomisch nicht erfüllen.

• Die Ergebnisse der Stickstoffelimination im zweiten Jahr gleichen denen im ersten Prüfjahr. Nur die

Tropfkörperanlage ist aufgrund ihrer höheren Rezirkulation für die weitgehende N-Entnahme

einsetzbar.

• Die Nitrifikationsleistungen weisen im zweiten Jahr Verbesserungen auf. Mit Ausnahme des

Festbettes können alle Anlagen im Sommer sogar die weitergehende Anforderung von 10 NH4-N

mg/l im Ablauf erreichen. Beide SBR-Anlagen und die horizontale Pflanzenkläranlage erreichen den

Wert im ganzen Jahr. Bei der vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage ist die Erneuerung der

Anlage im September 2004 der Hauptgrund für den Anstieg der Nitrifikationsleistung im zweiten

Jahr. Bei den restlichen Anlagen scheint die Beseitigung der Betriebsprobleme im ersten Jahr der

entscheidende Grund für die bessere Nitrifikation zu sein.

• Im Zuge der Betriebs- und Wartungsarbeit führte die Belüftungsumstellung durch die Herstellerfirma

bei der SBR-Anlage zu einer Verringerung der Pausenzeiten für die Denitrifikation und damit zum

Rückgang des N-Abbaus. Beim Scheibentauchkörper wurde das Problem des Schwimmschlammes

durch die Steigerung der Rückpumpfrequenz gelöst. Dies verursacht allerdings einen Rückgang in

der Denitrifikation und schließlich insgesamt beim N-Abbau insgesamt. Die vertikal durchströmte

Pflanzenkläranlage zeigte weiter Kolmationserscheinungen. Das veranlasste ihre Erneuerung und

die Halbierung der Beschickung.

• Im zweiten Beobachtungsjahr zeigte die konstante Beschickungsmenge bei den Anlagen ihre

Wirkung auf den Energieverbrauch. Die geringsten Energieverbräuche sind weiterhin bei den

naturnahen Verfahren registriert worden. Die vertikale Pflanzenkläranlage verbraucht im

Jahresschnitt eine Energiemenge von ca. 20 kWh/E·a Bei der horizontalen Pflanzenkläranlage

scheint der Verbrauch im zweiten Jahr wie im ersten Jahr bei 14 kWh/E·a zu liegen. Bei den

technischen Anlagen weist der Rotationstauchkörper den niedrigsten Wert von 44 kWh/E·a auf. Der

Anstieg des Energieverbrauches auf 96 kWh/(E⋅a) bei der SBR-Anlage ist durch die

Belüftungszeitänderung verursacht worden. An der belüfteten Festbettanlage wurde der höchste

Verbrauch im zweiten Jahr mit 173 kWh/(E⋅a) registriert. Grund dafür ist die

Dauerbelüftungseinstellung für die Nitrifikationserhöhung. Im Gegensatz dazu ist die

Zirkulationsminderung bei der Tropfkörperanlage für den Rückgang des Stromverbrauches

(142 kWh/E⋅a) verantwortlich. Dies hatte jedoch einen negativen Effekt auf die Reinigung. Nicht

zuletzt bleibt zu vermerken, dass für die Abwasserreinigung in zentralen Systemen im Schnitt

bundesweit 34 kWh/(E⋅a)4 benötigt werden. Damit liegen die technischen Kleinkläranlagen weiterhin

deutlich darüber.

• Die Auswirkungen einer hydraulischen Überbelastung „Badewannenstoß“ wurde bei den

Pflanzenkläranlagen und dem Rotationstauchkörper durch die separate Dreikammer-Vorklärung

abgedämpft. Bei den kombinierten Kläranlagen (Festbett und Tropfkörper) ist eine deutliche

Verschlechterung der Ablaufwerte zu verzeichnen. Die Festbettanlage zeigt sich äußerst empfindlich 4 ohne die Berücksichtigung der Abwasserförderungskosten


gegen hydraulische Stoßbelastungen, da sie nicht in der Lage ist, diese Belastungen in irgendeiner

Form abzudämpfen. Aufgrund der Bemessung der SBR-Anlage werden die 200 Liter Wasser der

Wanne jedoch im Vorspeicher aufgenommen. Damit gilt die Anlage als sicher gegenüber

hydraulischen Stoßbelastungen.

105

7 Vergleich der Keimreduzierung in Kleinkläranlagen und der

Wiederverwendungsfähigkeit des Abwassers

7.1 Hintergründe und Zielsetzung

Die EU-Richtlinien 91/271/EW verlangen nach Möglichkeit die Wiederverwendung des „gereinigten

Abwassers“. Im Verlauf dieser Verwendung sind die Belastungen der Umwelt auf ein Minimum zu

begrenzen“ [91/271/EW, Artikel 12, Nr.1]. Mit der Umsetzung der WRRL in das nationale Recht wurde

die kombinierte Anwendung der Mindestanforderungen an die Abwassereinleitung und den

Qualitätsstandard für das aufzunehmende Gewässer zwingend vorgeschrieben.

In Deutschland werden bisher keine mikrobiologischen Grenzwerte für den Kläranlagenablauf

gefordert. Jedoch ist nach WHG § 6 die wasserrechtliche Erlaubnis zu untersagen, wenn durch die

Nutzung des Gewässers für Abwassereinleitungen eine Beeinträchtigung des „Wohls der

Allgemeinheit“ zu erwarten ist. Hält der Abwassereinleiter die gesetzlichen Mindestanforderungen an

die Abwasserbehandlung nicht ein (s. Tab. 6), so muss die Behörde nach der bisherigen Rechtslage

eine genehmigte Erlaubnis entziehen, wenn sie den Nachweis erbringt, dass durch das Abwasser die

Gesundheit des Menschen oder die biologische Funktion des Gewässers trotz Anwendung des

Standes der Technik, gestört wird.

Ferner fordert die WHG § 7a die Entfernung gefährlicher Stoffe aus dem Abwasser mit Verfahren

nach dem Stand der Technik, wobei pathogene Viren, Bakterien und Parasiten könnten höchst

gefährliche Abwasserinhaltsstoffe darstellen [WHG §7a].

Überdies wird im Bundesseuchengesetz im Infektionsschutzgesetz, gefordert das Abwasser so zu

beseitigen, dass „Gefahren für menschliche Gesundheit durch Krankheitserreger nicht

entstehen“[IFSG 1992 § 12, Abs.1, Satz 1, § 41]. Darunter ist zu verstehen, dass Krankheitserreger aus

dem Abwasser entfernt werden müssen, besonders vor Einleitung in ein Gewässer oder bei

Wiedernutzung, z. B. für Brauchwasser.

Das bedeutet, dass sich künftig die Anforderung an Kläranlagen am Ziel der Sicherung der

Reinigungsleistungsfähigkeit ausrichtet, und zwar hinsichtlich des chemisch-physikalischen als auch

des hygienischen Zustands.

In besonderen Fällen kann es sinnvoll sein, für hygienische Parameter im Ablauf von Kleinkläranlagen

Grenzwerte festzulegen.

Aus diesem Grunde sollen in diesem Kapitel zum ersten Mal die hygienischen Parameter in den

Abläufen der ausgewählten Kleinkläranlagensysteme verglichen werden. Zusätzlich soll die

Risikoreduzierung anhand der Keimreduzierung nachgeprüft werden. Darüber hinaus soll die Frage

nach der Möglichkeit der Wiederverwendung beantwortet werden.

In der Literatur wird oft die Position vertreten, dass einzig Pflanzenkläranlagen zur Entfernung von

pathogenen Mikroorganismen dienen [HAGENDORF 2001]. Bodenfilter werden außerdem als

Retentionsbodenfilter für die Behandlung von Mischwasser in die Gewässer eingesetzt [GROBE et al

2003].

7 Vergleich der Keimreduzierung in Kleinkläranlagen und die Wiederverwendungsfähigkeit des Abwassers 106

7.2 Anforderung

Für die Überprüfung der Funktionalität der Kleinkläranlagen hinsichtlich der Reduzierung von

Gesundheitsrisiken durch Keimreduzierung und zur Wiederverwertung des behandelten Abwassers

sind hier die Grenzwerte aus der Badegewässerrichtlinie sowie die Leitwerte für die weitere Beregnung

bzw. Bewässerung herangezogen worden. Die mikrobiologischen Anforderungen im Wasserbereich

sind in Tab. 54 zusammengestellt.

Tab. 54: Mikrobiologische Anforderungen im Wasserbereich [HAGENDORF et al. 2004]

GC1) FC2) FS3) Salmonellen Darmviren Parameter

[MPN/100 ml] [MPN/10 ml]

Trinkwasserrichtlinie

Grenzwert 0 0 0 - -

Badegewässerrichtlinie

Leitwert 500 100 100 - -

Grenzwert 10.000 2.000 - 0 0

Bergungswasser

Leitwert 1.000 100 - - -

Bewässerungswasser

Leitwert n. n. bis 2.000 ml4) - -

Oberflächenwasserrichtlinie ( Rohwasser für Trinkwassergewässer)

A 1-Leitwert 50 50 20 n. n. in 5.000 ml -

A 2-Leitwert 5.000 2.000 1.000 n. n. in 1.000 ml -

A 3-Leitwert 50.000 20.000 10.000 - -

1) GC: GESAMTCOLIFORME BAKTERIEN 2) FC: FÄKALCOLIFORME BAKTERIEN (E. COLI)

3) FS: ENTEROKOKKEN 4) NACHWEIS JE NACH ANWENDUNGSFALL U. A. 100,400,2000 KBE/100 mL

7.3 Stand des Wissens

Die seuchenhygienisch-mikrobiologische Bewertung von Kleinkläranlagen hatte bisher in der Praxis

kaum Bedeutung, da das rechtliche Regelwerk dafür keine Veranlassung bot. Existierende

Untersuchungen befassten sich mit dem Bereich des Trinkwassers, des Brauchwassers in der

industriellen Verwendung und aktuell in der Haushaltswiederverwendung. Außerdem sind

seuchenhygienische Untersuchungen in Badegewässern gut vertreten.

Bekannt ist die Entkeimung mittels UV-Bestrahlung, Sandfilter und Membranfilter. Letztere Methode

wird besondes häufig bei der Abwasserbehandlung von Kleinkläranlagen in Gebieten mit besonders

hohen hygienischen Anforderungen angewandt. Bei bewachsenen Bodenfiltern existieren aus

ökologischem Interesse verschiedene Untersuchungen. Die Reduktion von Mikroorganismen ist

international anerkannt.


Seit dem Sommer 2003 verstärkt sich die Diskussion um Keimbelastungen der Oberflächengewässer.

Dementsprechend steigt das Interesse an den Untersuchungen zur Beurteilung der Abbauleistung von

solchen Anlagen.

Bislang ist die Entkeimung im Bereich Kleinkläranlagen nur bedingt gefragt.

Die Techniken für die Abwasserdesinfektion im Sinne des Schutzes oberirdischer Gewässer werden im

Regelwerk DWA Merkblatt-M 205 behandelt (s. Tab. 55).

Tab. 55: Vergleich der Technik der Abwasserdesinfektion [Bayrisches Bundesamt 2003]

Verfahren Desinfektionswirkung Betriebserfahrung Umweltverträglichkeit Kosten €/m³

UV-Bestrahlung + ++ + 0,03 - 0,05

Membranfiltration ++ -- ++ 0,20- 0,82

Ozonung + + - 0,05 - 0,18

Chlorung ++ ++ -- 0,04 - 0,06

++ SEHR GUT +.GUT -WENIG -- SEHR WENIG

Nach dem derzeitigen Stand der Technik wird dem Verfahren der UV-Bestrahlung aus hygienischen

und gewässerbiologischen Gründen der Vorzug gegeben [DICHTL 2002].

Die Membranfiltration ist nicht ausreichend großtechnisch entwickelt und auch noch nicht wirtschaftlich

einsetzbar. Die chemische Desinfektion ist aus Umweltschutzgründen abzulehnen. Existierende

Anlagen und Technologien lassen sich allgemein in Tab. 56 zusammenfassen.

Tab. 56: Die Entkeimungsmöglichkeit in Deutschland und deren Leistungen im Wasserbereich

Verfahren Einsatz Ziel Rückhalt Ablauf- Wert*

Grenzwert Test Firma Kriterien

UVC- Strahlung

AW BW 2 J ATB

Trü

bung

im

Abw

asse

r R

ück-

verk

eim

ung

Sandfilter AW,G BG AQUAmax

Bewachsene Bodenfilter

Ger

inge

re

Nut

zung

s-

Dau

er

Getauchte Membran + Belebung

TW,KKA BW 100 % Bakterien teilweise Viren

Neg.* EU-Leitwerte BG

3 J TU Berlin

Kubota-MBR

Membran (Keramik)

TW,KA 100 % Bakterien teilweise Viren

[30]

Membran (Poly)

TW,KA,KKA

BW,B EU-Leitwerte BG

Uni H, FH

Lippe

ATB

Membran Filter

S G 1** 1 J RWTH

Pototypen

Als

Nac

hrüs

tung

mög

lich

Ger

inge

re N

utzu

ngs-

Dau

er

höhe

rer

Pre

is

BG: BADEGEWÄSSER B: BEWÄSSERUNG BW: BRAUCHWASSER S: BINNENSCHIFF G: GEWÄSSERSCHUTZ

*) BEZOGEN AUF E.COLI(/100ML) **) BEZOGEN AUF COLIFORME(/100ML)

Bei bewachsenen Bodenfiltern existieren seit einiger Zeit Untersuchungen zur Keimrückhaltung durch

Bodenfilter. Sämtliche Untersuchungen und deren Bewertungen sind aus dem Verbundprojekt

[HAGENDORF et al. 2002] zusammengestellt. Ingesamt ist festzustellen, dass sowohl bei horizontal als

7 Vergleich der Keimreduzierung in Kleinkläranlagen und der Wiederverwendungsfähigkeit des Abwassers 108

auch bei vertikal bewachsenen Bodenfiltern ein mittlerer Abbau von 1,5 bis 2 log-Stufen auftritt. Bei

mehrstufigen Bodenfiltern steigt der Abbau bei Regelbetrieb um 3 bis 5 log-Stufen. Positiv beeinflusst

wird dies durch höhere Zulaufkonzentrationen, die Höhe der Temperatur und die hydraulische

Belastung. Ein Zusammenhang zwischen den mikrobiologischen Ergebnissen und den

abwasserchemischen Parametern konnte nicht nachgewiesen werden. Die Rückführung in die

Vorklärung scheint keine Rolle zu spielen. Die Verdünnung durch den Niederschlag führt zu

Leistungseinbußen.

Bewachsene Bodenfilter erfüllen im Regelbetrieb bei mehrstufigen Anlagen die Anforderungen der

Bewässerungswasser-, Beregnungswasser- und EU-Badegewässerrichtlinie.

Membranfilter gewährleisten eine sehr hohe Keimrückhaltung. Zurzeit existieren auf dem Markt viele

Verfahren, deren höhere Leistungsfähigkeit zahlreiche Studien und Untersuchungen zeigen.

Eine 5- jährige Untersuchung von [GROBE et al. 2004] konnte beispielsweise feststellen, dass durch

den Einsatz von Membranfilteranlagen ein Abbau von 5 bis 6 log-Stufen erreicht werden kann. Die

Grenz- und häufig auch die Leitwerte der Badegewässerrichtlinie für ausgewählte mikrobiologische

Parameter werden durchgehend eingehalten. Solche Membrananlagen zeigen eine Verminderung ihrer

Leistung nach 3 bis 4 Jahren.

Untersuchungen des Keimabbaus durch unterschiedliche Bodenfilter mit unterschiedlichen Sanden in

der Mischwasserbehandlung von GROBE et al. (2003) bestätigen die Abbauleistung von 2,3 log-Stufen

im Median und maximal bis 5 log-Stufen. Weiter zeigt die Untersuchung die Erhöhung des Abbaus mit

höheren Temperaturen, mit verfügbarem Sauerstoff, mit Senkung des Drosselabflusses und mit

feineren Substraten. VAN BUUREN et al. favorisiert dabei Sande < 0,2 mm. Bei den Untersuchungen

von GROBE et al. (2003) wurde festgestellt, dass die Verringerung des KeimAbbaus zu

Betriebsstörungen und anaeroben Verhältnissen führt. Allerdings können bei geringerer Belastung und

optimaler Betriebsweise der Filter Ablaufkonzentrationen erreicht werden, die zwar nicht die

Grenzwerte der EG-Badegewässerrichtlinie einhalten, sich aber sehr stark annähern.

In der Abwasserbehandlung wird die Keimreduzierung durch weitergehende Stufen erreicht. Der

Rückhalt ist nach dem Stand der Technik für die Hygiene nicht ausreichend. Nur in größeren

kommunalen Kläranlagen ist durch die nachgeschaltete Desinfektionsstufe eine Reduzierung der

Fäkalbakterien unter die Norm der EG- Badegewässer-Richtlinie möglich. In der Abbildung 26 ist die

Reduzierung in den verschiedenen Stufen der Abwasserreinigung mittels fäkalcoliformen Bakterien

dargestellt [DICHTL 2002].


1,E+01

1,E+04

8,E+041,E+05

8,E+051,E+06

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

Rohwasser Biol. Stufe Sandfilter

Reinigungsstufen

Fäk

alco

lifor

me

Bak

terie

n [M

PN

] / 1

00 m

l

Abbildung 26: Reduzierung von fäkalcoliformen-Bakterien in verschiedenen Stufen der Abwasserreinigung [nach DICHTL 2002]

Es ist insgesamt zu erkennen, dass im Rohabwasser ca. 106 MPN/100 ml fäkalcoliforme Bakterien zu

erwarten sind. Bei einer Reduzierung ist ca. eine Zehnerpotenz pro Verfahrensstufe zu erwarten. Nach

Angaben von HORAN (2003) zit. GROLLNISCH (2004) erreicht die Keimkonzentration in

unbehandelten Abwässern 2x107 Fäkalcoliforme /100 ml.

Nach dem jetzigen Stand der Technik ist ein ausreichender Keimrückhalt in teuren technischen

Kleinkläranlagen zu erreichen, was nur durch gezielte Wiederverwendung des Brauchwassers in der

Industrie erfolgen kann. Pflanzenkläranlagen sind dagegen vielfach untersucht. Ihre „Filterwirkung“

verspricht einen guten Rückhalt. Hier besteht erheblicher Untersuchungsbedarf bei den üblichen

Kleinkläranlagentypen.

7.4 Arbeitsplan

Zum Zeitpunkt der Untersuchung waren keine ähnlichen Studien bekannt. Deshalb wurden im Februar

2004 zwei vorbereitende Untersuchungen gestartet, deren Ergebnisse zur Orientierung für das

Messtourprogramm dienen sollten. Die Untersuchungsergebnisse befinden sich im Anhang 26.

Die Untersuchungen erfolgten im Zeitraum Juli 2004 und Februar 2005, um Sommer- und Winter-

repräsentative Ergebnisse zu erhalten. Die systematischen Messungen fanden jeweils an gleichen

Wochentagen und zu gleichen Uhrzeiten statt. Juli bis Oktober dienten als Sommermonate mit

Abwassertemperaturen zwischen 13,9 °C und 18,4 °C, wobei November bis Februar die Winterzeit mit

Temperaturen zwischen 5,8 °C und 13,9 °C repräsenti erten.

Leitwert nach EG-Badegewässerrichtlinie

Grenzwert nach EG-Badegewässerrichtlinie


Die Probennahme erfolgte durch geschöpfte Stichproben aus dem gemeinsamen Zulauf und 6 Proben

aus den 6 Anlagenabläufen. Wobei analog zu anderen Versuchen die Entnahme für den gemeinsamen

Zulauf im Zulaufrohr der Festbettanlage während einer Beschickung durchgeführt wurde und bei den

Abläufen aus den Sammelschächten stattgefunden hat. Vom Sammelschacht wurde das behandelte

Abwasser 3- bis 4-mal täglich zu der zentralen Anlage zurückgepumpt. Somit handelt es sich hier im

Ablauf um eine Mischprobe.

Jede Probe umfasste 1 Liter. Die Proben waren DIN-gerecht in verschlossene sterilisierte

GlasFLASCHEn gefüllt worden. Danach wurden diese kühl und dunkel transportiert. Bis zum Beginn

der Analyse im Labor des Lehrstuhles für Verfahrenstechnik/ Biotechnologie in der Universität Rostock

vergingen drei Stunden.

7.5 Parameter , Methodik und Durchführung

Für die Prüfung der Leistungsfähigkeit des Abbaus pathogener Keime in den sechs Kleinkläranlagen

sind die Indikatorenparameter sowie die Methoden der Gewässerkontrolle herangezogen worden. Die

Zu- und Abläufe der Anlagen wurden mikrobiologisch und physikalisch-chemisch untersucht. Die

mikrobiologischen Kenndaten umfassen die folgenden klassischen Leitparameter:

Allgemeine Bakterien [KBE/ml] umfassen alle in einer Abwasserprobe vorhandenen

vermehrungsfähigen Keime, die Kolonien bilden. Die als Keimzahl je ml gegebene Bakterienzahl ist in

zwei Kategorien aufzuteilen:

KBE/ml bei 20 °C und bei 36 °C. Das sind Bakterien, die Pathogene sein könnten. Im Rahmen der

vorliegenden Arbeit stellt der umgerechnete Wert von Kolonie bildenden Einheiten KBE/100 ml bei

20 °C die in der Umwelt zu erwartenden Bakterien da r. Bei 36 °C vermehren sich die im Darm zu

erwartenden Bakterien als Krankheitserreger. Für die Untersuchung wurde das Spatelplattenverfahren

verwendet und die Keimzahlmittels eines Koloniezählgerätes mikroskopisch bestimmt.

Gesamtcoliforme Bakterien GC [MPN/100 ml]: Dieser Wert umfasst die gesamten coliformen

Bakterien. Die Bestimmung wurde mittels der probable-number-Methode (MPN)/100 ml aus der 1l

Abwasserprobe durchgeführt. Bei der Methode beruht der Keimzahlanalogwert auf der statistischen

Auswertung getrübter (Blasenbildung) und klarer (keimfreier) Flüssigkulturen verschiedener

Probenverdünnungen bis 108. Aus der Anzahl der Verdünnungsschritte und der Zahl der positiven

(getrübten) Ansätze wird auf die Konzentrationen vermehrungsfähiger Zellen in der Ausgangsprobe

geschlossen.

Fäkalcoliforme Bakterien FC [MPN/100 ml]: Auch Escherichia coli bzw. E-Coli Bakterien genannt

sind ein Nachweis fäkaler Verunreinigungen. FC gilt in der Wasserhygiene als wichtiger Fäkalindikator,

da er in sehr hoher Zahl (108 pro g Feuchtgewicht) in menschlichen Fäckes enthalten ist. Bei höheren

Colizahlen kann mit dem Vorkommen pathogener Bakterien gerechnet werden. Für den Nachweis

wurde die MPN Methode analog bei GC ausgewählt.


Die mikrobiologischen Untersuchungen sind in enger Zusammenarbeit mit den Mitarbeitern des

Labores des Institutes für Umwelt- und Verfahrenstechnik durchgeführt worden.

Die Untersuchungsparameter sowie die verwendeten Analytikmethoden und Nährmedien sind der Tab.

57 zu entnehmen.

Die chemischen Analyseparameter wurden analog in weiteren Versuchen mit dem Standard-

Küvettentest der Firma Dr. Lange und photometrisch im Labor am Standort Dorf Mecklenburg

festgestellt. Anschließend sind die physikalischen Parameter mit Hilfe mobiler WTW-Messgeräte

ermittelt worden.

Tab. 57: Untersuchungsparameter sowie verwendete Analytikmethoden und Nährmedien des Testes 3

Parameter Indikator für Methode Medium

Lebensfähige Bakterien 20° C KBE/100 ml

pathogene Bakterien Plattentest PC- Agarplatten

Lebensfähige Bakterien 36° C KBE/100 ml

pathogene Bakterien Plattentest PC- Agarplatten

Gesamtcoliforme MPN/100 ml

Fäkalbakterien Statistik nach MPN BRILA- Bouillon Röhrchen

Fäkalcoliforme MPN/100 ml

menschliche Exkremente Statistik nach MPN EC- Medium Röhrchen

Zur Absicherung der Genauigkeit der gemessenen Daten der Analytik sind jeweilsParallelmessungen

durchgeführt worden. Dazu wurden alle visuellen Tests personenbezogen unternommen.

Für die Auswertung und Diskussion sind die ausgewählten Diagramme in Übersichtsdarstellungen, die

mittlere Konzentration und 85 % Fraktile der Indikatorenorganismen für die jeweiligen Anlagen, ihre

Ablaufwerte sowie der gemeinsame Zulauf wiedergegeben worden. Für die Keimreduzierung wurden

die Differenzen aus den mittleren Konzentrationen in Zu- und Ablauf ermittelt. Der Einfluss der

Temperatur ist durch die Darstellung der Keimreduzierung sowie der Ablaufwerte des Sommers bzw.

Winters ersichtlich. Anschließend wurde die Keimreduzierung in Abhängigkeit von Abwassertemperatur

und CSB- und NO3 -N -Ablaufwerte in ausgewählten Kleinkläranlagen diskutiert. Zur Unterstützung der

Aussagen ist im Wesentlichen auf Fäkalcoliforme zurückgegriffen worden. Einzelwerte der zwei

Orientierungsmessungen sowie der zwölf systematischen Messungen sind detailliert dem Anhang 27

zu entnehmen.

112

7.6 Ergebnisse der Hygieneparameter

7.6.1 Zulauf

In der Literatur wird ein Wert von 106–107 MPN/100 Fäkalcoliforme im Rohabwasser angegeben. Der

untersuchte gemeinsame Zulauf ergab deutlich erhöhte Werte von bis 2,4*108, wie in Tab. 54

aufgeführt.

Tab. 58: Zulaufkonzentration der koloniebildenden Einheiten sowie Gesammt- und Fäkalbakterien

Parameter KBE 20 °C[/100ml] KBE 36° C [/100ml] GC [MPN/100m l] FC [MPN/100ml]

Mittelwert 3,9E+09 6,6E+09 1,2E+08 4,3E+07

Bereich 1,3E+08- 2,2E+10 2,1E+08 -4,1E+10 2,4E+06- 4,6E+08 2,4E+06- 2,4E+08

Median 1,7E+09 1,5E+09 9,3E+07 2,0E+07

7.6.2 Abläufe

In den Abläufen der sechs Kleinkläranlagen sind sehr unterschiedliche Konzentrationen gefunden

worden. In Tab. 59 sind die mittleren Konzentrationen zusammengestellt.

Tab. 59: Die mittleren Keimkonzentrationen in [/100ml] der Abläufe der untersuchten Kleinkläranlagen

im Vergleich

Anlage Parameter

FB SBR TK STK v. PKA h. PKA

KBE 20° C 3,45E+08 6,16E+06 1,44E+09 2,80E+06 2,28E+ 07 1,35E+06

KBE 36° C 5,77E+09 1,54E+08 2,97E+06 9,53E+08 2,77E+06 3,70E+06

Gesamtcoliforme 1,04E+08 3,65E+06 7,23E+04 1,37E+07 5,61E+04 5,75E+05

Fäkalcoliforme 4,05E+07 1,83E+06 4,10E+04 6,80E+06 3,49E+04 2,53E+05

Weiterhin ergab eine sporadische mikroskopische Untersuchung einer 5 l-Stichprobe aus dem Zulauf

kein Vorhandensein von Parasiten (Wurmeier). Parasiten können i.A. nur durch menschliche

Krankheiten in Kleinkläranlagen gelangen, wenn die KKA nicht mit Fremdabwasser aus Viehzucht u. Ä.

beaufschlagt wird. Es wurden keine Parasiten festgestellt. Aus diesem Grunde sind keine Parasiten in

den Abläufen zu erwarten und damit sind keine weiteren Untersuchungen diesbezüglich vorgenommen

worden.

7.6.2.1 Reduktion von Keimen

Grundsätzlich ist die Keimreduzierung für die weitere Funktionalitätsprüfung von Nutzen. Für die

Bestimmung der Keimreduzierung sind die Abbauleistungen auf der Basis der Zu- und Ablaufwerte

berechnet worden. Hier wurden zuerst die Ergebnisse für den Vergleich zusammengestellt. Im

Weiteren wurden die Ergebnisse für den jeweiligen Parameter differenziert. Die Einzelwerte sind im

Anhang 28 ausführlich dargestellt.


Mit Hilfe der Abbildung 27 wurden die Mittelwerte sowie die 85 %-Fraktilwerte dargestellt.

• Die Abbauleistungen sind auf der Basis der Zu- und Ablaufwerte im Mittel berechnet.

• Insgesamt reduzieren die Kleinkläranlagen die Keime unterschiedlich. Eine Ausnahme bildet dabei

der Tropfkörper.

• Die Abbauleistung spannt sich über eine Breite von 0,8 bis 4,3 log-Stufen, wie in der Tab. 60

ersichtlich ist.

Tab. 60 Abbauleistung der pathogenen Keime in den untersuchten Kleinkläranlagen

Parameter Schwankungsbereich [log-Stufe]

KBE 20° C 1,0 - 3,4

KBE 36° C 0,8 - 3,6

GC 0,9 - 4,3

FC 0,8 - 3,9

• Die maximale Keimabbauleistung wurde bei der horizontalen Pflanzenkläranlage erreicht, wogegen

die niedrigste beim Tropfkörper nachgewiesen wurde.

• Interessant ist ein Vergleich der Abbauleistung der verschiedenen Verfahren der Kleinkläranlagen

mit der Abbauleistung der verschiedenen Reinigungsstufen einer zentralen Kläranlage (s. Abbildung

26 und Abbildung 27). Der niedrigste FC-Abbau beim Tropfkörper erreicht nur die Abbauleistung der

mechanischen Stufe in einer zentralen Kläranlage. Hingegen ist der höchste FC-Abbau bei der

horizontalen Pflanzenkläranlage mit der Abbauleistung der Sandfilterstufe in einer zentralen

Kläranlage zu vergleichen.

• Außer der Tropfkörperanlage können alle Kleinkläranlagen, die über eine log-Stufe verfügen, den

FC-Abbau gewährleisten (vg. Abbildung 26 mit 27).

0

1

2

3

4

5

Festbett 1,0 1,6 1,5 1,3

SBR 2,7 3,4 3,2 3,0

Tropfkörper 0,4 0,8 0,9 0,8

Scheibentauchkörper 3,1 3,3 3,3 3,1

vertikale Pflanzenkläranlage 2,8 3,2 2,3 2,2

horizontale Pflanzenkläranlage 3,4 3,6 4,3 3,9

KBE 20 KBE 36 GC FC

Kei

mab

bau

[log-

Stu

fe]

Abbildung 27: Die mittlere Keimabbauleistung der KKA im Vergleich


• Im Gegensatz zur Literatur weisen manche technischen Anlagen, wie Scheibentauchkörper und

SBR-Anlagen bessere Abbauleistungen auf als die naturnahen Verfahren, wie die vertikale

Pflanzenkläranlage). Es kann nicht verallgemeinert werden, dass naturnahe Verfahren besser

Keime reduzieren als technische Verfahren.

• Wie erwartet, wurde die maximale Keimreduzierung bei der horizontalen Pflanzenkläranlage

(bis 3,9 log-Stufe bezogen auf FC) erreicht, und zwar bei allen untersuchten Parametern. Die

Literaturangaben bestätigen, dass durch die Sedimentation und Filtration im Bodensubstrat eine

bessere Keimreduzierung erzielt werden kann.

• An zweiter Stelle weist die Scheibentauchkörperanlage eine gute Abbauleistung auf, die 3 log-

Stufen bei allen untersuchten Parametern überschreitet.

• Danach folgt die SBR-Anlage, in der sich die Keimabbauleistung zwischen 2,7 log-Stufen bei KBE

20° C und 3,4 bei der KBE 36° C bewegt.

• Die vertikale Pflanzenkläranlage hat einen Keimabbauwert zwischen 2,2 bei FC und 3,2 bei KBE

36° C und liegt weit unter der Abbauleistung der ho rizontalen Pflanzenkläranlage. Dies ist auf die

Kolmation zurückzuführen.

• Die belüftete Festbettanlage baut die Keime ab mit einer Leistung, die zwischen 1,0 log-Stufe bei

KBE 20° C und 1,6 bei der KBE 36° C liegt.

• Mit 0,4 bis 0,9 log-Stufen ist die niedrigste Abbauleistung bei der Tropfkörperanlage registriert

worden.

• HAGENDORF (2004) vertritt die Meinung, dass einstufige Pflanzenkläranlagen 1,5 bis 2 log-Stufen

im FC-Mittel eliminieren können. Das wird bei den beiden Anlagen deutlich überschritten.


7.6.2.2 Saisonale Differenzierung

Die KBE-, GC- und FC-Werte sind die Zahlen der angewachsenen Bakterien bei bestimmten

Temperaturen auf bestimmten Nährmedien. Hier wird eine saisonale Betrachtung der jeweiligen

Parameter vorgenommen. Die Sommerzeit wird von den Monaten Juli bis Oktober 2004 mit

gemessenen Abwassertemperaturen im Bereich von 13,9 °C bis 18,4 °C repräsentiert. Die Winterzeit

umfasst die Monate November bis Februar 2005 und zusätzlich die Orientierungszeit im Februar 2004

mit Abwassertemperaturen von 5,8 bis 13,9°C.

0

1

2

3

4

Festbett 1,5 0,6 1,0

SBR 2,9 2,4 2,7

Tropfkörper 0,3 0,5 0,4

Scheibentauchkörper 3,4 2,7 3,1

vertikale Pflanzenkläranlage 3,0 1,7 2,8

horizontale Pflanzenkläranlage 3,4 3,5 3,4

Sommer(n=6) Winter(n=8) Mittelwert(n=14)

KB

E 2

0°C

-A

bbau

[log

-Stu

fe]

Abbildung 28: Vergleich des saisonalen Abbaus der KBE in 20° C in den verschiedenen Kleinkläranlagen

• Der KBE 20° C-Abbau in den Anlagen belüftetes Festbett, SBR, Scheibentauchkörper und vertikale

Pflanzenkläranlage während des Sommers ist höher als in der Winterperiode.

• Im Gegensatz dazu ist die Abbauleistung in der Tropfkörperanlage im Winter größer als im

Sommer. Ähnliche Befunde bei den übrigen Parametern täuschen eine bessere Funktion der

Anlage hinsichtlich Hygiene bei niedrigen Temperaturen vor.

Die Gründe liegen in den einzelnen Zu- und Ablaufwerten. So kam es im Sommer zu einer raschen

Vermehrung der Keime im Ablauf. Der Wert war sogar oft höher als die Keimzahl im Zulauf. Die

optische Probequalität bestätigt die Ergebnisse. So wurden oft lebende Fliegen gefunden. Deshalb

sind hier die Ergebnisse der Keimreduzierungsuntersuchung als eine deutliche Verschlechterung zu

sehen.

• Bei der horizontalen Pflanzenkläranlage wurde ebenfalls eine leichte Verbesserung der

Abbauleistung im Winter festgestellt. Der Grund dafür wird im Weiteren ausführlich behandelt.


0

1

2

3

4

5


SBR 3,3 3,3 3,4






KB

E 3

6°C

-A

bbau

[log

-Stu

fe]

Abbildung 29: Vergleich des saisonalen Abbaus der KBE 36° C in den verschiedenen Kleinkläranlagen

Die Abbildung 29 zeigt den KBE 36° C-Abbau in den untersuchten Anlagen.

• Hier ist auch ein höherer Wert im Sommer in der SBR-Anlage sowie in der horizontalen

Pflanzenkläranlage nachgewiesen worden.

• Im Gegensatz dazu wurde eine größere Abbauleistung im Winter bei den folgenden Anlagen

festgestellt:

o Tropfkörper: gilt der genannte Grund wie bei KBE 20° C.

o Die belüftete Festbettanlage ist die Umstellung auf Dauerbelüftung im November für die

tatsächliche Verbesserung des Abbaus verantwortlich. Allerdings wurde diese Verbesserung

nur bei den KBE 36° C beobachtet. Hier scheint die Temperatur gegenüber anderen Faktoren

eine geringere Rolle zu spielen.

o Die vertikal durchströmten Pflanzenkläranlage wurde ebenfalls eine bessere

Eliminationsleistung registriert. Verantwortlich dafür ist die Erneuerung der Anlage im

September. Damit galt die Anlage im Winter 04/05 als neu und wies eine starke

Eliminationsleistung auf.

o Beim Scheibentauchkörper wurde eine leichte Verbesserung der Elimination im Winter

gegenüber dem Sommer nachgewiesen. Der Treibschlamm im Sommer sorgte für eine

Verschlechterung der Eliminationsleistung, was auch bei der Reinigungsleistung festgestellt

wurde (s. Kap. 5.2.4.4). Das führte zum Rückgang der Eliminationsleistung bei der KBE 36° C

sowie GC. Interessant dabei ist, dass diese beiden Parameter bei einer Temperatur von 36° C

im Labor zu bestimmen sind. Bei den anderen Parametern, wo dies nicht der Fall war, ist das

Problem nicht deutlich geworden.


0

1

2

3

4

5


SBR 3,3 2,9 3,2






GC

-Abb

au [l

og-S

tufe

]

Abbildung 30: Vergleich des saisonalen Abbaus der Gesamtcoliform-Bakterien in den verschiedenen Kleinkläranlagen

Die Abbildung 30 macht deutlich, dass die Kleinkläranlagen im Sommer besser GC abbauen können

als im Winter (Ausnahme Scheibentauchkörper).

Abschließend sind die Befunde der FC-Eliminationsleistung in der Abbildung 31 zusammengetragen.

0

1

2

3

4

5


SBR 2,9 2,4 2,7






FC

-Abb

au [l

og-S

tufe

]

Abbildung 31: Vergleich des saisonalen Abbaus der Fäkalcoliform-Bakterien in den verschiedenen Kleinkläranlagen

Hier ist auch eine Steigerung in der Eliminationsleistung im Sommer zu beobachten ( Ausnahme

Tropfkörper). Auf die leichte Verbesserung im Winter bei der horizontalen Pflanzenkläranlage wird

näher eingegangen.


Zusammengefasst ist festzustellen, dass Kleinkläranlagen im Sommer bei höheren Temperaturen

besser Keime abbauen können. Dabei wird ein Verbesserungsgrad bis über 1 log-Stufe je nach Anlage

und nach Parameter erreicht.

7.6.2.3 Abwasserwiedernutzung

Zur Beurteilung des Hygienisierungsgrades sind die Leit- und Grenzwerte für die verschiedenen

möglichen Wiederverwendungsziele in Deutschland herausgegeben worden.

Für die Bewässerung

Die kalifornische Mindestanforderung an Abwasserqualität zur Bewässerung von Nutzflächen ist eine

höchstzulässige Coliformgrenze von 2,2 Fäkalcoliformen pro 100 ml [nach ROOK 1985; LÜBBE 1995].

Die Unterschreitung dieses Grenzwertes garantiert, dass das aufbereitete Abwasser für die

Bewässerung hygienisch unbedenklich ist. Keine der untersuchten Anlagen kann diese Anforderungen

einhalten (s. Abbildung 35). Jedoch sind je nach Anwendungsfall verschiedene Anforderungen

vorgeschrieben (s. Tab. 54). Es sind auch je nach Anwendungsfall Grenzen von 100, 400,1.000 und

2.000 KBE/100 ml in Proben zu beachten. Hier ist die oberste Grenze von 2000 KBE/100 ml für den

Vergleich angewendet worden. Die Abbildung 32 und Abbildung 33 geben einen Überblick über die

Befunde im gemeinsamen Zulauf sowie in den einzelnen Anlagenabläufen für beide KBE 20° C und

36° C.

Die Mittelwerte und 85 % Fraktile-Werte der Abläufe weisen eine unzureichende Keimreduzierung für

eine weitere Bewässerung bei allen vorgestellten Anlagen nach. Das Ranking der Ablaufwerte stimmt

mit den Ergebnissen der Keimreduzierung überein. Somit weist die horizontale Pflanzenkläranlage die

niedrigsten Ablaufwerte auf und ist damit die beste Anlage, gefolgt vom Scheibentauchkörper und der

SBR-Anlage. Danach kommt die vertikale Pflanzenkläranlage, das belüftete Festbett und schließlich ist

der Tropfkörper als die schlechteste Anlage festzustellen.

1,E+03

1,E+06

1,E+09

1,E+12

Mittelwert 3,39E+09 3,45E+08 6,16E+06 1,44E+09 2,80E+06 2,28E+07 1,35E+06

85% Fraktile 4,60E+09 3,60E+08 1,68E+07 3,14E+09 4,81E+06 2,73E+07 3,26E+06

gesamter Zulauf


KB

E 2

0°C

/100

ml LW Bewässerungswasser

Abbildung 32: Vergleich der Keimablaufwerte der KBE bei 20° C in den verschiedenen Kleinkläranlagen


1,E+03

1,E+06

1,E+09

1,E+12

Mittelw ert 5,77E+09 1,54E+08 2,97E+06 9,53E+08 2,77E+06 3,70E+06 1,48E+06


gesamter Zulauf


KB

E 3

6°C

/100

ml LW Bewässerungswasser

Abbildung 33: Vergleich der Keimablaufwerte der KBE bei 36° C in den verschiedenen Kleinkläranlagen

Für die Badegewässer

Die Badegewässerrichtlinie gibt einen Grenzwert von 1 E04 GC MPN/ 100 ml bzw. 2 E03 FC MPN/ 100

ml vor (s. Tab. 54). Die Untersuchungsergebnisse in Abbildung 34 und Abbildung 35 lassen

nachstehende Schlussfolgerung zu:

Im Mittelwert scheint die horizontale Pflanzenkläranlage, die Anforderungen an den GC-Grenzwert zu

erreichen, jedoch nicht die 85 % Fraktile als auch den FC-Grenwert. Das deutet auf ein hohes, jedoch

ungenügendes Potenzial hin und bedarf einer definierten saisonalen Betrachtung.

Oberflächenwasser

Die Oberflächenwasserrichtlinie gibt für die Zone 3 den Leitwert 5 E04 MPN GC/ 100 ml bzw.

2 E04 MPN FC/ 100 ml vor. Die Befunde zeigen deutlich, dass die horizontale Kleinkläranlage die

Anforderungen im Mittel und die 85 % Fraktile erfüllen kann. Dieses Verfahren kann das Abwasser

soweit reingen, dass es der Wasserqualität der Oberflächenwasserrichtlinie ( Rohwasser für

Trinkwassergewässer Zone A3) entspricht. Die vertikale Pflanzenkläranlage, die SBR-Anlage und die

Scheibentauchkörperanlage können nur GC- Leitwerte unterschreiten und zählen dadurch zu den

Kleinkläranlagen mit hohem hygienisieungspotenzial. Belüftete Festbett- und Tropfkörperanlage

können auf keinen Fall den Leitwert erfüllen.

Für die Beregnung

Für das Beregnungswasser wurde ein Leitwert von 1.000 GC MPN in 100 ml angegeben. Die

Abbildung 35 und Abbildung 34 machen deutlich, dass alle untersuchten Kleinkläranlagen die

Anforderungen nicht einhalten können.


1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

1,E+09



gesamter Zulauf


GC

MP

N/1

00 m

l

Abbildung 34: Vergleich der Keimablaufwerte von gesamtcoliformen-Bakterien in den verschiedenen Kleinkläranlagen

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08



gesamter Zulauf


FC

MP

N/1

00 m

l

Abbildung 35: Vergleich der Keimablaufwerte von fäkalcoliformen-Bakterien in den verschiedenen Kleinkläranlagen

Oberflächenwasserrichtlinie A 3 Leitwert

Badegewässerrichtlinie Grenzwert

Beregnungswasser Leitwert





Zusammengefasst kann für die Einbettung der Kleinkläranlagen in ein ganzheitliches Konzept für die

Wasserkreislauferschließung und anhand der vorliegenden Ablaufwerte festgestellt werden: Die

Abläufe der horizontalen Pflanzenkläranlage haben im Sommer die Badegewässergrenzwerte

unterschritten. Als weitere Anlagen mit höherem Potenzial und möglicher saisonaler Unterschreitung

der Oberflächenwassergrenzwerte kämen eventuell SBR-Anlagen, Scheibentauchkörperanlagen und

die vertikale Pflanzenkläranlagen in Frage. Aber keine der vorgestellten sechs Anlagen kann die

Qualität für die Bewässerung oder sogar für die Beregnung erreichen. Hier bietet sich die neue

Generation von Membranfilterverfahren oder eine Kombination mit UV-Bestrahlung als geeignete

Lösung an.

Saisonale Differenzierung

Die bisher vorgestellten Ergebnisse der untersuchten Kleinkläranlagen werden hier unter der

saisonalen Betrachtung weiter differenziert. Ziel ist, Anlagen herauszuarbeiten, die die in der Tab. 54

formulierten mikrobiologischen Anforderungen in den Sommermonaten erfüllen können.

Die Unterteilung der Ablaufwerte nach Saison (Winter/Sommer) erfolgt für die vier Parameter in den

Abbildung 36 bis Abbildung 39. Daraus lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:

• Im Sommer ist insgesamt mehr Abbauleistung bei den Kleinkläranlagen festzustellen (Ausnahmen

sind bereits begründet worden).

• KBE-Ablaufwerte, die für die weitere Bewässerung relevant sind, zeigen offensichtlich, dass keine

der untersuchten Anlagen, weder im Sommer noch im Winter, in der Lage ist, diese Anforderungen

zu erfüllen. An dieser Stelle und im Kontext der vorherigen Ergebnisse ist es ratsam, die Anwender

bzw. Bürger darüber zu informieren.

1,E+03

1,E+06

1,E+09

1,E+12Sommer Winter

Sommer 5,65E+09 1,86E+08 6,36E+06 2,59E+09 2,03E+06 5,54E+06 2,46E+06

Winter 1,69E+09 4,64E+08 6,02E+06 5,75E+08 3,37E+06 3,58E+07 5,12E+05

gesamter Zulauf


KB

E 2

0°C

/100

ml

Abbildung 36: Vergleich der saisonalen Ablaufwerte der KBE bei 20° C in den verschiedenen Kleinkläranlagen

LW Bewässerungswasser


1,E+03

1,E+06

1,E+09

1,E+12Sommer Winter

Sommer 4,59E+09 2,03E+08 2,53E+06 1,36E+09 2,76E+06 4,61E+06 1,16E+06

Winter 6,67E+09 1,17E+08 3,31E+06 6,51E+08 2,77E+06 3,01E+06 1,73E+06

gesamter Zulauf


KB

E 3

6°C

/100

ml

Abbildung 37: Vergleich der saisonalen Ablaufwerte der KBE bei 36° C in den verschiedenen Kleinkläranlagen

• In den GC- und FC-Ablaufwerten verbergen sich die Schlüssel für die Gewährleistung der Qualität

für weiteren Beregnung oder Einleitung in die Oberflächengewässer bzw. Badegewässer. So wird

aus der Abbildung 38 und Abbildung 39 Folgendes deutlich erkennbar:

o Wie bereits bei der Mittelwertauswertung festgestellt worden ist, gewährleistet keine der

untersuchten Anlagen die Qualität der weiteren Beregnung mit ihren Abläufen.

o Das belüftete Festbett und die Tropfkörperanlage können das ganze Jahr keine der

hygienischen Anforderungen erfüllen.

o Die SBR-Anlage kann gelegentlich im Sommer den Leitwert der Oberflächenwasserrichtlinie

Zone 3 unterschreiten. Die Unterschreitung ist minimal. Damit stellt die Anlage im

Zusammenhang mit der Verfahrenstechnik Entwicklungspotenzial dar.

o Die Qualität des Scheibentauchkörperablaufes im Winter ermöglicht eine sichere Einleitung in

das Oberflächenwasser Zone 3, da sowohl der Leitwert von GC als auch der von FC

unterschritten wird. In den Sommermonaten ist eine eventuelle Einleitung möglich, da nur die

GC LW einzuhalten sind.

o Die vertikale Pflanzenkläranlage ist im Untersuchungszeitraum erneuert worden. Das bewirkte

eine Verbesserung der Winterergebnisse. Wegen dieses Eingriffes wird diese Anlage aus der

Beurteilung ausgesondert. Trotzdem bieten solche Verfahren ein Potenzial in Bezug auf die

Keimreduzierung bei gutem stabilem Betrieb (s. einzelne Befunde in Anhang 27).

o Die Untersuchungsergebnisse der horizontalen Pflanzenkläranlage führen zu der

Schlussfolgerung, dass diese Anlage die Abwässer soweit behandelt, dass sie hygienisch der

Oberflächenwasserrichtlinie A3 erfüllen kann. Im Sommer erreichen die Abwasserabläufe

aus der horizontalen PKA zusätzlich die Qualität der Badegewässer. Für die Beregnung und

Bewässerung ist das allerdings nicht möglich.

LW Bewässerungswasser


1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

1,E+09Sommer Winter

Sommer 1,75E+08 4,94E+06 8,15E+04 1,40E+07 1,05E+05 9,00E+05 1,44E+03

Winter 5,11E+07 2,69E+06 6,55E+04 1,35E+07 1,94E+04 3,31E+05 8,12E+03

gesamter Zulauf


GC

MP

N/1

00 m

l

Abbildung 38: Vergleich der saisonalen Ablaufwerte der gesamtcoliformen-Bakterien in den verschiedenen Kleinkläranlagen

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08Sommer Winter

Sommer 7,33E+07 2,27E+06 1,32E+04 1,37E+07 5,09E+04 2,71E+05 4,71E+02

Winter 1,59E+07 1,50E+06 6,18E+04 1,61E+06 2,11E+04 2,39E+05 7,81E+03

gesamter Zulauf


FC

MP

N/1

00 m

l

Abbildung 39: Vergleich der saisonalen Ablaufwerte der fäkalcoliformen-Bakterien in den verschiedenen Kleinkläranlagen








Weiterverwendung als Brauchwasser

Die Trübungsmessung ist parallel zur Keimreduzierung für die Überprüfung der

Wiederverwendungsfähigkeit des behandelten Abwassers als Brauchwasser relevant. In Tab. 61 sind

die Trübungsergebnisse zusammengestellt.

Tab. 61: Ergebnisse der Trübung in den untersuchten Kleinkläranlagen

Parameter gemeinsamer Zulauf Festbett SBR Tropfkörper Scheibentauchkörper vertik.

PKA horiz. PKA

Trübung (n=12) NU 260,1 8,7 6,8 44,9 3,1 12,9 3,1

Eine Trübung führt zu einer Filmbildung, die die Verwendung als Brauchwasser behindert. Bei dem

Vergleich der Trübung aller Kleinkläranlagenabläufe stellt sich heraus, dass die besten Anlagen, die

das Wasser auch optisch reinigen, die Scheibentauchkörper- und die horizontale Pflanzenkläranlage

sind, gefolgt von der SBR- Anlage. Dies stimmt mit anderen Ergebnissen der Reinigung und

Keimreduzierung überein. Hier muss gesondert für den jeweiligen Zweck weiter untersucht werden.

Zuletzt bieten Mikro- und Ultrafiltrationsmembrananlagen einen vollständigen Rückhalt der Bakterien

und die Wasserweiternutzung an. Nanofiltrationsmembrananlagen bieten zusätzliche Enthärtung von

Wasser. Der Einsatz dieser Technik oder die Kombination mit SBR-Anlagen ist relevant für die

Vermarktung in den wasserknappen Gebieten.

Für die Vermarktung der Kleinkläranlagen mit dem Ziel der Wiederverwendung des behandelten

Abwasses in der Bewässerung sind die Standards der Import-Länder zu berücksichtigen. Für die

Bewässerung z. B. sind weitere Parameter (wie Schwermetalle, Salze, abfiltrierbare Stoffe, Trübung,

Gesamtstickstoffe etc.) neben der Hygiene in Betracht zu ziehen. Dafür gibt es in der Literatur

zahlreiche Studien [zitiert in Al Jiroudi 2001; WHO 1973].

7.7 Zusammenfassung

Das Kapitel betrachtet das behandelte Abwasser als Ressource und untersucht zum ersten Mal die

Hygienisierungsgrade von verschiedenen Systemenabläufen. Weiter wird in diesem Kapitel die

Funktionalität der Kleinkläranlagen mit der Keimreduzierung Im Beziehung bringen. Anhand der

Ergebnisse wurden die Möglichkeiten der Abwasserweiternutzung ausgearbeitet. Für die

Untersuchungen der Hygienisierung in den sechs Kleinkläranlagentypen sind die Indikatorenparameter

sowie die Methoden der Gewässerkontrolle herangezogen worden.

• Die Untersuchungsergebnisse weisen einen höheren FC-Zulaufwert (bis 2,4*108) auf.

• Insgesamt reduzieren die Kleinkläranlagen die Keime unterschiedlich. Eine Ausnahme bildet dabei

der Tropfkörper. Die Abbauleistung spannt sich über eine Breite von 0,8 bis 4,3 log-Stufen.

• Außer der Tropfkörperanlage können alle Kleinkläranlagen die 1 log-Stufe für den FC-Abbau einer

biologischen Stufe einer zentralen Kläranlage gewährleisten.

• Als Ranking für den Keimreduzierungsgrad ist festzuhalten, dass die horizontale Pflanzenkläranlage

die Keimreduzierung am besten realisiert. Danach kommt die Scheibentauchkörperanlage. An der


dritten Stelle ist die SBR-Anlage einzuordnen. Danach kommen die vertikale Pflanzenkläranlage,

und anschliessend die Festbettanlage.

• Bei einer saisonalen Differenzierung ist festzustellen, dass Kleinkläranlagen im Sommer besser

Keime abbauen können. Dabei wird ein Verbesserungsgrad bis über 1 log-Stufe je nach Anlage und

nach Parameter erreicht.

• Im Gegensatz zur Literatur weisen manche technischen Anlagen, wie Scheibentauchkörper- und

SBR-Anlagen, bessere Abbauleistungen auf, als die naturnahen Verfahren, wie vertikale

Pflanzenkläranlagen. Es kann nicht verallgemeinert werden, dass naturnahe Verfahren besser

Keime reduzieren als technische Verfahren.

• Für die Wasserweiternutzung weist die Arbeit nach, dass:

o das Ablaufwasser der horizontalen Pflanzenkläranlage im Sommer die

Badegewässergrenzwerte unterschreitet und

o keine der vorgestellten sechs Anlagen die Qualität für die Bewässerung oder für die

Beregnung erreichen kann. Hier bieten die neuen Generationen von Membranfilterverfahren

die geeignete Lösung an. Eine andere keimreduzierende Technik verwendet eine zusätzliche

UV-Bestrahlung als Kombinationsanlage.

8 Auswertung von Betriebsdaten verschiedener Wartungsfirmen 126

8 Auswertung von Betriebsdaten verschiedener Wartun gsfirmen

8.1 Betriebsdatenerfassung

Für die bei der Datenerhebung betrachteten Anlagentypen sind die Verfahren ausgewählt worden, die

sich auf dem Versuchsfeld Dorf Mecklenburg befinden (s. Abbildung 7). Es handelt sich hierbei um

Tropfkörper-, SBR-, Festbett-, Scheibentauchkörper- und vertikale Pflanzenkläranlagen.

Als Datenquellen sind sechs Wartungsfirmen ausgewählt worden, die aus Datenschutzgründen mit

A, B, C, D, E und F bezeichnet wurden. Die Wartungsfirmen lassen sich funktional in zwei Gruppen

untergliedern, die neutralen herstellerunabhängigen Wartungsfirmen (A, B und F) sowie die

Herstellerfirmen (C, D und E). Diese Herstellerfirmen demonstrieren einen Typ ihrer Produkte auf dem

Versuchsfeld Dorf Mecklenburg.

Der Tab. 62 ist zu entnehmen, von welcher Firma wie viele Anlagen und Analysen vorlagen.

Tab. 62: Anzahl und Verfahren betrachteter Anlagen verschiedener Firmen

neutrale Wartungsfirmen Herstellerfirmen

A B F C D E

Festbett 106 62 35 - - -

Tropfkörper 74 22 121 83 - -

SBR-Anlagen 99 19 136 18 - -

Rotationstauchkörper - - - - - 10

Pflanzenkläranlagen - - 31 - 48 -

Gesamte Anlagenanzahl 279 103 323 101 48 10

Untersucht wurden die Anlagen, deren Wartungsprotokolle direkt von Hersteller- bzw. neutralen

Wartungsfirmen vor Ort ausgefertigt und teilweise digital erfasst wurden.

Die erstellten Erfassungsbogen beinhalteten:

• Anlagentyp, Baujahr und Ausbaugröße,

• Zählerstände der Betriebsstunden,

• Daten zum Betrieb (pH-Wert, O2-Gehalt, BSB5- und CSB-Wert),

• Funktionsfähigkeit der Anlage / Betriebsstörungen und

• Reparaturkosten

Die erhobenen Daten sind in der mit dem Programm Excel erstellten Datenbank in Anlage 3

dokumentiert.

8.2 Ergebnisse und Auswertung der Betriebsdaten

Bei der Datenerhebung in einer Herstellerfirma fielen fehlende BSB5- und CSB-Analysewerte für die

Abläufe bei den meisten Anlagen auf. Regelmäßige Ablaufuntersuchungen fanden dort erst seit 2003

statt. Ferner wurden in dieser Firma die Wartungsprotokolle überaus lückenhaft geführt. Von einer


weiteren. Herstellerfirma werden bei den Wartungen nur der pH-Wert, der BSB5- und CSB-Wert

erhoben. Die Betriebsstunden der Pumpen werden in den Wartungsprotokollen gar nicht verzeichnet.

Ein völlig anderes Bild ergaben die Wartungsprotokolle von herstellerunabhängigen Wartungsfirmen.

Ihre Protokolle waren übersichtlich und bei jeder Wartung vollständig geführt.

8.2.1 Reinigungsleistung

Die Untersuchung der aufgenommenen Daten der Kleinkläranlagen von Hersteller- und neutralen

Wartungsfirmen hinsichtlich der CSB- und BSB5-Ablaufwerte, des Sauerstoffgehaltes und des pH-

Wertes wird im Folgenden dargestellt.

8.2.1.1 CSB-Ablaufwerte

Einen Überblick über die Anzahl und Art der Analysen der untersuchten Anlagen gibt die Tab. 63 :

Tab. 63: Anzahl betrachteter Anlagen und CSB-Analysen verschiedener Firmen

Firma A Firma B Firma C Firma D Firma E Firma F Anlage Analyse Anlage Analyse Anlage Analyse Anlage Analyse Anlage Analyse Anlage Analyse

FB 106 665 62 47 - - - - - - 35 64 TK 74 502 22 15 83 65 - - - - 121 485

SBR 99 249 19 12 18 12 - - - - 136 253 STK - - - - - - - - 10 10 - - PKA - - - - - - 48 105 - - 31 99

Die Abbildung 40 verdeutlicht eine systemübergreifende Zusammenstellung der CSB-

Analyseergebnisse.

CSB >150 mg/l21%

CSB < 150 mg/l79%

Abbildung 40: Überschreitungs- bzw. Unterschreitungsrate des CSB-Ablaufgrenzwertes von den 740

systemübergreifend untersuchten Anlagen mit 2.738 Analysen

Um die Leistungsfähigkeit marktüblicher Kleinkläranlagen vergleichend beurteilen zu können, wurden

die Ablaufwerte anlagenspezifisch über die Summenhäufigkeit in den Anlagen dargestellt. Ca. 21 % der

Ablaufwerte liegt über dem Grenzwert von 150 mg CSB/l.

Tab. 64 zeigt eine nach Hersteller- und Wartungsfirmen aufgeschlüsselte Gegenüberstellung der

erhobenen CSB-Ablaufkonzentrationen in systemübergreifender Zusammenstellung. Dabei ist


ersichtlich, dass sich die Grenzwertüberschreitungen von 150 mg/l CSB vornehmlich bei den neutralen

Wartungsfirmen wiederfinden. Die niedrigeren Ablaufwerte bei den Herstellerfirmen deuten auf ein

subjektives Protokollieren hin. Bei der Sichtung der Wartungsprotokolle fiel auf, dass die Analysewerte

eines Herstellers (Firma C) teilweise nicht dokumentiert wurden. Im Gegensatz dazu sind die

Wartungsprotokolle der herstellerunabhängigen Firmen übersichtlich und vollständig geführt. So lag

dort eine erheblich höhere Anzahl von CSB-Analysen vor.

Tab. 64: Vergleich der CSB-Ablaufwerte mit dem CSB-Grenzwert

Ablaufwert Herstellerfirma Neutrale Wartungsfirmen

[mg CSB /l] Firma E Firma C Firma D Firma B Firma A Firma F

n=10 n=76 n=114 n=74 n=1416 n=1050

Mittelwert 91,3 88,6 45,3 90,7 147,4 133

Medianwert 91,75 77,0 40,5 81,0 105,5 105

0-150 100 % 93 % 99 % 89 % 73 % 76 %

>150 - 7 % 1 % 11 % 27 % 24 %

Sowohl der in Tab. 64 dargestellte Medianwert als auch der Mittelwert liegt bei allen Anlagen unter dem

Grenzwert von 150 %. Die beiden Werte liegen relativ dicht beieinander, lediglich die Werte der Firma

A weisen einen höheren Größenunterschied auf. Diese Tatsache lässt sich damit erklären, dass von

dieser neutralen Firma insgesamt 1.416 Analysen betrachtet wurden, wobei einige Anlagen

durchgehend überhöhte Werte aufwiesen. Von den Herstellerfirmen wurden die CSB-Werte nur

sporadisch in den Protokollen vermerkt. Eine stetige Dokumentation erfolgte dort erst seit den letzten

zwei Jahren.

Für den Vergleich der Häufigkeiten bestimmter Ablaufkonzentrationen eignen sich die drei Firmen, die

die gleichen Anlagentypen in Wartung haben. Hierbei handelt es sich um die Firmen A, B und C.

Es wurden unabhängig von der Ausbaugröße der Anlagen die durchschnittlichen CSB-

Ablaufkonzentrationen der Tropfkörperanlagen in der Abbildung 41 sowie der SBR-Anlagen ermittelt

und vergleichend in der Abbildung 42 gegenübergestellt. Daten von anderen Anlagentypn waren für

weitere Vergleiche nicht verfügbar.

Es ist deutlich zu erkennen, dass die Herstellerfirma C hier die besten Ablaufwerte präsentiert. 98,5 %

der gemessenen Werte lagen unter dem Grenzwert von 150 mg/l CSB.


78,567 67

98,5

21,533 33

1,5

0%

25%

50%

75%

100%

Neutralfirma A (n= 502) Neutralfirma B (n= 15) Neutralfirma F (n=485) Herstellerfirma C ( n= 65)

0-150 mg/l >150 mg/l

Abbildung 41: Vergleich der CSB-Ablaufwerte bei Tropfkörperanlagen verschiedener Wartungsfirmen

Vergleicht man hingegen die Häufigkeitsverteilung der Ablaufkonzentrationen der betrachteten SBR-

Anlagen, ergibt sich ein anderes Bild. Die Mehrzahl der Grenzwertüberschreitungen liegt bei der

Herstellerfirma C mit 33,3 %. Wie Abbildung 42 verdeutlicht, haben die herstellerneutralen Firmen A

und F geringere bzw. bei der Firma B keine Grenzwertüberschreitungen festgestellt.

84,499

8666,6

16,60

1433,3

0%

25%

50%

75%

100%

Neutralf irma A (n= 249) Neutralf irma B (n=12) Neutralf irma F (n=253) Herstellerf irma C (n=12)

0-150 mg/l >150 mg/l

Abbildung 42: Vergleich der CSB-Ablaufwerte bei SBR-Anlagen verschiedener Wartungsfirmen

8.2.1.2 BSB 5-Ablaufwerte

Einen Überblick über die Anzahl der Analysen wird in Tab. 63 mit der Anzahl und Art der untersuchten

Anlagen aufgeführt.

Tab. 65: Anzahl betrachteter Anlagen und BSB5-Analysen verschiedener Firmen

Firma A Firma B Firma C Firma D Anlage Analyse Anlage Analyse Anlage Analyse Anlage Analyse

FB 106 626 62 93 - - - - TK 74 482 22 43 83 116 - -

SBR 99 236 19 25 18 20 - - PKA - - - - - - 48 93


Die Abbildung 43 verdeutlicht die Häufigkeitsverteilung der systemübergreifenden Zusammenstellung

der BSB5-Ablaufwerte.

> 40 mg BSB 5/l21%

< 40 mg BSB5/l

79%

Abbildung 43: Überschreitungs- bzw. Unterschreitungsrate des BSB5-Ablaufgrenzwertes von den 541 untersuchten Kleinkläranlagen in systemübergreifender Zusammenstellung

In Tab. 66 ist eine nach Hersteller- und Wartungsfirmen aufgeschlüsselte Gegenüberstellung in einer

systemübergreifenden Zusammenstellung der erhobenen BSB5-Ablaufkonzentrationen ersichtlich.

Hierbei fällt auf, dass die Überschreitungs- bzw. Unterschreitungsrate der BSB5-Grenzwerte bei den

Wartungsfirmen am höchsten ist.

Tab. 66: Vergleich der CSB-Ablaufwerte mit dem BSB5-Grenzwert

Ablaufwert Herstellerfirma Neutrale Wartungsfirmen [mg /l] Firma C Firma D Firma A Firma B

n=101 n=48 n=103 n=284

Mittelwert 20,9 6,6 30 19,4 Medianwert 15 4 19,8 11

0 - 40 92 % 99% 86 % 78 % > 40 8 % 1 % 14 % 22 %

Die Mittel- und Medianwerte liegen bei allen Firmen unter dem Grenzwert von 40 mg/l BSB5, wobei die

sehr niedrigen Ablaufwerte der Firma D besonders auffallen. Der Wert 6,6 mg BSB5/l ist der niedrigste

Mittelwert im Vergleich. Bei den Anlagen dieser Firma handelt es sich ausschließlich um vertikal

durchströmte Pflanzenkläranlagen. Auch bei den guten CSB-Werten kann man auf einen sehr guten

Betrieb schließen.

Die drei Firmen A, B und C, die die gleichen Anlagentypen in Wartung haben eignen sich auch für den

Vergleich der Häufigkeiten bestimmter BSB5-Ablaufkonzentrationen.

Unabhängig von der Ausbaugröße der Anlagen wurden die durchschnittlichen BSB5-

Ablaufkonzentrationen der Tropfkörperanlagen sowie der SBR-Anlagen ermittelt und vergleichend in

den Abbildung 44 undAbbildung 45 gegenübergestellt.

In Abbildung 44 ist zu erkennen, dass die Herstellerfirma C bei den Tropfkörperanlagen auch hier den

geringsten Prozentsatz an BSB5-Grenzwertüberschreitungen hat. Lediglich 8,6 % der gemessenen


BSB5-Werte lagen dabei über dem Grenzwert von 40 mg/l BSB5. Bei den Wartungsfirmen liegen 20 %

der Messwerte über 40 mg/l BSB5.

78,9 79,191,4

21,1 20,98,6

0%

25%

50%

75%

100%

Neutralfirma A (n= 482) Neutralfirma B (n= 43) Herstellerfirma C (n=116)

>40 mg/l

0-40 mg/l

Abbildung 44: Vergleich der BSB5-Ablaufwerte bei Tropfkörperanlagen verschiedener Wartungsfirmen

Betrachtet man hingegen die Häufigkeitsverteilungen der Ablaufkonzentrationen der betrachteten SBR-

Anlagen, kann man feststellen, dass der Anteil an Grenzwertüberschreitungen viel geringer ist als der

der Tropfkörperanlagen. Bei zwei Firmen wurden 40 mg/l BSB5 gar nicht überschritten. Lediglich die

Firma A zeigt hier einen Anteil von 9,9 % der Anlagen, deren BSB5-Wert über 40 mg/l lag.

90,1100 100

9,90 0

0%

25%

50%

75%

100%

Neutralfirma A (n=236) Neutralfirma B (n=25) Herstellerfirma C (n= 20)

>40 mg/l

0-40 mg/l

Abbildung 45: Vergleich der BSB5-Ablaufwerte bei SBR-Anlagen verschiedener Wartungsfirmen

8.2.1.3 pH-Werte

Der pH-Wert ist ein wichtiger Parameter zur Analyse der Abwasserreinigung, weil man an ihm

Ursachen für gestörte Abwasserreinigungsprozesse erkennen kann. Das gereinigte Abwasser sollte

einen pH-Wert von 6,5 bis 8,5 aufweisen.

Die pH-Mittelwerte der untersuchten Kleinkläranlagen erstrecken sich bei technischen Anlagen von

6,89 bis 8,31. Bei Pflanzenkläranlagen lagen die pH-Mittelwerte zwischen 6,7 und 7,06. Insgesamt


lagen die pH-Werte im normalen Bereich. Etwas höher sind sie bei den Tropfkörperanlagen. Im

Einzelnen sind die pH-Werte in den Datenblättern der Anlage 4 vermerkt.

8.2.1.4 Sauerstoffgehalt

Das Vorhandensein von Sauerstoff ist für die biologische Abwasserreinigung von größerer Bedeutung.

Als Steuergröße ist es insbesondere beim Belebungsverfahren wichtig, Kenntnis über die

Sauerstoffkonzentration zu haben.

Von den betrachteten Firmen haben drei den Sauerstoffgehalt regelmäßig gemessen und

dokumentiert. Wie bereits erwähnt, sollte der Sauerstoffgehalt in der Nachklärung von Kleinkläranlagen

größer als 1 mg/l, besser größer als 2 mg/l sein.

In Tab. 67 sind systemübergreifend die Sauerstoffgehalte dargestellt. Die Wartungsfirmen haben hier

jedoch einen um etwa 1 mg/l höheren Sauerstoffgehalt festgestellt als die Herstellerfirma.

Insgesamt waren die O2 -Gehalte ausreichend.

Tab. 67: Vergleich der Mittelwerte des Sauerstoffgehaltes, systemübergreifend

Firma A Firma B Firma C O2 in mg/l der Nachklärung 4,5 4,48 3,7

Die Mittelwerte der Sauerstoffgehalte sind in Tab. 68 nach Anlagentypen sortiert. Die gemessenen

Sauerstoffgehalte spiegeln eine gute Funktionalität der Anlagen wider. Allerdings ist hier ein

Optimierungsbedarf bezüglich der Energieeinsparung vorhanden.

Tab. 68: Vergleich der O2-Gehalt-Mittelwerte bei den Kleinkläranlagen

EW Firma A Firma C Firma B

Festbett 4 5,4 mg/l - 4,8 mg/l > 4 4,6 mg/l - 4,4 mg/l

SBR 4 4,9 mg/l 6,1 mg/l 3 mg/l (4-24 EW) 8 3,8 mg/l 7,2 mg/l (10 EW) - Rest 4,6 mg/l - -

TK 8 3,7 mg/l (4-41 EW) 3,5 mg/l 5,7 mg/l (4-12 EW) 11 2,8 mg/l 13 2,5 mg/l 17 2,3 mg/l

8.2.2 Betriebsprobleme

Die Eigenkontrolle ist eine Bedingung für den reibungslosen Betrieb von Kleinkläranlagen. Es ist

ausschlaggebend für die Funktionalität von Kleinkläranlagen, dass es nicht zu einer mangelnden oder

vollständigen Vernachlässigung der Eigenkontrolle kommt, sei es aus Desinteresse oder aus Gründen

der Ästhetik.

Ferner existieren noch immer nicht für alle in Betrieb befindlichen Anlagen Wartungsverträge. Es

werden somit nicht alle Anlagen fachgerecht gewartet. Es zeigte sich auch während der Recherche in

verschiedenen Wartungsfirmen, dass die Anlagen bei nicht ausreichender Qualität der Wartung,


unterschiedliche Probleme bereiteten. Es hat sich bei der Auswertung der Wartungsprotokolle

außerdem gezeigt, dass Anlagen, deren Ablaufwerte über einen längeren Zeitraum nicht stimmten,

vorwiegend Probleme mit den eingebauten Pumpen hatten. Hauptprobleme hierbei waren

Verstopfungen durch Haare oder Lavagestein, nicht funktionsfähige Schwimmerschalter,

Wackelkontakte in Steckdosen und verstopfte Filter.

In Gesprächen mit Mitarbeitern von Wartungsfirmen hat sich herausgestellt, dass schlechte

Betriebsdaten unabhängig vom Alter der Kläranlagen auftreten. Entscheidenden Einfluss auf die

Reinigungsqualität haben Betrieb und Pflege im Rahmen der Eigenkontrolle sowie die Wartung durch

Sachverständige.

Wird die Vorklärung nicht rechtzeitig entleert, kann kein ausreichender Schlammrückhalt erfolgen und

die folgende biologische Reinigungsstufe wird gestört.

Für eine quantitative Auswertung der häufigsten aufgetauchten Betriebsstörungen sind in der folgenden

Abbildung die Betriebsdaten aus den Wartungsprotokollen der neutralen Firma analysiert worden. Die

Auswahl der Firma F ist dadurch begründet, dass sie über umfangreiche Daten von verschiedenen

Kleinkläranlagentypen sowohl technischer als auch naturnaher Verfahren verfügt.

Abbildung 46: Verfahrensübergreifende Verteilung der häufigsten Betriebsprobleme nach Störungsgrund von 199 Anlagen

Die Betriebsprobleme lassen sich wie folgt aufteilen

1. Bau (Korrosion, Deckeldefekt, Undichtigkeit, Sanierungsbedarf der Grube)

2. Wasserinhaltsstoffe (Fremdwasser, höhere Zulaufkonzentration, höherer Chlorgehalt, höherer

Anteil an Reinigungsmitteln)

3. Schlamm (Abfuhrbedarf, Schwimmschlamm)

4. Einstellung (Gebläse, Pumpen)

5. Kontrolle ( Belüftungsöffnung, Belastung, Ausschaltung, Reinigung, Funktion)

6. Strom (Ausfall, Überspannung)

Weitere12%

Einstellung15%

Schlammabfuhr16%

Abwasser-inhaltsstoffe

6%

Bau 4%

Verschleißteile2%

Stromstörung6%

Aggregat7%

Eigenkontrolle44%


7. Aggregat (Pumpe , Gebläse, Steuerung)

8. Verschleißteile (Schwimmer, Ventile, Probennahme)

Aus der Abbildung 46 ist deutlich zu erkennen:

• Ca. die Hälfte der Betriebsstörfälle liegt im Bereich von Betrieb und Eigenkontrolle.

Dahinter verbirgt sich z. B die regelmäßige Reinigung des Verteilers von

Tropfkörperanlagen.

• Durch unzureichende Wartung (Schlammabfuhr und Einstellungsänderung) entstehen

ein Drittel der Betriebsprobleme. Einstellungsänderungen betreffen die Pumpen und

Gebläse. Pumpenausfälle sind durch ein Ziehen und Reinigen von Pumpen während

der Wartungsarbeit zu verhindern.

• Ein Sechstel der Betriebsprobleme entstehen bedingt durch technische

Unzulänglichkeiten.

• Lediglich 4 % der Probleme sind auf bauliche Mängel zurückzuführen.

Die Verteilung der Anlagenverfahren innerhalb der Auswertung zeigt die folgende Abbildung.

96

83

10

6

2

2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

SBR

TK

BB

FB

PKA

Biofilter

Anz

ahl d

er A

nlag

en [n

]

Abbildung 47: Verteilung der 199 Anlagen der Wartungsfirma

Bei den meisten gewarteten Anlagen handelt es sich um SBR- oder Tropfkörperanlagen. Eine

rechtzeitige Schlammabfuhr verhindert bei SBR-Anlagen 19 % der Betriebsprobleme. Die optimierte

Einstellung der Gebläse verhindert weitere 14 % der Betriebsprobleme. 33 % der

Problemeverhinderung wird durch die Wartung gewährleistet (s. Anlage 2).

Bei der Auswertung der Betriebsdaten von Tropfkörperanlagen waren 64 % der Probleme auf die

Reinigung der Gerinne und Verteiler zurückzuführen (s. Anlage 2). Daher ist zu vermuten, dass die

regelmäßige Eigenkontrolle und Reingung der Anlagen die Lebensdauer verlängern kann.

8.2.3 Betriebskosten

Zusätzlich zur Wartungsarbeit, wie in DIN-Vorschriften und Herstellerunterlagen vorgeschrieben, treten

zusätzliche Reparaturen mit verdeckten Kosten auf. Bei SBR-Anlagen z. B. sind Kosten hauptsächlich


von neu eingebauten Gebläsen oder durch gesonderte Schlammabfuhr der Vorklärung verursacht

worden. Bei Tropfkörperanlagen führt ein Auswechseln der Pumpen zu Extrakosten. In einem Fall

entstanden Extrakosten durch das Erneuern des Verteilers.

Hat eine Kläranlage gute Ablaufwerte, so kann bei vielen modernen Systemen (SBR, Festbett und auch

Mikrofiltration) die tägliche Laufzeit der Anlage verringert werden. Dadurch werden Stromkosten

gespart und der Verschleiß der Technik verringert.

Hat eine Anlage schlechte Ablaufwerte oder sogar überschrittene Grenzwerte, folgen Zusatzkosten

durch zusätzliche Arbeiten, Anfahrten der Wartungsfirma, Abwasseruntersuchungen oder sogar eine

Vergrößerung der Kleinkläranlage und Bußgelder an die Behörden [PETERS 2005].

Die Betriebskosten setzen sich bei der Abwasserentsorgung durch Kleinkläranlagen folgendermaßen

zusammen:

1. Schlammentsorgungskosten,

2. Energiekosten für Pumpen und Kompressoren (Belüftung),

3. Wartungskosten durch eine Fachfirma inkl. Fahrt- und Analysekosten,

4. Instandhaltungskosten für den Ersatz defekter Anlagenteile, Beseitigungen von Verstopfungen

oder Wiederherstellung der Versickerung und

5. sonstige Kosten für die Verlängerung der wasserrechtlichen Erlaubnis meist nach zehn Jahren.

Besonders die Energiekosten und die Wartungsintensität und damit die Gesamtkosten schwanken je

nach Anlagentyp. Kläranlagen mit einer Vielzahl sich bewegender oder arbeitender Anlagenteile

erhöhen die Instandhaltungskosten [PETERS 2005]. Es empfiehlt sich, Meinungen zu den

Betriebskosten von verschiedenen herstellungsunabhängigen Fachfirmen einzuholen.

Bei einem Betrachtungszeitraum von 10 Jahren können Investitionskosten die Kostenvorteile eines

bestimmten Typs überwiegen und sich schnell negativ auf die wirtschaftliche Bewertung auswirken

[PETERS 2005]. Die Kosten können aufgrund starker regionaler Unterschiede für die

Schlammentsorgung nicht allgemeingültig angegeben werden.

Die Abbildung 48 zeigt folgende Zusammenhänge:

• Die spezifischen Betriebskosten sinken mit steigender Anzahl angeschlossener Nutzer an eine

Kleinkläranlage.

• Die tatsächlich anfallenden Betriebskosten enthalten zusätzlich die Instandhaltungskosten, die

weder bei dem Einkauf einer Anlage noch in den Wartungskosten einkalkuliert sind. Diese

zusätzlichen Kosten betragen bis zu 30 % (s. Anhang 31).

• Bei Eigenwartung können kurzfristig bis zu 20 % der Betriebskosten eingespart werden

(s. Anhang 29). Langfristig gesehen, verursacht jedoch diese “Einsparung“ 30 bis 80 % der

Betriebsstörungen und führt zu nicht unerheblichen Zusatzkosten bzw. zur Anlagensanierung

(s. Abbildung 46).


• Diese Angaben stammen von der Firma F, die ihre kalkulierten Preise aus Wettbewerbsgründen

niedrig hält. Insgesamt sind die Preise differenziert einzuschätzen, wie der folgende Vergleich

der einzelnen Betriebskosten von mehreren Anbietern zeigt.

Abbildung 48: Jährliche Betriebskosten bei Kleinkläranlagen [geändert nach BOLLER 2005,a]

8.2.3.1 Wartungskosten

Die Kosten für die fachgerechte Wartung durch dafür speziell ausgebildetes Personal variieren bei den

verschiedenen Firmen.

Eigene Recherchen zeigten, dass der Preis für die jährlichen Wartungskosten mit drei Wartungen pro

Jahr zwischen 94 € und 255 € bei den betrachteten Firmen schwankt. Für die Laboranalysen ergeben

sich je nach Firma zusätzliche Kosten, deren Höhe auch bei den verschiedenen Firmen variiert.

Dabei ist zu konstatieren, dass die mit 94 € geringste jährliche Gebühr bei einem kleinen Drei-Mann-

Betrieb (Firma B, s. Tab. 69 ), der im Raum Westmecklenburg tätig ist, anfällt. Mit 192 € jährlichen

Kosten für die regelmäßige Wartung ist eine kommunale Gesellschaft (Firma A), die im Raum

Ostmecklenburg-Vorpommern operiert, fast doppelt so teurer. Die höchsten bei der Recherche

aufgetretenen jährlichen Wartungskosten ergaben sich bei einer bundesweit agierenden Herstellerfirma

(Firma C). Hier wurden 255 € pro Jahr verlangt. Zusätzlich zu den Wartungskosten werden von zwei

Firmen die Analysekosten für den CSB- und BSB5-Wert separat in Rechnung gestellt. Diese

schwanken bei den betrachteten Firmen zwischen 27 € und 52 €. Hierbei fällt auf, dass die geringsten

Kosten bei der kommunalen Firma A anfallen. Sie verfügt als einzige untersuchte Firma über ein

eigenes Labor. Die Firmen B und C verfügen über kein hauseigenes Labor und lassen ihre

Abwasserproben von beauftragten Laboren untersuchen. Der Preis von 52 € der Firma C lässt sich so

also durch die zusätzlich anfallenden Fahrtkosten erklären, da sich das Partnerlabor in 40 km

Entfernung vom Betrieb befindet. Die Firma B sieht die Wartung in ihrer Firmenphilosophie als „Dienst

am Kunden“ und verlangt nicht die volle Höhe der Kosten. Sie nutzt die Wartungstermine, um

erfolgreich Werbung für sich zu machen. Mittels dieser Strategie wurden bereits mehrere neue

Bauaufträge akquiriert, mit denen diese Firma ihr Geld verdient.

0

20

40

60

80

100

120

4 E 8 E 12 E 16 E 2 0 E 4 E 8 E 12 E 16 E 2 0 E 4 E 8 E 12 E 16 E 2 0 E

einschl. Verschleißkosten

Spe

zifis

che

Bet

riebs

kost

en [€

/E.a

]

ohne Wartung ohne Verschleißkosten

ohne Verschleißkosten


Tab. 69: Wartungskosten der untersuchten Firmen

jährliche Kosten in € Firma A Firma B Firma C Firma F

Wartung 192 94 255 140

Analyse 27 inklusive 52 80

Summe 219 94 307 220

Im Anhang 29 wurde am Beispiel der Firma F eine nach angeschlossenen Einwohnern differenzierte

Einteilung vorgenommen.

8.2.3.2 Schlammentsorgungskosten

Einen beträchtlichen Anteil der Betriebskosten stellen auch die Schlammentsorgungskosten dar. Diese

Kosten entstehen durch die Beauftragung eines staatlich anerkannten Entsorgungsunternehmens zum

Abtransport und zur Entsorgung des anfallenden Klärschlammes.

Die zuständige Kommune organisiert die Abfuhr und legt die Abfuhrmodalitäten fest. Die Logistik spielt

hier für die Kosten die entscheidene Rolle. Teilweise wird der Schlamm in regelmäßigen Abständen

entsorgt, auch wenn es noch nicht nötig wäre. Inzwischen nimmt die Zahl der Gemeinden zu, die auf

eine bedarfsorientierte Abfuhr umgestellt haben. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Anlagen ein

großes Vorklärvolumen besitzen, um durch das größere Speichervolumen die Abfuhrintervalle zu

vergrößern. Die Verbindungen der einzelnen Kammern in Mehrkammergruben sollten so gestaltet sein,

dass das Nachlaufen aus den anderen Kammern bei der Entleerung einzelner Kammern verhindert

wird.

In Tab. 71 werden einige Gebührenbeispiele für Fäkalschlamm aus Kleinkläranlagen und Abwasser

aus abflusslosen Sammelgruben aus der Bundesrepublik dargestellt, wobei sich zeigt, dass sie regional

sehr großen Schwankungen unterliegen.

Tab. 70: Gebührenbeispiele für Fäkalschlamm aus KKA in der Bundesrepublik (Stand 2005)

Unternehmen Gebühren

Eurawasser Mengenabhängige Zusatzgebühr Schmutzwasser für Kleinkläranlagen: 33,79 €/m³ Rostocker Land, Schmutzwasser Grundgebühr: mengenabhängig von 7,17 € – 231,81 € pro Monat Warnow-Küste Eurawasser Güstrow-

Grundgebühr A: 4,50 €/Wohneinheit

Bützow-Sternberg Mengengebühr A: für Inhaltsstoffe aus abflusslosen Sammelgruben je m³: 7,70 €/m³ Mengengebühr B: für Fäkalschlamm aus Kleinkläranlagen je m³: 12,00 €/m³ Zuschlaggebühr C für Sonderabholung je Abholung: 91,47 € Stadtwerke Beseitigung von Fäkalien aus abflusslosen Gruben: 0,71 €/m³ Finsterwalde Beseitigung von Fäkalschlamm aus Kleinkläranlagen: 1,42 €/m³ (Brandenburg) Beseitigung von Fäkalien aus Kleinkläranlagen (Fäkalschlamm mit Kleineinleiterpauschale): 2,13 €/m³ Stadtwerke Beseitigung von Fäkalschlamm: 18,90 €/m³ Grafenwöhr (Bayern) Stadt Einbeck Kleinkläranlagen: Fäkalschlamm 45 €/m³ (Niedersachsen) Abflusslose Sammelgrube: 34 €/m³ Komplettentleerung Kleinkläranlage: 34 €/m³

Der durchschnittliche Schlammanfallkosten in Abhängigkeit von angeschlossenen Einwohnern am

Beispiel der Firma F ist dem Anhang 30 zu entnehmen.


8.2.3.3 Energiekosten

Der Energieverbrauch von Kleinkläranlagen resultiert aus dem Einsatz von Pumpen und

Belüftungsgeräten.

Hauptenergieverbraucher einer Kleinkläranlage sind in erster Linie:

• Belüftung in der Belebungsstufe,

• Umwälzung und Rücklaufschlammförderung und

• Einlauf- und Zwischenhebewerke.

Um aus den vorliegenden Daten eine Abschätzung des Energieverbrauchs vornehmen zu können,

wurde in Abhängigkeit von der Ausbaugröße der Kleinkläranlage der Jahresstromverbrauch aus den

erhobenen Betriebsstunden und den verwendeten Pumpen ermittelt. Es wurde ein Strompreis von

0,17 €/kWh für die Berechnung zu Grunde gelegt. Die Durchschnittswerte der jährlichen Energiekosten

der betrachteten Firmen sind in der Abbildung veranschaulicht.

0

50

100

150

200

Energiekosten [€/a.x]

Firma B 78,28 76,84 36,81

Firma C k.A. 45,3 k.A.

Firma F 70 34 65

Versuchsfeld 117,9 197,32 83,15

FB TK SBR

Abbildung 49: Energiekosten einer 4 E-Anlage in Abhängigkeit von den Reinigungsverfahren (Stand 2005)

Innerhalb der betrachteten Firmen gibt es jedoch bezüglich des Stromverbrauches sehr große

Spannbreiten. Der Unterschied zu den Ergebnisse aus dem Versuchsfeld liegt an der verschiedenen

Datendichte sowie an den unterschieden Technik eines Verfahrens bei der Datenerhebnung.

Die Auswertung zeigt, dass die mittleren Energiekosten eindeutig bei den technischen Verfahren für die

SBR-Anlagen die geringsten sind, während im Vergleich dazu die deutlich höheren Energiekosten der

Festbettanlagen zu erkennen sind.


Die durchschnittlichen Jahreskosten für die Tropfkörperanlagen weichen erheblich von denen der

Anlage auf dem Versuchsfeld in Dorf Mecklenburg ab.

Um den Einfluss der angeschlossenen Einwohner zu berücksichtigen, sind in Tab. 71 die mittleren

Energiekosten zusammengestellt. In den Übersichten von Tab. 71 sind Energiekosten aus der

Multiplikation der installierten Pumpenleistung mit den Laufzeiten bei den verschiedenen Kleinanlagen

unter Berücksichtigung der Anlagentypen und –größen bestimmt worden.

Tab. 71: Übersicht über Energiekosten in Abhängigkeit von Ausbaugröße und Verfahren

[nach BOLLER 2005a, geändert]

Mittlere Energiekosten [€/a] 4 E 8 E 12 E 16 E 20 E €/E•a

SBR-Anlage mit Mammutpumpen und Schlauchbelüfter 61 87 192 233 261 13,9

SBR-Anlage mit Injektorbelüfter und Tauchpumpen 69 134 203 322 261 16,8

Festbettanlage 70 70 110 139 273 11,6

Tropfkörperanlage 34 62 109 154 - 7,0

Spezifische Energiekosten in €/E •a 14,8 11,1 12,7 13,2 13,2

Aus Tab. 71 ist zu erkennen, dass die spezifischen Energiekosten bei 8 E deutlich geringer als bei 4 E

sind. Hingegen ändern sich die spezifischen Energiekosten ab 12 E nur geringfügig. Die errechneten

Energiekosten beruhen auf einer optimalen Einstellung. Diese korrekte Einstellung kann nur durch eine

regelmäßige Wartung, jedoch auch durch Eigenkontrolle erreicht werden.

8.2.3.4 Instandhaltungskosten

Die Instandhaltungstätigkeiten werden bei den untersuchten Firmen auch von diesen ausgeführt. Bei

anstehenden Reparaturen, deren Beseitigung der Zustimmung des Eigentümers/Betreibers bedürfen,

sind gesondert in Auftrag zu geben. Der Auftraggeber (der Betreiber) kann einen Kostenvoranschlag für

die Durchführung der Reparatur verlangen und bei Bedarf eine andere Firma beauftragen.

Die ausgetauschten Materialien werden gesondert in Rechnung gestellt.

Zu den Instandhaltungskosten zählen bei Kleinkläranlagen:

- Kosten für Ersatzpumpen,

- Austausch und Reparatur defekter Anlagenteile.

Für die Betrachtung der Instandhaltungskosten lagen die Kosten von zwei Firmen vor.

Von der neutralen Wartungsfirma F wurden die Instandhaltungskosten pro Jahr je nach Anlagentyp und

angeschlossenen Einwohnern bezogen auf die Dauer des Anlagenbetriebs aufgeschlüsselt. So

ergeben sich die in Tab. 72 aufgeführten jährlichen Instandhaltungskosten.

Tab. 72: Mittlere Jahresinstandhaltungskosten von Firma F [geändert BOLLER 2005a]

Kosten [€/a] 4 E 8 E 12 E 16 E 20 E

SBR-Anlage mit Motorpumpen 215 190 190 215 215

SBR-Anlage mit Mammutpumpen und Schlauchbelüfter 139 125 127 139 149

Festbettanlage 124 112 114 124 134

Tropfkörperanlage 106 106 106 106 106


Spezifische Jahresinstandhaltungskosten in €/E •a 36,5 16,6 11,2 9,1 7,6

Aus den Werten ist ersichtlich, dass die mittleren spezifischen Jahresinstandhaltungskosten bei den

Anlagen mit vier angeschlossenen Einwohnern am höchsten sind (36,5 €/E·a) und mit steigender

Anzahl angeschlossener Einwohner absinken.

Die Datenmenge der anderen Firmen reicht hier jedoch nicht aus, um einen repräsentativen

Durchschnittswert zu bilden.

8.2.4 Betriebshandhabung

Eine einfache und verständliche Betriebshandhabung ist für einen guten Betrieb ein zentrales Kriterium.

Aus den Erfahrungen auf dem Versuchsfeld Dorf Mecklenburg sowie aus Gesprächen mit den

Wartungsfirmen sind die folgenden Besonderheiten herauszuheben, die einen guten Betrieb

begünstigen:

Der wartungsfreundliche Aufbau der SBR- Anlage sowie die einfach einbaubare Technik als

Nachrüstung führten zur schnellen Verbreitung dieser Anlagen. Zusätzlich sind die verschleißfreien,

druckluftbetriebenen Heber anstatt elektrischer Pumpen sowie die Abwesenheit rotierender und

elektrischer Verschleißteile im Wasser für den problemfreien Betrieb mit verantwortlich. Ähnlich verhält

es sich bei belüfteten Festbettanlagen. Die Möglichkeit zur Nachrüstung bestehender

Mehrkammergruben sowie die verschleißfreien, druckluftbetriebenen Heber anstatt elektrischer

Pumpen haben zu einer weiteren Verbreitung derartiger Anlagen geführt.

Die Scheibentauchkörperanlagen bieten eine überzeugende Lösung in Gebieten mit höherem

Grundwasserstand. Die Pflanzenkläranlage braucht minimale Betriebsintensität und erfordert seitens

des Betreibers geringen Arbeitsaufwand.

Es soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass der störungsfreie Betrieb insbesondere von der

Regelmäßigkeit und vor allem von der Qualität der Wartung abhängig ist.

8.3 Zusammenfassung

Kleinkläranlagen funktionieren so gut wie Ihre Wartung [ENGLERT & KAUB 2004]. OTTO (2000) meint

sogar, dass ein guter Betrieb zu 40 % zur Verbesserung der KKA-Funktion beiträgt.

Hier sind die aus mehreren Jahren stammenden Betriebsdaten verschiedener Hersteller- und

Wartungsfirmen ausgewertet worden. Für die bei der Datenerhebung betrachteten Anlagentypen sind

die Verfahren ausgewählt worden, die sich auf dem Versuchsfeld Dorf Mecklenburg befinden. In dieser

Arbeit werden die Daten von 6 Wartungsfirmen verwendet, die sich funktional in zwei Gruppen

untergliedern lassen, in die neutralen unabhängigen Wartungsfirmen und die Herstellerfirmen.


Der erstellte Erfassungsbogen umfasst: Anlagentyp, Baujahr und Ausbaugröße, Zählerstände der

Betriebsstunden sowie Daten zur Reinigungsleistung, jedoch auch Funktionsfähigkeit der Anlagen

sowie Betriebsstörungen und Reparaturkosten.

1. Die Auswertung zeigt deutlich, dass Wartungsprotokolle der Herstellerfirmen überaus

lückenhaft geführt sind. Es wurden z. B. die Betriebsstunden der Pumpen in den

Wartungsprotokollen nur sporadisch registriert. Ein völlig anderes Bild ergaben die

Wartungsprotokolle von herstellerunabhängigen Wartungsfirmen. Ihre Protokolle waren

übersichtlich und bei jeder Wartung vollständig geführt.

2. Ein abgeschlossener Wartungsvertrag ist keine Garantie für die Einhaltung der Grenzwerte. Bei

vielen Anlagen mit abgeschlossenen Wartungsverträgen konnten Grenzwertüberschreitungen

festgestellt werden, wobei das Problem nicht in der Häufigkeit, sondern in der Art der Wartung

und im Betrieb selbst zu liegen scheint. Beim Abschluß eines Wartungsvertrages sollte eine

herstellerunabhängige Firma beauftragt werden.

3. Von Bedeutung für den Eigentümer sind die Zuverlässigkeit der Anlage sowie die einfache

Handhabung, jedoch auch niedrige Betriebskosten und eine lange Nutzungsdauer.

Die Zuverlässigkeit der Reinigung zeigt sich in den Reinigungssummenparametern. Bei der

Auswertung ist festzustellen, dass ein Viertel der Ablaufwerte über dem Grenzwert von 150 mg/l liegt.

In einem Vergleich der Reinigung, aufgeschlüsselt nach Hersteller- und Wartungsfirmen, ist ersichtlich,

dass sich die Grenzwertüberschreitungen vornehmlich bei den neutralen Wartungsfirmen wiederfinden.

Die niedrigeren Ablaufwerte bei den Herstellerfirmen deuten auf ein subjektives Protokollieren hin. Als

Beispiel ist zu nennen, dass bei Tropfkörperanlagen die CSB-Grenzwertüberschreitung bei den

Herstellerfirmen bei 1,5 % liegt. Im Gegensatz dazu schwankt die CSB-Grenzwertüberschreitung bei

neutralen Firmen zwischen 21 und 33 %.

Eine einfache Betriebshandhabung wurde bei SBR- und Festbett- sowie Pflanzenkläranlagen

festgestellt.

Die Betriebskosten enthalten Schlammentsorgungs- und Energie- sowie Wartungskosten, jedoch auch

die Instandhaltungskosten für den Ersatz defekter Anlagenteile. Besonders die Energiekosten und die

Wartungsintensität und damit die Kosten schwanken je nach Anlagentyp und Region:

• Die Wartungskosten pro Anlage schwanken je nach Firma von 94 bis 307 €/a.

• Die Schlammkosten sind regional unterschiedlich und liegen zwischen 10 und 34 €/a.

• Die Energiekosten liegen bei 20 €/a bei naturnahen Kleinkläranlagen und können bis 90 €/a bei

technischen Verfahren.


• Für eine langfristige Betrachtung spielen die Instandhaltungskosten eine wichtige Rolle. Aus der

Auswertung der Reparaturkosten ist ersichtlich, dass die mittleren spezifischen

Jahresinstandhaltungskosten bei den Anlagen mit vier angeschlossenen Einwohnern am

höchsten sind (36,5 €/E·a) und mit steigender Zahl angeschlossener Einwohner absinken.

Zuverlässigkeit beim Betrieb bedeutet weniger Betriebsprobleme. Sie resultiert aus der

unterschiedlichen Konstruktion, der Qualität der Wartung und der Eigenkontrolle. Es hat sich bei der

Auswertung der Wartungsprotokolle gezeigt, dass unregelmäßige Reinigung der Anlagen und deren

Pumpen häufige Probleme verursachen. Aus Gesprächen mit Mitarbeitern der Wartungsfirmen hat sich

ergeben, dass schlechte Betriebsdaten unabhängig vom Alter der Kläranlagen sind. Entscheidenden

Einfluss auf die Zuverlässigkeit haben der Betrieb, die Eigenkontrolle sowie rechtzeitige

Vorklärungsentleerung.

Die Auswahl eines geeigneten Kleinkläranlagensystems ist von den spezifischen Rahmenbedingungen

abhängig. So fallen regional unterschiedlich hohe Wartungs- und Schlammentsorgungskosten an, bzw.

der festgeschriebene Umfang der Eigenkontrollen unterscheidet sich. Auch hat der Platzbedarf einen

entscheidenden Einfluss auf die Wahl des Anlagentyps.

143 9 Zusammenfassung

Kleinkläranlagen werden beim weiteren Ausbau der Abwasserentsorgung in der Zukunft mehr an

Bedeutung gewinnen. Für verschiedene Anforderungen sind bisher unterschiedliche Anlagentypen

entwickelt und eingesetzt worden. Wegen der Vielzahl möglicher Lösungsansätze, sowohl technisch als

auch naturnah, und den zahlreichen zu beachtenden Randbedingungen ergibt sich eine hohe

Komplexität, die einen ausgewogenen Vergleich erschwert. Nur durch gleiche Ausgangssituation und

Randbedingungen bei allen Varianten wird eine Gegenüberstellung von Systemen mit

Leistungsparametern, Vor- und Nachteilen aussagekräftig.

In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal ein direkter Vergleich von marktüblichen

Kleinkläranlagensystemen geführt. Diese wurden in parallelem Betrieb und mit dem gleichen

Rohabwasser sowie unter gleichen Randbedingungen untersucht.

Auf dem Demonstrations- und Versuchsfeld Dorf Mecklenburg bei Wismar sind dafür sechs

Kleinkläranlagen (belüftetes Festbett, SBR-Anlage, Tropfkörperanlage, Scheibentauchkörperanlage

sowie vertikale und horizontale Pflanzenkläranlage) installiert worden. Im Zeitraum von 2003 bis 2005

wurden die Anlagen regelmäßig untersucht. Die Untersuchungen erfolgten im Hinblick auf die

Reinigungsleistung, den Hygienisieungsgrad, das Betriebsverhalten, die Wartung und den

Energieverbrauch. Während der Untersuchungen wurden Stichproben aus dem gemeinsamen Zulauf

und den Anlagenabläufen entnommen. Die Proben sind auf die Reinigungsleistung hin vor Ort

untersucht und für die weiteren mikrobiologischen Untersuchungen DIN-gerecht nach Rostock

transportiert worden.

Im Jahr 2003 wurde das Untersuchungsprogramm in Anlehnung an die europäische Norm aufgestellt

und für verschiedene Lastphasen abgearbeitet. Im Jahr 2004 sind die Anlagen weiterhin nach den

bisher in Deutschland geltenden Normen überprüft worden.

Die Beschickung des Versuchsfeldes erfolgte SPS-gesteuert. Parallel zur Tagesganglinie wurden die

Anlagen mit Abwasser der kommunalen Zentralkläranlage beaufschlagt. Das Abwasser wurde von

Sand und Fett mechanisch befreit.

Das erste Prüfjahr in Anlehnung an das EN 12566-Testprogramm hat gezeigt, dass nicht alle

Kleinkläranlagen mit DIBt-Prüfzeichen die Festlegungen der neuen europäischen Norm EN 12566

erfüllen können. Erst nach den Optimierungsmaßnahmen in Phase 1 haben die Anlagen die Vorgaben

der Reinigung im Mittel erreicht. Innerhalb des Testes haben sich anerkannte Verfahren bei bestimmten

Lastphasen nicht bewährt. Das Untersuchungsprogramm mit der Prüfung nach der DIN 4261 belegt,

dass die Kleinkläranlagen, die das EN 12566-Testprogramm überstehen, in der Lage sind, eine noch

deutlich bessere Reinigungsleistung in der Praxis zu erbringen. Eine wichtige Voraussetzung dafür sind

eine ordnungsgemäßige Wartung und ein sorgfältiger Betrieb der Anlagen.

9 Zusammenfassung 144

Weiter verdeutlichten die Untersuchungsergebnisse, dass unter den sechs Kleinkläranlagen die

maximalen und verlässlichsten C- und N-Abbauleistungen durch die SBR-Technik erreichbar waren.

Die zweitbeste Reinigungsleistung erbrachte die horizontale Pflanzenkläranlage. An der dritten Stelle

positionierte sich die Tauchkörperanlage.

Die vertikale Pflanzenkläranlage war in der Lage, eine vergleichbar gute Reinigung zu liefern, hatte

jedoch massive Winterprobleme. Die kompakte Tropfkörperanlage konnte die geforderte

Reinigungsleistung ökonomisch nicht erfüllen. Es ist aus den Untersuchungsergebnissen an den

Kompaktfestbett- und Kompakttropfkörperanlagen abgeleitet worden, dass für derartige Anlagen eine

separate Vorklärung für eine sichere Reinigungsleistung zu empfehlen ist.

Beim Vergleich des Energieverbrauchs ergaben sich die niedrigsten Werte bei den naturnahen

Verfahren, bei denen lediglich die Beschickungspumpen als Stromverbraucher installiert sind, wobei

bedingt durch das Verteilerprinzip in gelochten Schläuchen die vertikale Anlage etwas höhere Werte

aufweist. Bei den technischen Anlagen hat der Rotationstauchkörper den niedrigsten Wert, der

allerdings mehr als doppelt so hoch ausfällt als bei den naturnahen Systemen. Den größten

Stromverbrauch zeigte der Tropfkörper bei optimierter Reinigungsleistung, wobei noch

Optimierungspotenzial bei der Kreislaufführung besteht.

Bezüglich des Einsatzes der Kleinkläranlagen zeigten die Untersuchungen, dass die

Pflanzenkläranlagen sowie die SBR-Technik auch für Wochenendhäuser geeignet sind. Für besondere

hygienische Anforderungen kämen nur horizontale Pflanzenkläranlagen in Frage. Weitgehende

Anforderungen an die Nitrifikation sind durch SBR-Verfahren sowie die vertikal durchströmte

Pflanzenkläranlage erreichbar. Die Scheibentauchkörperanlage ist insbesondere für Gebiete mit hohem

Grundwasserspiegel geeignet. Sie hat einen geringen Energieverbrauch. Im Hinblick auf die P-Rückhalt

besteht noch weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf.

Die Prüfung von Pflanzenkläranlagen wurde gesondert nach DIN vorgenommen. Die

Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei ordnungsgemäßem Bau und bei regelmäßiger Kontrolle

sowie sachgerechter Wartung Pflanzenkläranlagen die Festlegungen der EN 12566 erfüllen. Sie

bewiesen ihre Eignung als Kleinkläranlagen für die Behandlung des häuslichen Abwassers. Sie

erbrachten zu bekannten technischen Verfahren vergleichbare Reinigungsleistungen bei weniger

Energie und weniger Betriebs- sowie Wartungsintensität. Zusätzlich haben sie mehr Puffervermögen

und sind gegenüber vielen üblichen technischen Verfahren einfacher und zuverlässiger in der

Handhabung. Sie können jedoch nicht ohne Weiteres in wasserwirtschaftlich sensiblen Regionen

eingesetzt werden. Im Gegensatz zu bisherigen Auffassungen erbrachte dabei die horizontal

durchströmte Pflanzenkläranlage langfristig stabilere Reinigungsergebnisse als die vertikale

Pflanzenkläranlage. Allerdings ist wegen des Rückganges der Reinigungsleistung der horizontalen

Pflanzenkläranlage im zweiten Jahr noch die Nutzungsdauer zu überprüfen. Bei den vertikal

durchströmten Pflanzenkläranlagen besteht Forschungsbedarf für die Feststellung der Auswirkungen

kleinerer Vorklärungsvolumina.


Die sechsmonatigen mikrobiologischen Untersuchungen haben erstmalig die Vermutungen in der

Literatur bestätigt, dass Pflanzenkläranlagen pathogene Keime besser als die üblichen technischen

Kleinkläranlagen entfernen können. Hier konnte bewiesen werden, dass nur horizontale

Pflanzenkläranlagen das Abwasser hygienisch soweit verbessern, dass Badegewässerqualität erreicht

wird. Die vertikale Pflanzenkläranlage sowie die SBR-Anlage und die Scheibentauchkörperanlage

besitzen diesbezüglich ein großes Entwicklungspotenzial. Allerdings kann keine der herkömmlichen

Kleinkläranlagen die geforderte Wasserqualität für Gartenbewässerung oder die Beregnung erreichen.

Weiterhin sind die aus mehreren Jahren stammenden Betriebsdaten verschiedener Hersteller- und

Wartungsfirmen ausgewertet worden. Die Auswertungsergebnisse zeigen, dass die Eigenkontrolle

ca. 44 % der Betriebsprobleme von Kleinkläranlagen verhindern kann. Die regelmäßige und sorgfältige

Eigenkontrolle kann weiterhin einen Einspareffekt bis zu 30 % der tatsächlich anfallenden

Instandhaltungskosten erbringen. Die ordnungsgemäße Wartung und Schlammabfuhr sind für ein

Drittel der Problemverminderung verantwortlich. Nach dem jetzigen Technikstand hat eine

Technologieoptimierung dabei nur marginale Bedeutung. Ferner ist es notwenig, einen

Wartungsvertrag mit einer herstellerunabhängigen Wartungsfirma abzuschließen, um einen stabilen

Betrieb und die Minimierung der Betriebskosten zu gewährleisten. Aus den Untersuchungen konnte

abgeleitet werden, dass die Steigerung der CSB-Reinigungsleistung durch einen guten Betrieb und

eine kontrollierte Anpassung der Steuerung bis zu 30 % und bei der Nitrifikation bis zu 50 % beträgt.

Die in der EN 12566-3 festgelegten Zulaufwerte (CSB, BSB5) für die Prüfung von Kleinkläranlagen

wurden durch die Zulaufkonzentrationen im Gebiet Nordvorpommern signifikant überschritten. Bei der

Bearbeitung der DIN-4261 und des DWA-Regelwerkes sollte daher eine Anpassung erfolgen.

146

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Vor-Ort-Vergleich von technischen und naturnahen … PKA - TechAnl.pdf · · 2012-05-27Seit 2003 Forschungsverbund Mecklenburg-Vorpommern e.V. ... Kleinkläranlagen im Vergleich,