Klärwerk Biebrich

Da im Abwasserstrom auch das von den Straßen abfließende Regenwasser enthalten ist, wird dort zwangsläufig Sand mitgeführt. Dieser Sand wird als nächstes aus dem Abwasser abgezogen. Das ist wichtig, weil er in den nachfolgenden Reinigungsstufen durch seine Schleifwirkung Rohrleitungen und Pumpen beschädigen würde.

Im Klärwerk Biebrich trennen zwei Langsandfänge den Sand vom Abwasser. Über eine Strecke von fast 30 Metern fließt das Abwasser hier sehr langsam, der Sand wird infolgedessen von der Strömung nicht mehr in Schwebe gehalten und setzt sich am Boden ab. Um das Absetzen zu unterstützen, wird von der Seite her Luft eingeblasen, die den Abwasserstrom in eine schraubenförmige Bewegung versetzt. Man spricht deshalb von einem belüfteten Sandfang.

Die Belüftung führt außerdem dazu, dass sich Fette an der Oberfläche sammeln. Sie werden am Ende der Sandfänge abgezogen und direkt der Schlammbehandlung zugeführt. Der abgesetzte Sand wird von einem selbstfahrenden Räumer abgesaugt, in sogenannten Sandklassierern gewaschen, in Containern gesammelt und entsorgt. Die beiden Langsandfänge befinden sich zwar im Freien, sind jedoch vollständig abgedeckt, so dass keine Gerüche entweichen können.

In der Vorklärung, der letzten Stufe der mechanischen Reinigung, wird die Fließgeschwindigkeit des Abwassers noch weiter herabgesetzt, so dass auch Stoffe, die bislang in der Schwebe blieben, auf die Beckensohle absinken und dort den sogenannten Primärschlamm bilden. Dieser Schlamm wird von den Balken eines umlaufenden Kettenräumers in einen Schlammabzugstrichter am vorderen Beckenrand geschoben und von dort in die Faultürme zur Schlammbehandlung gepumpt. Im Zulauf der Vorklärung wird dosiert Eisenchlorid zugegeben, um einen Teil der sich im Abwasser befindenden Phosphate zu binden (chemische PhosphatFällung) und mit dem Primärschlamm abzuziehen.

Ungelöste Stoffe, die leichter als Wasser sind, sammeln sich als sogenannter Schwimmschlamm auf der Oberfläche. Der Schwimmschlamm wird von den zurücklaufenden Balken des Kettenräumers an das Ende des Beckens geschoben, dort mit einem zweiten Räumer abgezogen und ebenfalls zur Schlammbehandlung in die Faultürme gefördert.

Das aus der Vorklärung ablaufende Abwasser ist vom überwiegenden Teil der ungelösten Schmutzstoffe befreit und sieht auch schon deutlich sauberer aus. Es fließt über unterirdische Rohrleitungen zum Zwischenpumpwerk und wird anschließend in die biologische Reinigungsstufe gepumpt

Das mechanisch vorgereinigte Abwasser enthält fast nur noch gelöste Schmutzstoffe: Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen sowie Phosphate. Diese Substanzen werden in der biologischen Reinigung aus dem Abwasser entfernt. Das ist notwendig, weil sie in der Natur als Pflanzendünger wirken und zu einer Überdüngung der Flüsse mit gravierenden ökologischen Folgen führen würden.

Die biologische Reinigung basiert auf einer riesigen Menge von Mikroorganismen, die in genau gesteuerten Prozessen die Schmutzstoffe aus dem Abwasser verstoffwechseln. Während bei konventionellen Anlagen diese Organismen als „Belebtschlamm“ dem Abwasser beigemischt werden, arbeitet die in Biebrich eingesetzte Festbett-Technologie vollkommen anders. Hier siedelt die Biomasse fest auf Blähtonkugeln oder Bimsgranulat und bildet dort einen schleimigen dichten „Rasen“, der vom Abwasser umflossen wird. Bei einer Aufwuchsfläche von rund 1.500 m² pro m³ Blähtonmaterial ergibt sich eine enorme Abbauleistung; diese ist letztlich der Grund für den geringen Flächenbedarf dieser Technologie.

Im Klärwerk Biebrich stehen in der biologischen Reinigungsstufe zwölf parallele Filterstraßen zur Verfügung. Je nach zulaufender Abwassermenge oder gemessener Schmutzfracht werden maximal elf davon gleichzeitig betrieben. So steht immer eine Filterstraße als Reserve zur Verfügung, entweder um bei laufendem Betrieb Wartungsarbeiten durchführen zu können oder für Notfälle.

Jede Straße besteht aus einem Denitrifikations- und einem Nitrifikationsfilter.

Da sich die Biomasse in den Filtern ständig vermehrt und zudem zurückgehaltene Schwebstoffe die Filter nach und nach verstopfen, müssen diese regelmäßig rückgespült werden. Je nach Filter und Auslastung ist eine Rückspülung alle 14 bis 40 Stunden erforderlich.

Für diese Rückspülungen steht gereinigtes Abwasser in einem sogenannten Filtratspeicher bereit. Der Filtratspeicher wird ständig aus dem Abwasserstrom nachgefüllt, der aus der biologischen Stufe abfließt. Bei der Rückspülung wird Wasser aus dem Filtratspeicher – zeitweise mit Druckluft versetzt – über den Düsenboden mit einer so hohen Geschwindigkeit in das Festbett gepumpt, dass sich der Filter bis zu 20 Prozent expandiert. Strömung und Turbulenzen lösen dabei durch Reibung einen Teil der Biomasse von den Füllmaterialien ab und spülen zudem die zurückgehaltenen Schwebstoffe aus. Das dabei entstehende Schlammwasser wird in einen Kanal abgeschlagen und als Überschussschlamm der Schlammbehandlung zugeführt.

Eine Rückspülung dauert etwa 40 Minuten. Anschließend steht die rückgespülte Filterkammer für einen neuen Reinigungszyklus bereit.

In der oberen Etage des Betriebsgebäudes liegt die Hauptschaltwarte. Der gesamte Betrieb wird von hier aus gesteuert und überwacht: an Werktagen 16,5 Stunden, am Wochenende 8,5 Stunden täglich. In der nicht besetzten Zeit läuft der Betrieb natürlich unverändert weiter, wird aber dann über ein so genanntes Prozessleitsystem von den Mitarbeitern des Hauptklärwerks aus überwacht. Bei einer Störung alarmieren sie den Biebricher Bereitschaftsdienst.

Auf großen Bildschirmen werden alle wichtigen Betriebsdaten der Anlage dargestellt: Temperaturen, Fördermengen, Messwerte, Betriebszustände. All diese Werte werden zusätzlich elektronisch protokolliert und abgespeichert. Die Schichtleitung steht von der Schaltwarte aus mit allen Dienst habenden Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in Funkkontakt, so dass man jederzeit direkt und gezielt in einzelne Prozesse eingreifen kann.

Nicht nur das Klärwerk selbst wird von der Schaltwarte aus überwacht, sondern auch das Kanalsystem mit seinen Pumpwerken und Regenrückhaltungen. Über Fernwirktechnik kann der Fluss von Abwasser und Schmutzfrachten exakt gesteuert werden.

Hunderte von technischen Aggregaten und viele Kilometer Rohrleitungen befinden sich im Klärwerk unter der Erde und sorgen dafür, dass Abwasser, Betriebsstoffe und Schlämme die richtigen Wege nehmen.

Um die technischen Einrichtungen für Wartungs- und Reparaturarbeiten zugänglich zu halten, befinden sie sich vollständig in begehbaren Rohrkanälen.

Alle Leitungen für Schmutz-, Trink-, Trüb- und Betriebswasser, Rohre für Schlämme, für Erd- und Faulgas, Druckluftleitungen zur Ansteuerung von Stelleinrichtungen sowie die elektrischen Messdaten-, Steuer- und Energieleitungen sind nach einem durchdachten System verlegt.

Zur Sicherheit ist ein Brandmelde- und ein PersonenOrtungssystem installiert.

Der neu errichtete Schlammweg des Klärwerks Biebrich wurde nach mehrjähriger Bauzeit 2008 in Betrieb genommen und ermöglicht eine optimale Behandlung des täglich anfallenden Schlammvolumens von rund 200 m³. Drei Viertel des Schlammes kommen aus der mechanischen Reinigungsstufe, ein Viertel stammt aus der Rückspülung der biologisch aktivierten Filter. Zudem befindet sich auf dem Klärwerksgelände eine Annahmestelle, wo Küchenschlämme und Kellereiabwasser angeliefert werden können. Auch die Schlämme werden nach dem Vorbild der Natur behandelt: Kontrollierte Faulungsvorgänge setzen Energie frei und schließen den Stoffkreislauf. Am Ende wird der verbliebene Schlamm entwässert und einer Verbrennung zugeführt.

Der wichtigste Schritt in der Schlammbehandlung ist die Faulung. Sie läuft in den zwei markanten Faultürmen ab, dem Blickfang unseres Klärwerks.

Um die im Schlamm enthaltenen organischen Stoffe optimal abzubauen, ist eine Erwärmung auf 35 -37 °C erforderlich. Bei diesen Temperaturen produzieren verschiedene Bakterienstämme aus den organischen Stoffen das sogenannte Faulgas, das hauptsächlich aus dem hoch entzündlichen Methan besteht. Deshalb darf ein Faulturm nur unter strengen Sicherheitsvorkehrungen betreten werden.

Der Faulungsvorgang reagiert sehr empfindlich auf Licht, Sauerstoff und abrupte Temperaturänderungen. Um zu prüfen, ob im wahrsten Sinn des Wortes die Chemie stimmt, werden täglich Schlammproben genommen. Darüber hinaus muss der Inhalt der über 14 Meter hohen Faultürme immer gut durchmischt sein. Über sogenannte Begasungslanzen wird Faulgas an der Sohle eingeblasen und wälzt den Schlamm um.

Nach einer Aufenthaltsdauer von etwa drei Wochen verbleiben im faulenden Schlamm nur noch schwer abbaubare Verbindungen, die Faulgasproduktion geht zurück. Dann bezeichnen wir den Schlamm als „ausgefault“ und ziehen ihn aus dem Faulturm ab.

Der Faulungsprozess reduziert einerseits das Schlammvolumen und damit die Entsorgungskosten, andererseits entsteht energiereiches Faulgas, mit dem Blockheizkraftwerke zur Strom- und Wärmegewinnung betrieben werden.

Bevor der ausgefaulte Schlamm entsorgt werden kann, wird ihm in mehreren Stufen Wasser entzogen, um Volumen und Entsorgungskosten weiter zu senken. Die erste Stufe ist die Vakuum-Entgasung. Hier wird der noch flüssige Schlamm durch einen trichterförmigen Behälter geleitet, in dem ein Unterdruck besteht. Dadurch lösen sich letzte Faulgasbläschen.

Die nächste Stufe bilden die großen Rundbecken, die sogenannten Nacheindicker, in denen der Schlamm zur Ruhe kommt, Feststoffe zu Boden sinken und der wässrige Überstand, das sogenannte Trübwasser, abgepumpt werden kann.

Anschließend wird das um die Hälfte reduzierte Schlammvolumen aus den Nacheindickern abgezogen, mit einem Flockungsmittel versetzt und in eine Kammerfilterpresse gepumpt. Bei einem Druck von bis zu 15 bar erfolgt nun eine Volumenreduzierung auf ein Sechstel, was etwa zwei Stunden dauert. Der verbleibende „Filterkuchen“ fühlt sich wie feuchte Gartenerde an. Er wird per Schneckenförderer in Container verladen und mit dem LKW zur Verbrennung transportiert.

Das Prozesswasser aus den Nacheindickern und der Kammerfilterpresse ist hoch belastet; sein Schmutzstoffgehalt liegt etwa beim 15-fachen des normalen Roh-Abwassers. In einer sogenannten „sequenziell beschickten Vorbehandlung“ wird das Prozesswasser so weit vorgereinigt, dass es anschließend der biologischen Reinigungsstufe zugeführt werden kann.

Diese Technologie funktioniert ähnlich wie die biologische Reinigung, ist jedoch auf die hohen Schmutzstoffkonzentrationen spezialisiert.

Das entstandene Faulgas wird an Ort und Stelle als Energiequelle genutzt. Dazu betreiben wir eine Anlage von vier Blockheizkraftwerken, die aus dem Gas sowohl Strom als auch Wärme gewinnt (Kraft-Wärme-Kopplung). Die Wärmeenergie wird über eine hydraulische Weiche in das betriebseigene Fernwärmenetz eingespeist.

Diese Kraftwerksanlage deckt den Wärmebedarf des Klärwerks vollständig und den regulären Strombedarf zu 40 bis 45 Prozent. Den übrigen Strom beziehen wir aus dem Energieversorgungsnetz. Fällt dieses Netz aus, können alle für die Abwasserreinigung relevanten Anlagenteile von unseren Blockheizkraftwerken versorgt werden.

Unser primäres Ziel ist es, den Selbstversorgungsgrad über Blockheizkraftwerke deutlich zu erhöhen. Mit anderen Worten: Die Energie zur Abwasserreinigung bringt das Abwasser schon mit – das ist erneuerbare Energie vom Feinsten. Zudem sind wir ständig bestrebt, durch Optimierungsprozesse den Energieverbrauch zu senken.