Regionales Zentrum Hildesheim
Am Beispiel der von der Stadtentwässerung Hildesheim (→) betriebenen Kläranlage Hildesheim werden im Rahmen des SATELLITE-Projekts Fragestellungen bearbeitet, die sich aus dem Betrieb eines regionalen Zentrums in direkter Nähe zur Monoklärschlammverbrennungsanlage (→) ergeben.
Die Kläranlage Hildesheim ist für 240.000 EW ausgelegt und behandelt das Abwasser der Gemeinden Hildesheim, Himmelsthür, Sorsum, Neuhof, Marienrode, Ochtersum, Itzum, Achtum, Uppen, Einum, Bavenstedt und Drispenstedt. Das Abwasser wird zunächst mechanisch gereinigt (Rechenanlage, zwei belüfteten Sandfänge, zwei rechteckige Vorklärbecken mit Schildräumern). Die darauffolgende biologische Stufe umfassst vier Umlaufgräben, die mit Oberflächenbelüftern ausgestattet und jeweils an ein eigenes Nachklärbecken angeschlossen sind. Hierdurch können die vier Becken unabhängig voneinander betrieben werden. Zur biologischen Phosphorentfernung wird das ISAH-Verfahren angewendet, bei dem der Rücklaufschlamm zur Reduzierung des zurückgeführten Nitrats in ein separates Denitrifikationsbecken eingeleitet wird. Gegebenenfalls kann das Becken mit organischen Stoffen aus dem vorgeschalteten, der P-Elimination dienenden Anaerobbecken beschickt werden. Bevor das gereinigte Abwasser schließlich in die Innerste geleitet wird, durchfließt es noch einen belüfteten Schönungsteich.
Der abgezogene Primärschlamm wird in drei Standeindickern mit einer hydraulischen Aufenthaltszeit von ca. 4 Tagen zwischengelagert, sodass er versäuert. Das Überstandswasser wird abgezogen, in einem Speicherbecken zwischengelagert und geregelt in den Zulauf der Belebungsbecken gegeben. Der Überschussschlamm wird zur Vermeidung von Rücklösungen bei der Voreindickung mittels einer Druckentspannungsflotation und einer parallel betriebenen Siebtrommelanlage unter Zugabe von Flockungsmitteln voreingedickt. Anschließend wird der Primärschlamm mit dem Überschussschlamm vermischt und in die mesophil betriebene Faulung gepumpt. Nach der anaeroben Stabilisierung gelangt der ausgefaulte Schlamm zur Nacheindickung in zwei statische Rundeindicker, in denen Phosphor in Form von Magnesiumammoniumphosphat gefällt und ausgeschleust wird. Anschließend wird der Schlamm zur Entwässerung in zwei Hochleistungszentrifugen gepumpt. Das bei der Entwässerung entstehende Schlammwasser wird in einem Zentratspeicher gesammelt und geregelt dem Kläranlagenzulauf zugeführt. Die Verwertung des entwässerten Schlamms findet derzeit vorwiegend auf landwirtschaftlichen Nutzflächen statt.
Bereits seit den 90er Jahren wird auf der Kläranlage Hildesheim eine biologische Phosphorelimination betrieben. Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ermöglicht eine Rückführung des im Schlamm gebundenen Phosphors in den regionalen Nährstoffkreislauf. Über die Jahre wurden mit steigender gesellschaftlicher und politischer Bedeutung einer Phosphorrückgewinnung weitere Phosphoreliminationskonzepte erprobt und optimiert. Aktuell wird eine Magnesiumammoniumphosphatfällung (MAP-Fällung) durchgeführt. Im Forschungsprojekt Satellite werden auf der Kläranlage Hildesheim Kenndaten für verschiedene Verfahren der angepassten Phosphorausschleusung und Phosphorbindung aufgenommen (→). Dabei wird auch eine zu erwartende Veränderung der Schlämme mit Inbetriebnahme einer Hochlastfaulung und deren Beschickung mit Co-Substraten berücksichtigt.
Die erzeugten Schlämme werden für Versuche zur Kalzinierung der in den Schlämmen enthaltenen Phosphate zur Erzeugung von Phosphorsäure genutzt. Zusätzlich werden Versuche zur Lagerung und Konditionierung der Düngekomponenten Phosphorsäure und Ammoniakwasser zur Erstellung eines „Dünger on demand“ durchgeführt.
Zur besseren Nutzung des energetischen Potentials im Verbund wird das Schlammbehandlungskonzept der Kläranlage Hildesheim optimiert. Die Schlammbehandlung wird um eine thermophile Hochlastfaulung erweitert, die auch auf die Annahme von festen und flüssigen Co-Substraten ausgerichtet wird. Während des Testbetriebs der Hochlaststufe sollen energetisch optimierte Betriebsbedingungen durch einen kombinierten Betrieb mit der bestehenden mesophilen Faulung (parallel/in Reihe) und durch den Einsatz verschiedener Co-Substrate (→) ermittelt werden. Parallel zum Betrieb der Hochlastfaulung werden Kenndaten zur Entwässerung (→) der unter Einsatz von Co-Substraten anfallenden Schlämme in der Großtechnik aufgenommen und Versuche zur Klärschlammtrocknung (→) durchgeführt.
Aufgrund des veränderten Schlammbehandlungskonzepts mit einer zusätzlichen Hochlaststufe und der Annahme von Co-Substraten wird zukünftig eine Zunahme der Stickstoffrückbelastung durch Prozesswässer erwartet. Zusätzlich ist mit einer weiteren Erhöhung der Stickstoffrückbelastung durch die stickstoffhaltigen Kondensate der bei der Klärschlammtrocknung anfallenden Brüden (mit Wasserdampf gesättigte Luft) zu rechnen. Um eine Überlastung des Hauptstroms zu vermeiden, wird zurzeit die Inbetriebnahme einer Teilstromdeammonifikation (→) geplant. Für diese Prozessstufe wird ein adaptives Regelungskonzept basierend auf Echtzeit-Messwerten entwickelt, um so einen sicheren Betrieb auch bei schwankender Rückbelastung bzw. zusätzlicher Brüdenmitbehandlung gewährleisten zu können
Zur Verringerung der Stickstoffrückbelastung bzw. zur Etablierung einer Stickstoffrückgewinnung werden in Hildesheim halbtechnische Versuche zur kontinuierlichen Stufeneindampfung der Brüdenkondensate durchgeführt. Hierbei werden die Brüden aus dem halbtechnischen Trocknungsprozess unter Einsatz eines umgebauten Schneckentrockners so abgezogen, dass eine möglichst gut verwertbare Kondesatfraktion (Ammoniakstarkwasser) entsteht. Zudem wird eine halbtechnische Versuchsanlage zur Herstellung von Flüssigdünger aus den versuchstechnisch gewonnenen Rezyklaten betrieben.
Die am Standort Hildesheim durchzuführenden Arbeiten sind in der nachfolgenden Abbildung zusammengefasst:
