Der Weg des Abwassers und des Schlamms auf dem Klärwerk Düsseldorf-Süd

Der Weg des Abwassers und des Schlamms auf dem Klärwerk Düsseldorf-Süd

Der Weg des Abwassers im Klärwerk dauert 48 Stunden

Rund 48 Stunden dauert durchschnittlich an einem Trockenwettertag der Reinigungsprozess des Abwassers im Klärwerk Düsseldorf-Süd. Das ist die Zeit, die das Abwasser vom Eintreffen im Klärwerk (Zulauf) bis zum Auslauf in den Rhein braucht.

Nachstehend die zahlreichen Stationen in einer Kurzübersicht:

1 Zulauf
Über die beiden Hauptsammler gelangt das Wasser in den Zulaufkanal. Da das Klärwerk sich am tiefsten Punkt des Kanalnetzes befindet muss das Abwasser aus diesem Grund auf das Klärwerk - Niveau angehoben werden. Dies geschieht mittels eines Hebewerkes, dem Zulaufpumpwerk. Dieses Hebewerk besteht aus acht Schneckenpumpen, die das Abwasser in die Rechenanlage leiten.

2 Rechenanlage
In der Rechenanlage werden grobe feste Bestandteile (Toilettenpapier, Hygieneartikel, Essenreste und vieles mehr) aus dem Abwasser entfernt. Die Reinigungseinrichtung besteht aus Harkenumlaufrechen mit einem Abstand von minimal 8 mm. Die Feststoffe werden hiermit von den Rechenrosten geschoben, anschließend auf ein Förderband abgeworfen und über die Rechengutwäsche gewaschen. Das Wasser fließt durch die eingelassenen Stäbe hindurch. Das gewaschene Rechengut wird im Nachgang entwässert und der Verwertung zugeführt. Pro Tag fallen circa 3 – 4 Tonnen Rechengut an, größtenteils Papier und ähnliches. Anschließend gelangt das Wasser in den Sandfang.

3 Sandfang und Sandfangwäsche
Nächste Station ist ein belüfteter Längssandfang. Dort wird die Fließgeschwindigkeit soweit verringert, dass körnige, vor allem mineralische Bestandteile absinken können. Auch mit Hilfe von eingeblasener Luft kann der Abscheidegrad sehr genau eingestellt werden. Die Räumung des Sandes erfolgt mittels Räumern, die diesen zu einer Sandaustragsöffnung schieben. Das Sandfanggut wird in einer Sandwaschanlage gereinigt und wiederverwertet (zum Beispiel im Straßenbau).

4 Vorklärung
Danach fließt das Wasser in die Vorklärbecken. Hier wird abermals die Fließgeschwindigkeit gedrosselt. Dadurch trennen sich die absetzbaren und die schwimmenden Stoffe (z. B. Fette). Die absetzbaren Stoffe setzen sich als Schlamm auf dem Boden ab. Der sedimentierte Schlamm wird von der Beckensohle durch Räumeinrichtungen entfernt und in Form von Primär- (auch Vorklärungs-) schlamm genannt, aus dem System abgezogen. Die tägliche Menge an abgezogenem Schlamm beträgt ca. 1.000 m3 pro Tag. Fette werden abgeschöpft und der weiteren Behandlung zugeführt. Das nunmehr mechanisch geklärte Abwasser läuft über die Ablaufrinnen der Vorklärung der biologischen Stufe, dem Herzstück einer jeden biologischen Kläranlage, zu. 

5 Belebung
Es folgt in den drei parallel betriebenen Belebungsbecken die zeitaufwändige biologische Reinigungsstufe. Im Belebungsbecken sind viele Mikroorganismen, d. h. Bakterien, denen die noch im Abwasser enthaltenen organischen Schmutzstoffe als Nahrungsquelle dienen. Auf die genauen chemischen Prozesse soll hier nicht eingegangen werden, generell kann man jedoch sagen, dass hier Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und Phosphor (P) eliminiert werden. Kohlenstoff dient jedem Bakterium als Energiequelle, d. h. je mehr Bakterien im Abwasser sind, desto mehr Kohlenstoff wird abgebaut.

Der Stickstoffabbau erfolgt in 2 Stufen:
Durch ein genaues EDV unterstütztes Belüften der Belebungsbecken durch die Gebläsestation, bestehend aus drei großen Turbogebläsen, wird eine energiearme Stickstoff-Verbindung (Ammonium) in eine energiereiche Stickstoffverbindung (Nitrat) überführt.

Dieses Nitrat besteht aus Stickstoff und Sauerstoff. Es gibt nun einen Bereich in der Belebung, in dem kein elementar gelöster Sauerstoff, d. h. Luft zugeführt wird, jedes Bakterium benötigt jedoch Sauerstoff – was passiert? Die Bakterien stellen die Atmung um, sie entziehen dem Nitrat den Sauerstoff und dadurch entsteht gasförmiger Stickstoff, der aus dem System in die Luft entweichen kann, da es leichter ist als Wasser. 

6 Chemische Reinigungsstufe
In der Fällmitteldosierstation werden mit Hilfe von Aluminium und Eisensalzen noch zusätzlich Phosphate aus dem Abwasser in der Belebung entfernt.

Aus zwei löslichen Stoffen (Phosphat- und Eisen-Lösungen) entsteht durch eine Reaktion eine feste Verbindung, die schwerer ist als Wasser und somit entfernt werden kann, da sie zu Boden sinkt.

Nach ca. 1 Tag ist das Abwasser biologisch gereinigt, nunmehr muss das gereinigte Abwasser von den Bakterien getrennt werden, dies erfolgt in der Nachklärung. 

7 Nachklärung
In der Nachklärung finden quasi die gleichen Vorgänge statt wie im Sandfang.

Die Fließgeschwindigkeit wird in den insgesamt 9 Nachklärbecken soweit vermindert, dass sich die Bakterienmasse vom gereinigten Abwasser trennen kann. Das gereinigte Abwasser gelangt in die Filtration während die Bakterien in die Belebungsbecken zurückgeführt werden, damit sie dort weiter ihre Arbeit verrichten können. Mit einer Ausnahme: Die Vermehrungsrate der Bakterien wird abgezogen, diese Menge bezeichnet man als Überschussschlamm.

8 Filtration
Die Filtration zielt auf die Entfernung feinster noch fester Inhaltsstoffe aus dem gereinigten Abwassers nach der biologischen Abwasserreinigung. Die Filter bestehen aus Betonwannen mit einem Filterboden, in denen sich über einer 20–30 cm starken Stützschicht aus Filterkies der Filter aus Anthrazitkohle und Sand befindet. Der Filter wird von oben durchströmt und die feinen Inhaltsstoffe werden vom Filter zurückgehalten. Die Filter müssen alle 24 Stunden durch Spülung von den zurückgehaltenen Schmutzstoffen befreit werden. Im Anschluss an die Filtration gelangt das gereinigte Wasser in den Rhein.

Das war, ganz in Kürze erklärt, der Weg des Abwassers durch das Klärwerk Düsseldorf-Süd.

Der hierbei anfallende Schlamm wird jedoch auch auf dem Klärwerk behandelt, dies soll nun weiter betrachtet werden.

Die Schlammbehandlung
Im ersten Schritt gelangen die Schlämme, die auf dem Klärwerk Düsseldorf-Süd anfallen (der Vorklärschlamm aus der Vorklärung und der mittels Zentrifugen eingedickte Überschussschlamm aus der Nachklärung) in die Faulbehälter.

9 Faulbehälter
Im Faulbehälter wird der Schlamm unter Luftausschluss innerhalb von 20-25 Tagen von Bakterien teilweise zersetzt, hierbei entsteht Biogas, ca. 12.000 m3/d (dies entspricht dem Jahresbedarf von ca. 6 Einfamilienhäusern). Dieses Gas wird benötigt um 100 % des Wärmebedarfes zu decken und bis zu 80% des Energiebedarfes für die Trocknung.

Da der Schlamm jedoch nur teilweise in Faulgas umgewandelt werden kann, muss der noch vorhandene Teil entsorgt werden. Würde man diesen Schlamm, so wie er in der jetzigen Form vorliegt, mit Waggons entsorgen müssen, hätte ein hiefür benötigter Güterzug eine Gesamtlänge von ca. 197 km. Dieser Schlamm besteht jedoch nur aus 3% Feststoff, der hauptsächliche Teil ist Wasser (ca. 97%). Von daher wird auf dem Klärwerk Düsseldorf Süd der Schlamm in 2 Stufen entwässert! Erst in den Kammerfilterpressen und im Anschluss daran in der Trocknung. 

10 Kammerfilterpressen
Eine Kammerfilterpresse besteht aus mehreren Kammern, die mit Filtertüchern umspannt sind. Befüllt man nun eine solche Kammer, kann das Wasser durch den Filter hindurch und zurück bleibt ein sogenannter "Filterkuchen", ein Schlamm mit einem Feststoffgehalt von ca. 25 %. Dieser Filterkuchen wird nun über ein Transportsystem der letzten Schlammbehandlungsanlage des Klärwerkes, der Trocknung, zugeführt. 

11 Trocknung
Nachdem der Schlamm nun entwässert wurde, gelangt er anschließend hier in eine Trocknungsanlage (Scheibentrockner). Hier wird der gepresste Schlamm mittels überhitzen Dampfes auf über 160 °C aufgeheizt und bis 95–97 % Trockensubstanz getrocknet.

Nach diesem Prozess bleibt ein staubförmiges Produkt zurück, das sogenannte Trockengut welches noch den 60 % Heizwert von Braunkohle besitzt. Dieses wird als Ersatzbrennstoff an eine Firma zur Verwertung abgegeben. Die Mengen, die nach diesen Vorgängen auf dem Klärwerk Süd zurückbleiben, sind überschaubar, ca. 25 Tonnen pro Tag, dies entspricht einem LKW. In Güterzügen ausgerechnet entspricht dies einem Güterzug mit einer Länge von 3,6 km pro Jahr. 

Besonderheiten

A Zentralwarte
All diese Prozesse müssen natürlich überwacht werden. Diese Überwachung erfolgt computergestützt in der Zentralwarte des Klärwerkes. Hier laufen über zwei Lichtwellenleitersysteme ca. 40.000 Daten alle 200 Millisekunden zusammen und werden visualisiert. Unsere Mitarbeiter des Klärwerkes überwachen dies und greifen ggf. selber in diese Prozesse ein damit jederzeit die Reinigung des Düsseldorfer Abwassers gewährleistet ist. Eine große Aufgabe, die wir mit großem Engagement und entsprechender Verantwortung wahrnehmen.  

B Gebläsestation
Der für den Abbau der im Abwasser befindlichen Inhaltsstoffe, benötigte Luftbedarf ist immens. Pro Stunde werden zwischen 50.000–75.000 m3 Luft benötigt. Diese wird, ähnlich wie bei einem Aquarium, über eine Pumpe (bei uns Turboverdichter) aus der Atmosphäre angezogen und über sogenannte Belüfterfelder feinblasig in das Belebungsbecken abgegeben. Hierfür wird sehr viel Strom benötigt, ca. 1 Mio. kWh/Monat (entsprechend Jahresbedarf von ca. 500 Einfamilienhäusern). 

C Hochwasserpumpwerk
Das Hochwasserpumpwerk sichert den Betrieb des Klärwerkes bei Hochwasser. Da das Klärwerk beim einem Rheinpegel > 4,80 m unter Rhein-Niveau liegt, würde der Rhein in die Anlage zurück drücken. Bei Bedarf wird von daher das Wasser in den Rhein hineingepumpt. 

D Blockheizkraftwerk
Das Blockheizkraftwerk des Klärwerkes Düsseldorf Süd produziert pro Jahr ca. 5 Mio. kWh Strom und nahezu ebensoviel Wärme. Beide Energiearten werden zu 100 % auf dem KW Süd verwendet. Die hierdurch produzierte Strommenge entspricht einem Strombedarf von ca. 1.000 4-Personen-Haushalten. 

E Online-Messstationen
Um die Abwasserzusammensetzung kontinuierlich erfassen und beurteilen zu können, befinden sich in verschiedenen Verfahrensstufen sogenannte Online-Messstationen. Hier werden die Parameter Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphat ständig gemessen und an das Prozessleitsystem in der Zentralwarte übermittelt. Die gewonnen Daten dienen auch zur Regelung des Lufteintrages in die Belebungsstufe.