Auf dem Weg zu einem umfassenden P-Entfernungsprogramm mit tertiärer Wanderbettfiltration
Abstrakt
Der beliebte Freizeitpark Efteling in Kaatsheuvel (Niederlande) hat ein Programm zur Vermeidung von Dürre gestartet, um die Gesamtmenge des entnommenen Grundwassers zur Speisung der zahlreichen Wasserteiche im Park zu reduzieren. Die Teiche, Wasserkörper und Springbrunnen sind sowohl für den Freizeitpark als auch für den angrenzenden Golfplatz lebenswichtig. Außerdem wird das Wasser für die Grünpflege verwendet. Für die Grünpflege wurde Grundwasser verwendet, das jedoch zu einem Absinken des Grundwasserspiegels geführt hat. Daher wird seit 1997 Abwasser aus der Kläranlage Kaatsheuvel zur Auffüllung der Teiche verwendet. Besonderes Augenmerk wurde auf die weitgehende Entfernung von Phosphor auf Werte unter 0,10 mg/l Gesamt-P gelegt, um eine Eutrophierung der Teiche zu verhindern.
Treiber für die P-Entfernung
Algenblüten in offenen Oberflächengewässern verursachen ernsthafte Probleme: übermäßiges Wachstum beeinträchtigt den Sauerstoffgehalt, führt zu Lichteinfall und kann zur Freisetzung toxischer Bestandteile führen. Daher sollten empfindliche Oberflächengewässer vor hohen P-Konzentrationen geschützt werden. Für einige aufnehmende Oberflächengewässer werden Zielwerte von nur 0,10 bis 0,15 mg/l P festgelegt, um das Wachstum von Algen zu verhindern. Infolgedessen müssen die Abwässer von Kläranlagen, die in diese Gewässer eingeleitet werden, häufig weiter behandelt werden, um niedrige P-Werte zu erreichen.
P-Entfernung zur Wiederverwendung von Abwasser
Der beliebte Freizeitpark Efteling in Kaatsheuvel (Niederlande) hat ein Programm zur Vermeidung von Dürre gestartet, um die Gesamtmenge des entnommenen Grundwassers zur Speisung der zahlreichen Wasserteiche im Park zu reduzieren. Die Teiche, Wasserkörper und Springbrunnen sind sowohl für den Freizeitpark als auch für den angrenzenden Golfplatz lebenswichtig. Außerdem wird das Wasser für die Grünpflege verwendet. Für die Grünpflege wurde Grundwasser verwendet, das jedoch zu einem Absinken des Grundwasserspiegels geführt hat. Daher wird seit 1997 das Abwasser der Kläranlage Kaatsheuvel zur Auffüllung der Teiche verwendet.
Zur Verbesserung der bakteriologischen Abwasserqualität und des Nährstoffgehalts wurde das Abwasser vor der Wiederverwendung durch Schilfbeetfilter geleitet. Es wurden vier vertikal durchströmte Schilfbeetfilter mit einer Gesamtfläche von 8.000 m2 und einer Gesamtkapazität von 80 m3/h gebaut. Die Infiltrationsrate beträgt somit 10 l/(m2.h). Die Schilfbeete werden intermittierend beschickt und das gereinigte Abwasser wird in einen der Wasserteiche des Efteling-Golfplatzes eingeleitet.
Die Abwassereigenschaften der Kläranlage sind in Tabelle 1 dargestellt. Obwohl die Abwasserqualität der Anlage bereits ausgezeichnet ist und die Schilfbeetfilter den P-Gehalt weiter auf 0,5 mg/l senken konnten, wurde die Eutrophierung der Teiche dadurch nicht verhindert. Im Jahr 1999 wurde eine starke Blaualgenblüte gemeldet, die offenbar auf den hohen Phosphorgehalt von bis zu 0,5 mg/l P im Abwasser der Schilfbeete zurückzuführen war.
Eine weitere Optimierung der Schilfbeete erwies sich als schwierig. Daher wurde beschlossen, eine Drittbehandlung zur Phosphorentfernung in der Kläranlage durchzuführen, bevor das behandelte Wasser in die Schilfbeete geleitet wird. Das Herzstück der tertiären Behandlung ist die Wanderbettfiltration (Abbildung 1).
Das Abwasser aus dem Nachklärbecken wird dem Filter zugeführt. Zur Entfernung von P wird FeClSO4 in den Filterzulauf dosiert. Mit einer Dosierung von etwa 4 mg/l Fe3+ wird der Phosphorgehalt auf < 0,1 mg/l P reduziert. Da der P-Gehalt des Zulaufs nur geringfügig schwankt, wurde der Einfachheit halber auf eine proportionale Dosierung von P verzichtet, so dass die Dosierung von Fe3+ nur durchflussproportional erfolgt. Das Verfahrensschema ist in Abbildung 2 dargestellt.
Die installierte Filterfläche beträgt 8 m2 mit einer Sandbetthöhe von 1,8 m, ausgelegt für eine Kapazität von 80 m3/h. Das Filtrat wird in einen Pumpenschacht abgeleitet, von dem aus es zu den Schilfrohrfiltern geleitet wird. Kontinuierlich anfallendes Waschwasser (4,5 m3/h) wird in den Kopf der Kläranlage zurückgeführt.
Sandkreislauf
Im Jahr 2017 wurde das Sand-Cycle-Überwachungstool eingeführt, um die Sandbewegung im Filter kontinuierlich zu überwachen und Anomalien und/oder Sandverluste zu erkennen.
Das RFID-Etikettierungssystem bildet den Kern des Sand-Cycle-Systems und umfasst die Etiketten (Transponder), ein Lesegerät (Reader) und eine Host-System-Anwendung für die Datenerfassung, -protokollierung, -verarbeitung und -übertragung. Die Tags werden in der Regel an dem zu identifizierenden Objekt angebracht, in diesem Fall jedoch in Form von Sandkörnern, die im Filterbett miteinander vermischt sind. Sie helfen bei der Erfassung der kombinierten Tag-Sandkorn-Zirkulation zur Überwachung des Filterbetriebs. Jedes Etikett (Transponder) ist zum Zeitpunkt der Herstellung mit einem eindeutigen Code versehen, der nicht dupliziert oder manipuliert werden kann. Dieser Code ermöglicht eine eindeutige und positive Identifizierung, wenn der Transponder das Lesegerät durchläuft. Jeder Transponder wird beim Durchlaufen des Lesegeräts erkannt, das in die Airlift-Struktur eines MBF integriert ist. Das Lesegerät erregt den Transponder induktiv durch ein polarisiertes niederfrequentes elektromagnetisches Feld, das über eine Antenne ausgestrahlt wird. Anschließend empfängt und verarbeitet es das vom Transponder zurückgeworfene Codesignal. Die Transpondersignale können unabhängig von ihrer Ausrichtung zum Lesegerät gelesen werden, auch unter Wasser (oder in anderen Flüssigkeiten), und sind bei allen Wetterbedingungen einsetzbar.
Die Codes, Daten und Zeitstempel der passierenden Transponder werden dann an einen Decoder übertragen, der die Daten von mehreren Lesegeräten sammelt. Der Decoder ist an einen Datenlogger angeschlossen, der die vom Decoder empfangenen Daten in lesbaren Formaten speichert. Der Datenlogger ist mit einem GPRS-Modem ausgestattet, um die Daten an das Backend eines Online-Datenservers zu übermitteln. Der Datenserver wandelt die rohen Felddaten mithilfe spezieller Algorithmen und Big-Data-Analysen in relevante Ausgabedaten um. Die Ergebnisse stehen den Betreibern rund um die Uhr über das Front Office des Servers zur Verfügung und werden in Form von digitalen Dashboards dargestellt. Ein Screenshot des Dashboards für den Kaatsheuvel-Sandfilter ist in Abbildung 3 dargestellt.
Prozess-Ergebnisse
Die Sandfilteranlage wurde im Jahr 2002 in Betrieb genommen. Die bisherigen Ergebnisse zeigen hervorragende Entfernungsraten für ortho-P und Gesamt-P von durchschnittlich 90%. Die Effizienz der CSB- und TSS-Entfernung liegt im Bereich von 15 - 20% bzw. 40 - 50%. Ein umfassender Überblick über die Daten zur Qualität des Zulauf- und Filtratwassers ist in Tabelle 2 für den Zeitraum 2014-2018 zusammengefasst.
Abbildung 3 zeigt ein Diagramm zur P-Entfernung, sowohl für Gesamt-P als auch für lösliches-P. Abbildung 4 zeigt die Nettoentfernung von TSS im Filter, basierend auf der TSS-Konzentration im Filterzulauf vor der Dosierung. Aufgrund der Dosierung von Eisen(III) ist die Feststoffkonzentration im Zulauf um etwa 8 mg/l höher.
Nach der Schilfbeetfiltration erfüllt das Wasser die von der EU festgelegten bakteriologischen Grenzwerte für Badegewässer. Die Sichtweite in den Teichen hat sich auf Werte von über 60 cm erhöht. Seit 2002 wurden keine Algenblüten mehr beobachtet.
Danksagung
Die in diesem Dokument enthaltenen Daten zur Wasserqualität wurden von der Waterschap Brabantse Delta zur Verfügung gestellt. Wir danken ihnen für ihre Mitarbeit beim Austausch der relevanten Informationen.
