In der Schweiz wird das Anammox-Verfahren in einigen Kläranlagen eingesetzt, um die hohen Stickstoffgehalte im Faulwasser zu entfernen. Im Haupt-Reinigungsprozess wird in der biologischen Reinigungsstufe nach wie vor das herkömmliche Verfahren zur Stickstoff-Entfernung eingesetzt.

Anammox steht für anaerobe Ammoniumoxidation, das heißt die Umwandlung von Ammonium ohne Sauerstoff zu elementarem Stickstoff. Die Bakterien, die das können, wurden erst in den 1990er Jahren entdeckt.

Verfahren läuft nicht stabil

Das Anammox-Verfahren bietet einige Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Verfahren zur Stickstoffentfernung. So muss weniger Sauerstoff eingeblasen werden, was den Energieaufwand deutlich reduziert. Außerdem brauchen die Anammox-Bakterien keinen organischen Kohlenstoff zum Wachsen. Der im Abwasser enthaltene Kohlenstoff kann stattdessen zur Produktion von Biogas genutzt werden – auch das wirkt sich vorteilhaft auf die Energiebilanz der Kläranlage aus.

In den letzten 15 Jahren wurden daher mehrere Schweizer Kläranlagen mit dem Anammox-Verfahren für die Stickstoffentfernung aus Faulwasser ausgerüstet. Allerdings zeigte sich nach einiger Zeit, dass das Verfahren bei etwa einem Drittel der Anlagen noch nicht stabil und zuverlässig funktioniert und daher die gewünschte Leistung nicht erreicht.

Optimierung mit zwei Reaktoren

Woran das liegt, hat ein Team von Ingenieuren unter der Leitung von Adriano Joss, Gruppenleiter in der Abteilung Verfahrenstechnik der Eawag, nun eingehend untersucht. «Wir haben festgestellt, dass die Probleme mit der Größe der Anlage zusammenhängen», erläutert Joss. Obwohl der erste Reaktionsschritt mit Sauerstoff, der zweite ohne Sauerstoff abläuft, wurden die bestehenden Anlagen als ein Reaktor konzipiert, in welchem beide Schritte ablaufen.

Je größer der Reaktor, desto weniger gut lässt sich allerdings die Sauerstoffkonzentration überall homogen auf dem gewünschten Niveau halten. Dieses Problem lässt sich beheben, wenn man die beiden Reaktionsschritte des Anammox-Prozesses auf zwei Reaktoren aufteilt.

Weitere Verbesserungen

In drei Kläranlagen sollen in nächster Zeit Anammox-Reaktoren mit dem optimierten Verfahren integriert werden. Damit lassen sich die Stickstoff-Austräge aus der Kläranlage um rund zehn Prozent reduzieren.

Joss und sein Team forschen außerdem bereits am nächsten Schritt und untersuchen in Labor- und Pilotanlagen, ob sich das Anammox-Verfahren auch anstelle der heutigen biologischen Reinigung des Abwassers mit Sauerstoff einsetzen ließe. Falls der Stickstoffabbau auch dort ausreichend stabil funktioniert, könnten Kläranlagen dank niedrigerem Energieaufwand und gleichzeitig höherer Biogasproduktion energieautark werden. (hp)