Der Betrieb von Kläranlagen zur weitergehenden Abwasserreinigung ist mit erheblichen Kosten und Ressourcenverbrauch verbunden. Insbesondere der Energiebedarf (Stromverbrauch) von Kläranlagen stellt eine signifikante Komponente des Energiebedarfs von Kommunen dar. Dementsprechend werden seit einigen Jahren viele Anstrengungen unternommen, um den Energiebedarf von Kläranlagen zu minimieren. Zu diesen Maßnahmen gehören unter anderem:
- flexible Verfahrensgestaltung und Betriebsführung zur Maximierung der Stickstoffelimination (Denitrifikation),
- angepasste Regelungskonzepte mit dem Ziel der Minimierung von Belüftungsenergie (O2-Sollwertabsenkungen, optimierte O2-Profile, ammoniumgeführte Belüftung, Nitrat-geführte intermittierende Belüftung).
Diese Maßnahmen haben in der Praxis bewiesen, dass bei guter Planung und Inbetriebnahme ein signifikantes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz von Kläranlagen gegeben ist. Mit der aktuell zu beobachtenden Einführung dieser Methoden werden jedoch auch Risiken und Nachteile sichtbar. Neben der potenziellen Maximierung von NH4-Emissionen, der Verschlechterung der Schlammstabilisierung und der potenziellen Verschlechterung des Absetzverhaltens und der Entwässerbarkeit des Schlamms besteht auch die Gefahr von erhöhten Emissionen von beispielsweise Nitrit und Lachgas (N2O). Im Vorhaben wurden zwei wesentliche Ziele erreicht:
- Entwicklung eines Planungswerkzeuges zur Auslegung und Optimierung von Kläranlagen, welches neben der Einhaltung typischer Anforderungen (Stickstoff-, Phosphor- und Kohlenstoffelimination), der Abschätzung des Energieverbrauchs und der Energieerzeugung auch explizit eine Quantifizierung und Bewertung der Nitrit-, Lachgas- und Methanemissionen berücksichtigt (die Errechnung der CO2-Emission ist auch enthalten),
- Entwicklung von intelligenten Regelungskonzepten, die neben der klassischen Einhaltung der Ablaufanforderungen und der Erreichung einer Energieverbrauchsminimierung auch das Risiko von Nitrit-, Lachgas- und Methanemissionen reduzieren.
