Der Sammelkanal als Reaktor

Die enormen Volumina von Kanälen und Regenbecken der Kanalisation stellen ein grosses Reaktorpotential dar, mit dem Kläranlagen unterstützt werden können. In diesem Projekt werden die biologischen Umwandlungsprozesse in der Kanalisation untersucht. Es konnte bereits gezeigt werden, dass der Biofilm an der Kanalisationswand eine wichtige Rolle spielt, nicht nur wegen der Prozesse die darin stattfinden, sondern auch weil er Bakterien ans Abwasser abgibt. Das Ziel ist ein fundamentelleres Verständnis von den Prozessen in der Kanalisation zu bekommen.

Abwasser ist an der Quelle beim Verursacher durchwegs etwa gleich. Im Zulauf zur Kläranlage kann sie sich jedoch signifikant unterscheiden. Demnach müssen sich während des Transportes in der Kanalisation Umwandlungsprozesse abspielen (siehe Abbildung). Die Verfahrenstechnik der Abwasserreinigung ist heute wegen der geforderten Stickstoff- und Phosphatelimination so weit entwickelt, dass die Abwasserzusammensetzung einen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz und den Resourcenverbrauch der Kläranlage haben könnte. Dadurch hat das Interesse für die Prozesse in der Kanalisation und die Möglichkeiten diese zu beeinflussen um eine erwünschte Abwasserzusammensetzung zu erreichen («wastewater design»), in letzter Zeit stark zugenommen.

Die wichtigsten Prozesse, die in einer aeroben Kanalisation ablaufen. Bakterien werden als Teil der suspendierten Schmutzstoffe betrachtet, wiedergegeben durch den Summenparameter «suspendierter CSB».

Bakterien sind sowohl im Abwasser, als auch an der Wand des Kanals im sogenannten Biofilm (Sielhaut) vorhanden. Im Biofilm werden die Bakterien nicht ständig weggeschwemmt. Es stehen aber weniger Nährstoffe zur Verfügung, weil diese erst aus dem Abwasser in den Biofilm diffundieren müssen, was zu einer geringeren Aktivität führt. Durch die Schleppkraft erodierte Teile des Biofilmes werden Teil des Abwassers. Die darin enthaltenen Bakterien verändern die Zusammensetzung der Schmutzstoffe.

In diesem Projekt möchten wir die Prozesse in der Kanalisation möglichst unter realen Bedingungen untersuchen. In einem Kanal mit 30 cm Durchmesser und 1.7 km Länge findet z.B. eine deutliche Abnahme von Nitrat statt (1.8 mg/l pro Stunde Verweilzeit oder 50% pro Stunde). Zudem nimmt die Konzentration des gelösten organischen Kohlenstoffs um 20 mg/l/h (40% pro Stunde) ab. Diese Ergebnissen sind jedoch nicht direkt auf andere Kanäle übertragbar.

Leider ist mit Messungen direkt in der Kanalisation keine Unterscheidung zwischen Abbau durch suspendierte Biomasse und Biofilm möglich. Weil in erster Linie die Vorgänge im Biofilm interessieren, haben wir ein System entwickelt, mit dem Kanalisationsbiofilm unter frei wählbaren, konstanten Bedingungen (Wassergeschwindigkeit, Temperatur, Sauerstoffkonzentration etc.) untersucht werden kann.

Vorläufige Ergebnisse deuten an, dass die Abbauprozesse in der Kanalisation bedeutend sind. Obwohl sie eine Kläranlage nicht ersetzen können, sind sie sicher nicht vernachlässigbar und entlasten vor allem beim Nitrat die Kläranlage signifikant. Unsere Absicht ist, gezielt in diese Prozesse einzugreifen.