Das Klärwerk

Das unterhalb von Büsnau am Rande des Naturschutzgebietes "Rot- und Schwarzwildpark" im Westen der Landeshauptstadt Stuttgart gelegene Lehr- und Forschungsklärwerk der Universität Stuttgart - kurz LFKW - wurde Ende 1966 nach vierjähriger Bauzeit fertiggestellt. Die Namensgebung läßt darauf schließen, dass das LFKW hinsichtlich seiner Aufgaben und seiner technischen Gestaltung gewisse Besonderheiten aufweist. Zunächst handelt es sich hier jedoch um ein ganz gewöhnliches Klärwerk, in dem Abwässer aus den Stuttgarter Vororten Lauchhau, dem nördlichen Bereich Vaihingens sowie aus großen Teilen des Universitätsbereichs Vaihingen-Paffenwald gereinigt werden.
Die Kapazität der Einrichtungen zur Abwasserreinigung liegt bei 30 l/s. Sie reicht aus, um den gesamten Trockenwetterzufluss aus dem Einzugsgebiet aufzunehmen. Bei erhöhtem Mischwasseranfall infolge von Niederschlägen wird ein Teil des ankommenden Abwassers unmittelbar vor dem LFKW in den 2,7 km langen Pfaffenwaldstollen entlastet und über diesen zum Stuttgarter Talkessel hin abgeleitet. Die jährlich behandelte Abwassermenge liegt in der Größenordnung von 900.000 m³. Die zugeführte Schmutzfracht entspricht der von knapp 10.000 Einwohnern.  Das gereinigte Abwasser wird in den Bandtälesbach mit einem Trockenwetterabfluss von lediglich 3 - 5 l/s eingeleitet und gelangt über die Flüsse Glems, Enz und Neckar in den Rhein.



Die Initiative

Das LFKW verdankt seine Entstehung letzlich Professor Franz Pöpel, dem damaligen Leiter des Institutes für Siedlungswasserbau und Wassergütewirtschaft der Technischen Hochschule Stuttgart. Seine drängende Forderung nach einem Institutsneubau mit den zugehörigen Forschungseinrichtungen indem seinerzeit im Aufbau begriffen Hochschulbereich Pfaffenewald fiel zeitlich zusammen mit den Verhandlungen zwischen dem Land Baden-Württemberg und der Stadt Stuttgart über den Bau eines neuen städtischen Klärwerkes in Büsnau.  Pöpels Vorschlag, dieses gleichzeitig auch in den Dienst der Forschung und Lehre auf dem damals noch wenig entwickelten Gebiet des Gewässerschutzes zu stellen, setzte sich schließlich durch. Bauherrin und Eigentümerin wurde das Land, der Betrieb des Klärwerks wurde der Technischen Hochschule überantwortet. Die Beteiligung der Stadt Stuttgart an den Unterhaltungs- und Betriebskosten wurde vertraglich geregelt. Etwa zehn Jahre lang stand das Betriebsgebäude des LFKW im Mittelpunkt des Institutsgeschehens.

Die starke Ausweitung der Aktivitäten neben der Abwassertechnik und die Intensivierung der Grundlagenforschung ging einher mit einer erheblichen personellen Aufstockung und baulichen Vergrößerungen des auch in seiner Namensgebung erweiterten Instituts für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft. Das äußere Erscheinungsbild des LFKW als integralem Bestandteil des Institutes hat sich dagegen seit seiner Entstehung nicht wesentlich verändert

 

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Ein zeitloses Konzept

Die Konzipierung der Gesamtanlage sowie die Planung der einzelnen Einrichtungen erfolgten unter Maßgabe folgender Grundgedanken bzw. Forderungen:

  • die ordnungsgemäße Reinigung der zufließenden Abwässer als betriebliche Aufgabe hat absoluten Vorrang und muss jederzeit sichergestellt sein
  • der Forscher soll über eine mechanisch-biologische Kläranlage mit variabler Konzeption verfügen können, die es ihm erlaubt, den Einfluss verschiedener Betriebsweisen und Belastungen auf die Ablaufqualität im technischen Maßstab zu untersuchen 
  • durch Einrichtung zusätzlicher Versuchsflächen, messtechnischer Werkstätten und Laboratorien sollen die Vorraussetzungen für einschlägige Grundlagenforschungen sowie die Entwicklung und Erprobung neuer Verfahren zur Abwasser- und Schlammbehandlung zunächst im Labor- bzw. halbtechnischen Maßstab geschaffen werden
  • die Studierenden und jungen Ingenieure des Bauwesens sollen an einer Demonstrationsanlage praxisnah mit den bautechnischen und betrieblichen Besonderheiten und Schwierigkeiten auf einer Kläranlage vertraut gemacht werden können

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Was unterscheidet das LFKW von anderen Klär- und Versuchsanlagen ?

An erster Stelle ist es dessen "Mehrgleisigkeit" . Das relativ dicke häusliche Abwasser aus Büsnau und der eher einem dünnen industriellen Abwasser vergleichbare Zufluss aus dem Universitätsbereich und dem restlichem Einzugsgebiet werden dem LFKW in getrennten Kanälen zugeführt. 
Den Belangen von Forschung und Lehre wurde durch ein Konzept Rechnung getragen, nach dem die beiden in Beschaffenheit und Konzentration so verschiedenen Abwässer getrennt oder in beliebiger Mischung in jeder einzelnen Verfahrensstufe behandelt werden können. Dementsprechend wurden alle für die Abwasserreinigung in Frage kommenden Verfahrensschritte zumindest doppelt ausgeführt.  Durch entsprechende Verknüpfung der Fließwege wurde die Voraussetzung geschaffen, dass - je nach Bedarf - der praktische Betrieb und der Forschungsbetrieb wechselweise und doch unabhängig voneinander die vorhandenen Bauwerke, die maschinellen wie auch die mess-, steuer- und regeltechnischen Einrichtungen benutzen können.
Im Gegensatz zu anderen Kläranlagen werden die Abwässer im LFKW daher nicht nach einem starren Fließschema gereinigt. Die Abwasser- und schlammführenden Rohrleitungen sind zum überwiegenden Teil in unterirdisch angelegten, begehbaren Rohr- und Kabelkanälen installiert. Unter der Maßgabe, dass das Abwasser für Forschungszwecke grundsätzlich von jedem Punkt des Fließschemas zu jedem beliebigen Punkt geführt werden können muss, wurden insgesamt über 10 km Rohrleitungen verlegt.

Schließlich kann mit Hilfe zweier beweglicher Wehre ober- und unterhalb des LFKW eine Bachstrecke mit definiertem Querschnitt über eine Länge von 350 m abgegrenzt und für Versuchszwecke genutzt werden.

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Das LFKW als Multiplikator

Die Ergebnisse von drei Jahrzehnten Forschung im LFKWhaben die Entwicklung und den heutigen Stand der Abwasserreinigung und der Schlammbehandlung in der Bundesrepublik Deutschland maßgeblich mitbestimmt. Es sei an dieser Stelle nur auf die richtungsweisenden Forschungsarbeiten bezüglich Regenwasserbehandlung, Scheibentauchkörper- und Belebungsverfahren, Nitrifikation/Denitrifikation, Filtration und Schlammfaulung verwiesen.
Durch die flexible technische Grundausstattung sowie die ständige Verfügbarkeit von Abwässern und Schlämmen unterschiedlichster Zusammensetzung für Versuche in kleinerem Maßstab ist die jederzeitige Anpassung an neue Aufgaben in der Forschung gewährleistet. Gegenwärtig stehen Verfahrensoptimierungen sowie die Lösung spezieller Probleme bei der Reinigung industrieller Abwässer im Vordergrund. 

Neben der eigentlichen Forschung werden im LFKW im Auftrag einschlägiger Firmen neuentwickelte Verfahren, Meßgeräte und Maschinen oder auch Hilfsstoffe unter Praxisbedingungen und fachkundiger Überwachung auf die betriebliche Tauglichkeit hin überprüft.

Als zumindest in Europa einmalige Einrichtung ihrer Art, in der die in Betrieb befindlichen Pilotanlagen ständig den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik repräsentieren, ist das LFKW bei in- und ausländischen Fachkolleginnen und -kollegen wie auch bei Gastwissenschaftlern seit eh und je eine gefragte Adresse.
Im Sinne der ursprünglichen Zielsetzung einer praxisorientierten Lehre ist das LFKW als Demonstrationsanlage und "Übungsobjekt" auch zu einer unentbehrlichen Einrichtung für die Studierenden des Siedlungswasserbaus geworden. Diese können sich im Rahmen der angebotenen Lehrveranstaltungen, einschlägiger Diplomarbeiten oder auch als Hilfskräfte im Forschungsbereich mit dem Kläranlagenbetrieb und Kläranlagendetails vertraut machen. 
Scheibentauchkoerpersmall
Zum Schluss darf nicht unerwähnt bleiben, dass sich das Institut mit seinem LFKW nicht nur der Forschung und der akademischen Lehre verpflichtet sieht, sondern dass ihm auch die Ausbildung des Betriebspersonals in Abwasseranlagen am Herzen liegt. Seit 1967 werden hier Grund- und Aufbaukurse für Klärwärter und Kanalwärter in Zusammenarbeit mit der ATV-Landesgruppe Baden-Württemberg durchgeführt. Durch die mittlerweile über 130 Lehrveranstaltungen mit mehr als 3.500 Teilnehmern ist das LFKW auch in dieser wichtigen Funktion über die Landesgrenzen hinaus bekannt geworden.

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Einrichtungen zur Abwasser- und Schlammbehandlung

Heute erfolgt die Abwasserreinigung im LFKW nach dem Stand der Technik mit dem Ziel der weitestgehenden Elimination sauerstoffzehrender organischer Stoffe (gemessen als BSB bzw. CSB), von Stickstoff- und Phosphorverbindungen (Ammonium-N, anorgN, gesP) sowie von partikulären Reststoffen (Abfiltrierbare Stoffe). Der seinerzeit großzügigen Planung ist es zu verdanken, dass das LFKW überwiegend durch Umstellungen mit veränderter Leitungsführung und damit ohne umfängliche Erweiterungen an die zwischenzeitlich deutlich erhöhten Anforderungen angepaßt werden konnte. Aufgrund des hohen Alters der meisten Anlagenteile steigt allerdings der Sanierungsbedarf stetig an. 
Im Zuge der Abwasserbehandlung kann auf folgende Bauwerke bzw. Verfahrensstufen zurückgegriffen werden:

- zwei unterirdische Becken (je 570 m³ Inhalt) im Einlaufbereichzur Nutzung als Regenüberlaufbecken oder als Havariebecken bzw. Abwasserspeicher

- zwei maschinell gereinigte Grobrechen (ausgeführt als Gegenstromrechen mit 30 mm Stababstand) zur Entfernung der Grobstoffe aus dem ankommenden Abwasser

- zwei Feinsiebe mit integrierter Siebgutentwässerung (Siebboden aus Lochblech mit 5 mm-Lochung) zur Verhinderung von Verstopfung und Schwimmdeckenbildung in den nachfolgenden Verfahrensschritten

- einen belüfteten Sandfang sowie einen Geiger-Rundsandfang zur Abscheidung der mineralischen Feststoffe aus dem Abwasser

- drei zum Zwecke der Vorbelüftung des Rohabwassers geplante Becken (je 16 m³ Inhalt) mit feinblasiger Druckbelüftung, die heute als Speicher, z.B. für Schlammwässer, Verwendung finden

- ein Grobentschlammungsbecken (Inhalt 51 m³) zur Vorklärung mit verkürzter Absetzzeit sowie zur Schwimmstoffabscheidung und zwei rechteckige Becken (Inhalt je 95 m³) zur Nutzung als Absetzbecken oder Speicher


- eine in einer eigenen Halle untergebrachte Scheibentauchkörperkaskade mit zusammen 6.000 m² Scheibenfläche zur aeroben biologischen Abwasserreinigung ohne oder mit Nitrifikation

- einen Umlaufgraben (Inhalt 116 m³) mit zwei rechteckigen Nachklärbecken (Inhalt 30 bzw. 15 m³) zur biologischen Abwasserreinigung ohne bzw. mit gezielter Stickstoffelimination durch intermittierende Denitrifikation. Belüftung bzw. Umwälzung durch Mammutrotor und Rührwerk

- ein Trichterbecken (Inhalt 290 m³) mit Rührwerk zur vorgeschalteten Denitrifikation. In diesem anoxischen Becken wird das mechanisch gereinigte Abwasser mit nitrathaltigen Rücklaufschlammströmen und dem internen Kreislaufstrom vermischt

- eine Lager- und Dosierstation für externe Kohlenstoffträger zur Steigerung der Wirkung der vorgeschalteten Denitrifikation (Lagertank mit 13 m³ Inhalt)

- vier Belüftungsbecken in Serie (Inhalt je 110 m³) zur Nitrifikation mittels feinblasiger Flächenbelüftung am Beckenboden. Das erste Becken ist mit einem Rührwerk für intermittierende Denitrifikation ausgestattet

- eine eingehauste Lager- und Dosierstation für Fällmittel zur gezielten chemischen Phosphorelimination durch Simultanfällung (Lagerkapazität 7,2 m³)


- zwei zweigeteilte rechteckige Nachklärbecken (Inhalt 128 bzw. 140 m³, Oberfläche 55 bzw. 59 m²) und ein vertikal durchströmtes, trichterförmiges Nachklärbecken (Inhalt 290 m³, Oberfläche 109 m²) zur Abtrennung des Belebtschlammes

mikrosiebtrommel - zwei in einer Halle untergebrachte Mikrosiebtrommeln (Durchmesser und Länge je 2 m, bespannt mit Mikrogeweben mit Öffnungsweiten von 15 bzw. 20 µm) mit vorgeschalteten Flockungsbecken zur weitergehenden Suspensaabtrennung und Phosphorelimination aus dem Nachklärbeckenablauf

- zwei Fischteiche (80 bzw. 110 m³ Inhalt) zur Nachbehandlung des gereinigten Abwassers mit oder ohne Zuführung von Bachwasser

Der anfallende Klärschlamm wird maschinell vorentwässert und anaerob stabilisiert. Insgesamt umfaßt der Schlammbehandlungsteil: 

- zwei Tanks (Inhalt je 12 m³) zur Zwischenspeicherung von Schlämmen

- eine Station zur maschinellen Schlammvorentwässerung mittels Zentrifuge unter Einsatz von Flockungshilfsmitteln

- drei Biofilter-Container (Inhalt und Oberfläche je 12 m³ bzw. 10 m², Filterschichten bestehend aus Rindenhumus und Blähton) zur biologischen Reinigung der Abluft aus dem Bereich der Schlammvorentwässerung

- zwei beheizbare Faulbehälter (Inhalt je 320 m³) zur anaeroben Stabilisierung der anfallenden Schlämme bzw. zur Schlammspeicherung. Die Umwälzung erfolgt mittels Faulgaseinpressung oder Umpumpen

- einen Schlammsumpf zur Abgabe des ausgefaulten Schlammes bzw. zum Einbringen externer Schlämme oder faulfähiger Abfälle in die Faulbehälter

- einen runden Behälter (Inhalt 160 m³) zur Zwischenspeicherung des ausgefaulten Schlammes

- zwei kombinierte Kies- und Kondenstöpfe und eine Trockenentschwefelungs- anlage zur Faulgasreinigung

- einen Gasbehälter (nutzbarer Inhalt 100 m³) mit höhenbeweglicher Glocke zur Zwischenspeicherung des Faulgases vor dessen Nutzung zu Heizzwecken.

 

Die einzelnen Verfahrensschritte auf Seiten der Abwasser- wie auch der Schlammbehandlung werden sorgfältig kontrolliert. Eine umfängliche Meßtechnik - etwa 120 Prozeßparameter, werden kontinuierlich überwacht - sowie regelmäßige Abwasser- und Schlammanalysen im Betriebslabor machen die Teilprozesse transparent und schaffen die Voraussetzung für deren laufende Optimierung mit Hilfe von Steuer- und Regeleinrichtungen. Sämtliche Meßgrößen und Betriebszustände werden mit Hilfe eines modernen Prozeßleitsystems visualisiert, automatisch ausgewertet und dokumentiert.

Labor

Die der Abwasser- und Schlammbehandlung dienenden Anlagenteile werden ergänzt durch:

  • Das Betriebsgebäude, u.a. mit der zentralen Schaltwarte (in der das Prozeßleitsystem zur Überwachung und Steuerung der Klärwerkseinrichtungen installiert ist), mit Büroräumen, Laboratorien sowie einem Vortragsraum
  • Die bereits erwähnte zweigeschossige Versuchshalle mit angeschlossenen Werkstätten 
  •  Das Energiegebäude, u.a. mit der Heizzentrale (Wechselbetrieb mit Faulgas und Erdgas), der Transformatorenstation und einer weiteren Werkstatt.
 

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