Siedlungswasserwirtschaft Abwasserreinigung Vorlesung

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1 Siedlungswasserwirtschaft Vorlesung Dipl.-Ing. Pamela Meyer Quelle: Stadt Münster, Tiefbauamt Folie 1 Gliederung Übung 1. KA Loddenbach 1.1 Stickstoffbilanz 1.2 Phosphorbilanz 1.3 Bemessung des Belebungsverfahren 1.4 Säurekapazität und Sauerstoffbedarf des Belebungsverfahren Folie 56

2 Rechengang für die Belebung Konzentrationen/Frachten 1. Festlegung der maßgebenden Belastung N-Bilanz EWG P-Bilanz 2. Stickstoffbilanz zur Ermittlung der Masse an zu denitrifizierenden Nitrat S, NO3,D SN03,D XTS,ZB/CBSB,ZB ÜSd,P 3. Phosphorbilanz zur Ermittlung des chemisch zu fällenden Phosphors X p,fäll SNO3,D/ CBSB,ZB VD/VBB tts ÜSd,C ÜSd 4. Bestimmung des erforderliche Anteil des Denitrifikationsvolumens am Belebungsbeckenvolumen V D /V BB ISV TSBS te RV MTS 5. Ermittlung des Schlammalters t TS TSRS TSBB VBB Folie 57 Rechengang für die Belebung / Nachklärung 6. Annahme des Schlammindexes ISV 7. Wahl der Eindickzeit t E in der Nachklärung Ermittlung des Trockensubstanzgehaltes im Bodenschlamm TS BS als Funktion von ISV und t E 8. Ermittlung des Trockensubstanzgehaltes im Rücklaufschlamm TSRS aus dem erreichbaren Trockensubstanzgehalt im Bodenschlamm und der Verdünnung des Räumvolumenstromes in Abhängigkeit vom gewählten Räumsystem. 9. Wahl des Rücklaufverhältnisses RV und Abschätzen des zulässigen Trockensubstanzgehaltes des belebten Schlammes TSBB N-Bilanz Konzentrationen/Frachten TSRS TSBB VBB Folie 60 ISV TSBS SN03,D SNO3,D/ CBSB,ZB te EWG VD/VBB tts ÜSd,C ÜSd RV XTS,ZB/CBSB,ZB MTS P-Bilanz ÜSd,P

3 Rechengang für die Belebung Konzentrationen/Frachten 10.Ermittlung der Schlammproduktion ÜS d, ggf. unter Berücksichtigung der Schlammproduktion aus C- Elimination Üs d,c und aus der Phosphorelimination Üs d,p. N-Bilanz SN03,D EWG XTS,ZB/CBSB,ZB P-Bilanz ÜSd,P 11. Berechnung der erforderlichen Masse an Schlammtrockensubstanz M TS,BB für das notwendige Schlammalter. ISV SNO3,D/ CBSB,ZB te VD/VBB tts ÜSd,C ÜSd MTS 12. Berechnung des Volumens des Belebungsbeckens. TSBS RV TSRS TSBB VBB Folie 68 Gliederung 3. Biologische - Belebungsverfahren 3.1 Grundsätze und Mikroorganismen 3.2 Nitrifikation und Denitrifikation 3.3 Belebungsverfahren 3.4 Phosphor Elimination 4. Biologische - Biofilmverfahren 4.1 Tropfkörperverfahren 4.2 Rotationstauchkörper Folie 94

4 Fließschema Tropfkörperverfahren Tropfkörper Pumpe Vorklärung Nachklärung Rezirkulation Schlammrückführung nach Gujer, Folie 95 Tropfkörperverfahren Folie 96

5 Fließschema einer sanlage mit Rotationstauchkörpern Vorklärung Rotierende Tauchkörper mit Bewuchsfläche Nachklärung Zulauf Ablauf Schlammrückführung Schlammabzug aus Gujer, Folie 97 Typen von Rotationstauchkörpern Scheibentauchkörper: - rotierende, horizontal angeordnete Welle mit nicht strukturierten Scheiben (Styropor, gewickelte Folien) als Bewuchsfläche - tauchen maximal bis zur Hälfte in das Abwasser und werden mit - Abstandhaltern von einander getrennt - der Abstand zwischen den Scheiben hängt von der organischen Belastung ab. Walzentauchkörper: - rotierende, horizontal angeordnete Welle mit wasserdurchlässigen Walzenkörper (gitterförmiges, strukturiertes Kunststoff-material), in dem sich Füllkörper als Bewuchsflächen für den Biofilm befinden - Tauchen zwischen bis 80% ein Folie 98

6 Biologie und Anforderungen des Tropfkörpers vorgeklärtes Abwasser (Verstopfungsgefahr) einwandfrei beschaffenes und eingebautes Füllmaterial gleichmäßige Verregnung des Abwassers über der Tropfkörperoberfläche ausreichende Spülkraft des Abwassers zum Abtransport des Schlammes Ausgleich der Zuflussmengen ausreichender Kontakt des Abwassers mit dem biologischen Rasen gesicherte Luftversorgung Dämmung des Tropfkörpers gegen Auskühlung im Winter Folie 99 Schematische Darstellung des Aufbaus eines Biofilms und der Konzentrationsprofile innerhalb des Films Fließrichtung Konzentration NO 3 -N NH 4 -N O 2 CSB flüssige Phase Grenzschicht Grenzfläche Biofilm/Wasser flüssige Phase Grenzschicht Biofilm Oberflächenbereich Basisbereich aerobe Zone anoxische Zone Aufwuchsfläche Aufwuchsfläche Wilderer, Folie 100

7 Stoffumsatz im Tropfkörper Tropfkörper NH 4 + NO 3 - BSB 5 Abbau der organischen Stoffe Oxidation des Stickstoffs (Nitrifikation) Nach Gujer, Folie 101 Bemessung von Tropfkörpern ATV A 135 (1989) ATV A 281 (2001) Folgende Änderungen sind vorgenommen worden: Grundsätzliche Gültigkeit für Tropfkörper und Rotationstauchkörper ohne Einschränkung der Anschlussgröße (bisher 500 EW) Herausnahme der Ermittlung der Belastungsgrundlagen; dazu wird ein gesondertes Arbeitsblatt für alle Arten von sverfahren erarbeitet. Die Aufnahme eines Bemessungsansatzes zur Denitrifikation mit Tropfkörpern. Vergrößerung der Beckenoberfläche und Verringerung der Beckentiefe bei Nachklärbecken aufgrund neuer Versuchsergebnisse Folie 102

8 Volumen Tropfkörper: V TK,c = B d,bsb,zb / B A,BSB [m 3 ] V TK,N = B d,tkn,zb / B A,TKN [m 3 ] Bemessung von Tropfkörpern Bemessungsgrundlage nach ATV-A 281 V TK = V TK,c + V TK,N [m 3 ] Die BSB 5 -Konzentration (C BSB,ZB,AF ) ist durch Rückpumpbetrieb kleiner 150 mg/l einzustellen. Die Tropfkörperoberfläche und die Tropfkörperfüllhöhe ergeben sich zu: A TK = (Q t (1 + RV t )) / q A,TK [m 2 ] h TK = V TK / A TK [m] Folie 103 Bemessungswerte für Tropfkörperbecken ohne Nitrifikation Brocken Kunststoff 100 m 2 /m m 2 /m 3 Raumbelastung B R 0,4 0,4 0,4 0,6 Flächenbelastung B A 4,0 4,0 Oberflächenbeschickung q A(1+RV) 0,4 0,8 0,8 1,0 1,0 1,5 Rücklaufverhältnis als 1+RV Überschussschlammanfall ÜS R /B R Folie 104

9 Bemessungswerte für Tropfkörperbecken mit Nitrifikation Brocken Kunststoff 100 m 2 /m m 2 /m 3 Raumbelastung B R 0,1 0,4 0,1 0,15 Flächenbelastung B A Oberlfächenbeschickung q A(1+RV) 0,4 0,8 0,6 1,0 0,8 1,2 Rücklaufverhältnis als 1+RV Überschussschlammanfall ÜS R /B R Folie 105 Betriebsformen für Abwasseranlagen öffentlich-rechtliche Betriebsformen privatrechtliche Betriebsform Regiebetrieb Eigengesellschaft privatisierte Betriebsformen Eigenbetrieb Betreibermodell Laufzeit: Jahre BOT-Modell (Built, Operate, Transfer) Laufzeit: 3-10 Jahre Kooperationsmodell Betriebsführung Folie 132

10 Investitionskostenanteile bei Kläranlagen Sandfang, Rechen 10% Vorklärung 5% Sonstiges 40% Belebungsbecken 20% Nachklärbecken 10% Schlammfaulung, - trocknung 15% nach Teichgräber, Folie 133 Relative Kostenanteile an den kommunalen Abwassergebühren Personal 15% kalkulatorische Zinsen 40% Unterhaltungs- und Bewirtschaftungskosten 22% kalkulatorische Abschreibung 20% Abwasserabgabe 3% nach Pecher,, Folie 134

11 Maßnahmen zur Kosteneinsparung Vereinfachungen der Baukonstruktionen z. B. durch Fertigteile, Bau weniger großer Becken, Kombinationsbauweisen z.b. Kombination Vorklär-/Belebungsbecken oder Blockbauweise bei kleineren Anlagen, geringe Maschineneinheiten möglichst eines Fabrikates, leichte Austauschmöglichkeit der Aggregate, Beteiligung der Betreiber an der Planung größerer Anlagen Folie 135 Kostensenkung durch Betriebsorganisation Austauschbarkeit des Personals zur Erhaltung des 24-h-Betriebes bei großen Kläranlagen, vorbeugende Instandhaltung der Maschinen (weniger Ausfälle, Kosten niedriger als Reparatur), automatische Analysegeräte im Labor automatische Mess- und Steuergeräte Folie 136

12 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Quelle: Stadt Münster, Tiefbauamt Dipl.-Ing. Pamela Meyer Folie 137