5.2 Aufbau einer Kläranlage. Abwasserreinigung in Deutschland. Gesetzgebung. Mindestanforderungen an Kläranlagenablauf. 5 Abwasserreinigung

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1 Technische Universität Dresden Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs und Industriewasserwirtschaft Peter Krebs 5 Abwasserreinigung Siedlungswasserwirtschaft Bauingenieurwesen 5 Abwasserreinigung 5. Ziele und Anforderungen 5.2 Aufbau einer Kläranlage 5.3 Mechanische Reinigung 5.4 Biologische Verfahren 5.5 Nachklärung 5.6 Schlammbehandlung 5. Ziele und Anforderungen Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 2 Abwasserreinigung in Deutschland Gesetzgebung Ende 2 sind mehr als. kommunale Kläranlagen in Betrieb Größenklasse Anzahl Ausbaugröße in mio EW > , , Europa Deutschland Richtlinie des Rates vom 2. Mai 99 über die Behandlung von kommunalem Abwasser (9/27/EWG) EU Wasserrahmenrichtlinie Wasserhaushaltsgesetz Abwasserverordnung Abwasserabgabengesetz ,3 3,2 Sachsen Sächsisches Wassergesetz Sächsisches Abwasserabgabengesetz Sächsische Kommunalabwasserverordnung Erlasse des SMUL Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 3 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 4 Mindestanforderungen an Kläranlagenablauf Größenklasse CSB (mg/l) BSB 5 (mg/l) NH 4 N (mg/l) N* (mg/l) P ges (mg/l) 5 Abwasserreinigung < EW 6 kg BSB 5 / d 2 < 5 EW 3 kg BSB 5 / d Aufbau einer Kläranlage 3 < EW 6 kg BSB 5 / d < EW 6 kg BSB 5 / d > EW 6 kg BSB 5 / d * N Summe von NH 4 +, NO 3, und NO 2 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 5 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 6

2 Aufbau einer Kläranlage Bsp. KA Bottrop mechanische Stufe biologische Stufe Fällmittel Rechen Sandfang Fettfang Vorklärbecken Belebungsbecken Nachklärbecken Gewässer Filtration Rechengut Sand Eindicker Fett Primärschla mm Rücklaufschlamm Sekundärschlamm Überschussschlamm Kehricht, Verbrennung Frischschlamm Waschen, Deponie Faulbehälter Schlammstapel Biogas Nutzung, Entwässerung, Trocknung, Verbrennung, Deponie Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 7 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 8 Typische Aufenthaltszeiten in den Reaktoren Abwasser θ W (h) Schlamm θ S (d) 5 Abwasserreinigung Mechanische Vorreinigung Vorklärung Belebungsbecken Nachklärbecken Schlammeindicker Faulbehälter Nachfaulraum, Stapel,2,, < d > d 5.3 Mechanische Reinigung Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 9 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite Rechengutanfall in kommunalen Kläranlagen HarkenUmlaufrechen Rechenart Durchlassweite Spezifischer Anfall (m 3 /(E a)) (mm) ungepresst (8% ) gepresst (25% ) Grobrechen 5,33, Feinrechen 5,2,4 Sieb 3,22,7 Schwankungsbereich: 5% bis +% Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 2 2

3 Siebschnecke Grundregeln zur Gestaltung von Rechenbauwerken Fließgeschwindigkeit:,6 v 2,5 m/s Gerinne um Fläche der Rechenstäbe erweitern Stauverlust beachten d v Hydraulisch: h β sinα e 2g d: Stabstärke, e: lichter Stababstand, β: Formfaktor Rund: β 2,4, rechteckig: β,8 Hans Huber AG, Typ Ro9 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 3 + Aufstau durch Versetzung mit Grobstoffen Gerinne mind. um hydraulischen Aufstau absenken Betriebs und Havariesicherheit (Doppelauslegung) Einhausung zu empfehlen (Frost, Geruch) aber teuer (Entlüftung, Kranbahn) alternativ: Kapselung der Anlagentechnik Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 4 Sandfang erforderlich bei Mischkanalisation Wirkung von mineralischen Inhaltsstoffen: Starker Abrieb an mechanischen, beweglichen Teilen (z.b. Pumpenlaufräder und Gehäuse) Verstopfungen (Schlammtrichter, Rohrleitungen, Pumpen) Ablagerungen (Faulräume, Belebungsbecken) nur mit hohen Betriebsaufwendungen entfernbar Schlamm im Sand ist lästig, aber Sand im Schlamm ist schädlich! Empirisch ermittelte Absetzgeschwindigkeiten Kalbskopf, 966 Korndurchmesser [mm] η % [cm/s] Absetzgeschwindigkeit η 9% [cm/s],26,44,78,25 2, η 85% [cm/s],3,56,99,6 2,35,25 7,7 26 3,6,29,2,46,25,74,35,23 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 5 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 6 Bemessung Fließgeschwindigkeit:,3 m/s Breite nach oben asymptotisch zunehmend 5 Q b h Flächenbeschickung: q A Q / A (Hazen, 94) L U U Q V S H Sandfanglänge: h l v s u Sandstapelraum: rd.,2 x,3 m (nicht zu groß) Erweiterungswinkel (Gerinne Sandfang) < 8 Venturigerinne nachschalten! Grenzfall Absetzbedingung U L θ L U H V S U B H V S LB V S Q A H θ NB unabhängig von H! V S q A Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 7 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 8 3

4 Belüfteter Langsandfang Wirkungsgrad im Vorklärbecken Wirkung gsgrad (%) 9 absetzbare 8 Stoffe 7 S BSB Aufenthaltszeit Θ (h) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 9 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 2 Veränderung des Abwassers im VKB Bsp. rechteckiges Absetzbecken Stoff Einheit Zulauf Ablauf * Czu Cab η Czu S BSB 5 CSB TKN g S / m 3 g O 2 / m 3 g O 2 / m 3 gn/m ,5,23,25,6767 NH 4 N g N / m NO 2 N g N / m 3 NO 3 N g N / m 3 P tot g P / m 3 9, Alkalinität mol HCO 3 / m 3 f ( Trinkwasser + NH 4 N ) * bei kurzer Aufenthaltszeit Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 2 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 22 Biologische Verfahren 5 Abwasserreinigung 5.4 Biologische Verfahren Suspendierte Biomasse Belebtschlammverfahren Durch Turbulenz in Schwebe gehalten Schlammflocken, mm Durchmesser Abbau spezifisch bezogen auf Biomasse suspendierte Biomasse aufkonzentrieren Sessile Biomasse Biofilmverfahren Als Biofilm auf einer Aufwuchsfläche Bakterien werden nur vereinzelt erodiert Abbau spezifisch bezogen auf Bewuchsfläche Spezifische Oberfläche erhöhen Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 23 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 24 4

5 Wesentliche mikrobiologische Prozesse Bakterienwachstum (I) Wachstum Zerfall Hydrolyse von Biomasse wenn zu wenig externe Nährstoffe schwer leicht abbaubare Stoffe, durch Enzyme Verdoppelungszeit t D t D t D 2 t D 3 t D i t D... n t D i... 2 n Aerober Abbau Nitrifikation Denitrifikation organischer Stoffe CH 2 O + O 2 CO 2 + H 2 O NH O 2 NO 3 + H 2 O + 2 H + 5 CH 2 O + 4 NO H + 2 N CO H 2 O X /X Belebter Schlamm: t D 6 h Schlammalter d Einbau Von C, N, P in die Biomasse t /t D Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 25 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 26 Belebungsverfahren Schlammhaushalt im Belebungsverfahren Belebungsbecken Nachklärbecken Belebungsbecken Luft, O 2 Zulauf Nährstoffe Nachklärbecken Sedimentation Ablauf Q Q + Q R Q e Bakterien Q R R Q R (Q ÜS) ( ÜS ) Rücklaufschlamm Überschussschlamm Stoffflussbilanz im Gleichgewichtszustand R + R R QR mit R Q Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 27 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 28 Fließschema Belebungsverfahren Dynamische Schlammverlagerung Hydraulische Verdrängung des SchlammAbwasserGemisches in das Nachklärbecken der Schlamm muss ins Belebungsbecken zurückgeführt werden Der belebte Schlamm wird 2 5 mal im Kreis geführt Biomassekonzentration im Belebungsbecken wird erhöht Schlammmasse (kg CSB) Belebungsbecken,5,5 2 Zeit (d) Der Überschussschlamm wird aus dem System abgezogen entspricht der Schlammproduktion Bei erhöhter hydraulischer Belastung (bei Regenwetter) wird Schlamm ins Nachklärbecken verlagert Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 29 Schlammmasse (kg CSB) Schlammbett,5,5 2 Zeit (d) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 3 5

6 Belüftung im Belebungsbecken Dimensionierung mittels Schlammbelastung Schlammbelastung B Q BSB V 5, zu kg BSB5 in kg S d die BSB 5 Zufuhr wird zur Schlammmasse im in Beziehung gesetzt B Q Schlammbelastung bezogen auf die Trockensubstanz Zufluss zum Belebungsbecken (m 3 /d) BSB 5,zu Konzentration an BSB 5 im Zufluss (kg BSB 5 / m 3 ) V Volumen des Belebungsbeckens (m 3 ) Schlammkonzentration im Belebungsbecken, gemessen als S (kg S / m 3 ) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 3 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 32 Bemessungstechnische Aspekte Heterotrophe Bakterien (H) Nitrifikanten (N) Verhältnis H:N Nahrungsangebot: Rohabwasser gut vorgeklärtes 6 g BSB 5 /(E d) 4 g BSB 5 5/( /(E d) 3 g N/(E d) g N/(E d) 5: 4: Abwasser Ertragskoeffizient Y,6 g/gbsb 5,5 g/ gn 4: Y * Nahrungsangebot Rohabwasser gut vorgeklärtes Abwasser 36 g/(e d) 24 g/(e d) 2 g/(e d),5 g/(e d) 8: 6: Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 33 Nitrifikation NH 4 + NO 3 Die Nitrifikanten ( autotrophe Biomasse A ) haben eine geringe Wachstumsgeschwindigkeit μ A mit der Produktion autotropher Biomasse SP A ra V μa A, und dem Sicherheitsfaktor SF ergibt sich das nötige Schlammalter mit V A, V A, θ X SF SF SP μ V A hohes Schlammalter, damit Nitrifikanten nicht aus dem System ausgewaschen werden Beckenvolumen V muss groß sein Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 34 V A A, SF μ A d] Wachstumsrate [/d.8.6 t Erforderliches Schlammalter für Nitrifikation Biomasse im System Überschussschlammabzug 2 3 Abwassertemperatur [ C] ter [d] Schlammalt µ N,T ( T 5) µ N,T µ N,5 C θn,µ,5 Wachstumsrate erforderl. Mindestschlammalter Bemessungs schlammalter Dimensionierung mittels Schlammalter Schlammalter θ X θ X V SP V ÜS Q BSB B 5, zu B ÜS die Schlammproduktion wird zur Schlammmasse im in Beziehung gesetzt Schlammalter in (d), 3 5 d ÜS B spezifische Schlammproduktion pro umgesetztem BSB 5 (kg / (kg BSB 5 d)) SP Schlammproduktion (kg / d) SP ÜSB Q BSB5, zu B Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 35 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 36 6

7 Nährstoffbedarf von Mikroorganismen Dimensionierungswerte Stickstoff i N.4.5 (g N / g BSB 5 ) Phosphor i P..2 (g P / g BSB 5 ) Elimination von Nährstoffen Anlagentyp Keine Nitrifikation Nitrifikation > C Denitrifikation aerobe Schlammstabilisierung Abwasserzusammensetzung im Zulauf 3 (g BSB 5 /m 3 ) θ X < 2 EW (g TKN/m 3 ) > EW (g TP/m 3 ) B (kg BSB 5 / (kg d)),3,5,2,5 Ablaufwerte bei %igem Abbau von BSB 5 ÜS B (kg / kg BSB 5 ),9,2,8,,7,, TKN Ab TKN ZU i N BSB 5,Zu ,5 (g N / m 3 ) TP Ab TP ZU i P BSB 5,Zu ,5 (g P / m 3 ) Weitergehende Verfahren für Nährstoffelimination! Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 37 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 38 Denitrifikation 5 CH 2 O + 4 NO H + 2 N CO H 2 O Milieubedingungen: Kein gelöster Sauerstoff Ausreichend organische CQuellen Verfahrensvariante Verwirklichung der DN durch Tropfkörperverfahren Vorklärung Tropfkörper Biofilm auf Aufwuchsträger Nachklärung Nachgeschaltete DN Vorgeschaltete DN Simultane DN intermittierende DN KaskadenDN Zonen (+ externe CQuelle) Zonen (Rückführung des NO 3 ) Zonen (Umlaufbecken, teilweise belüftet) Zeiten Zonen Schlammabzug Rezirkulation Schlammrückführung Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 39 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 4 Dimensionierung des Tropfkörpers Stoffabbau im Tropfkörper Flächenbelastung B A Q BSB a V 5, zu TK Konzentration BSB 5 B A Flächenbelastung der Kunststofffolien (g BSB 5 / (m 2 d)) ohne Nitrifikation 4 (g BSB 5 / (m 2 d)), mit Nitri. 2 (g BSB 5 / (m 2 d)) Tropfkörperfolie NH 4 + Q Zufluss zum Tropfkörper (m 3 /d) BSB 5,zu Konzentration an BSB 5 im Zufluss (kg BSB 5 / m 3 ) N 3 V TK Volumen des Tropfkörpers, mit Folien (m 3 ) a spezifische Oberfläche der Folien (m 2 Folien / m 3 TK) 4 8 (m 2 Folien / m 3 TK) CAbbau und Nitrifikation laufen räumlich getrennt ab Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 4 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 42 7

8 Aufgaben des Nachklärbeckens 5 Abwasserreinigung 5.5 Nachklärung Trennen Klären Speichern Eindicken von Schlamm und gereinigtem Abwasser durch Sedimentation möglichst niedrige Ablaufkonzentration des aus dem Belebungsbecken verlagerten Schlamms, insbesondere bei Regenwetter möglichst hohe Rücklaufkonzentration Bauformen Rund, von innen nach außen durchströmt Rechteckig, längs durchströmt Rechteckig, quer durchströmt Vertikal, von unten nach oben durchströmt Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 43 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 44 Sedimentation Schlammindex Vorklärbecken Nachklärbecken, Sedimentationszone Schlammindex ISV ist ein Maß für die Voluminosität und die Absetzeigenschaften Konzentr ration niedrig hoch Freies Absetzen Behindertes Absetzen Flockendes Absetzen Eindickung keine flockend PartikelInteraktion Nachklärbecken, Schlammbett Nachklärbecken, Sohlbereich X V.5 h h S H Vergleichsschlammvolumen hs VSV V (ml/l) H VSV ISV X (ml / g ) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 45 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 46 Nachklärbecken, idealisierte Funktionen Dimensionierung der Oberfläche von NKB Einlaufzone wirksamer Bereich Flächenbeschickung q A qsv VSV qsv ISV Klarwasserzone Schlammvolumenbeschickung q SV q A ISV Trennzone Speicherzone > 3 m Grenzwerte Eindickzone Horizontal durchströmte NKB Vertikal durchströmte NKB q A q SV (m/h) (l/(m 2 h),6 5 2, 65 ATV A3 (2) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 47 ATV A3 (2) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 48 8

9 Dimensionierung der Wassertiefe von NKB Rundbecken Klarwasserzone Trennzone Speicherzone h 5 m h, 2 5 qa ( + RV ), VSV 5,, 3 qsv ( + RV ) h3 5 Eindickzone h 4 qa ( + RV ) t BS E ISV 3 BS t E BS Konzentration im Bodenschlamm t E Eindickzeit,5 2, ohne Nitrifikation,,5 mit Nitrifikation 2, (2,5) mit Denitrifikation ATV A3 (2) Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 49 mit Schild oder Saugräumer Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 5 Längs durchströmtes Rechteckbecken mit Kettenräumer Quer durchströmtes Rechteckbecken mit Saugräumer Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 5 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 52 Vertikal durchströmtes Becken 5 Abwasserreinigung 5.6 Schlammbehandlung Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 53 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 54 9

10 Zusammensetzung des Klärschlamms Ziele der Schlammbehandlung Die aus dem Abwasser entnommenen Stoffe, die nicht abgebaut werden, finden sich im Klärschlamm wieder Vorwiegend Wasser Mikroorganismen Viren, Krankheitserreger, allg. Keime Organische Feststoffe, die sich biologisch verändern lassen Organische Verbindungen, die sich im Schlamm einlagern Volumenreduktion Abtöten pathogener Keime Stabilisierung organischer Substanzen Eindickung Entwässerung Bei Verwendung in der Landwirtschaft oder als Kompost Gasproduktion Verringerung der Trockensubstanz Verbesserung der Entwässerung Reduktion der Geruchsentwicklung Schwermetalle Mikroverunreinigungen, Arzneimittelrückstände, endokrin wirksame Substanzen Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 55 Rückgewinnung von Wertstoffen Nährstoffe, Dünger Humus Biogas Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 56 Übersicht aus Gujer (999) Abwasserreinigung Primär, Sekundär, Tertiärschlamm Rüc kbelastung Eindickung Energie Hygienisierung Stabilisierung Biogas Eindickung, Stapelung Landwirtschaft Entwässerung Deponie Trocknung Bauindustrie Verbrennung Atmosphäre Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 57 SchwerkraftEindickung gravitative Trennung ähnlich einem Absetzbecken zusätzlich Krälwerk zur Förderung der Flockung und zur Abführung von Schlammwasser und Gasblasen nach oben Trübstoffarmes Schlammwasser wird vor dem Vorklärbecken oder bei hohem Schwimmstoff oder Fettanteil vor dem Sandfang in die Abwasserreinigung zurückgeführt eingedickter Schlamm wird aus dem Trichter in die Schlammbehandlung geleitet zur effizienten Eindickung sollte Gasblasenbildung vermieden werden Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 58 SchwerkraftEindicker Maschinelle Schlammeindickung Zulauf Schwimmschlammräumer Erreichbarer TR: 5% Scheibeneindicker Erreichbarer TR: 68% Trüb wasser Krählwerk Eingedickter Schlamm Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 59 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 6

11 Maschinelle Schlammeindickung Maschinelle Schlammeindickung Drainbelt Fa. Huber erreichbarer TR: 68% Twinbelt Fa. Huber erreichbarer TR: 68% Schneckeneindicker Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 6 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 62 Anaerobe mesophile Schlammstabilisierung Faulreaktor Erwärmung auf C Prozesse laufen schneller ab Inhalt des Faulreaktors wird umgewälzt Schlamm und Wasser haben eine ähnliche Aufenthaltszeit Stapelbehälter nicht geheizt wenig biologische Prozesse nicht umgewälzt Trennung von Schlamm und Faulwasser, das in die Abwasserreinigung geleitet wird Rückbelastung durch Trübwasser beachten, Größenordnung % der NBelastung Eindickung Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 63 Prozesse im Faulbehälter Anaerober Abbauprozess 2 C + 5H7NO2 + 8 H2O 5 CH4 + 3 CO2 + 2 NH4 + 2 HCO3 Abbau organischer Substanz um ca. 5% Biogasproduktion: 63% CH 4 (Methan) 35% CO 2 2% andere Gase (N 2, H 2, H 2 S) Blockheizkraftwerk (Elektr. Energie + Wärme) Organisch gebundener Stickstoff wird in NH 4 + umgewandelt NRückbelastung der Abwassereinigungsanlage Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 64 Schema eines Faulturms (EiForm) Faulturm Bauausführung Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 65 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 66

12 Kennwerte des Faulbehälters Aerobe simultane Schlammstabilisierung Mittlere Verweilzeit des Schlammes Kleine Anlagen, schlecht durchmischt < 3 d Mittlere Anlagen mit Umwälzung 2 d Große Anlagen mit Umwälzung 2 6 d Keine Vorklärung kein Primärschlamm Hohes Schlammalter θ X ca. 25 d (B,5 kg BSB 5 /(kg d) Das Belebungsbecken wird wesentlich größer als bei einer Anlage mit anaerober Schlammstabilisierung Biogasprod. bez. Abbau org. Substanz,9 m 3 / kg GV abgeb Keine Biogasproduktion, erhöhter Energieeinsatz für Belüftung Abbau org. Substanz 4 55% Zusätzlich ev. Stapelbehälter oder Trockenbeete, die zur Eindickung genutzt werden können Stabiler, einfacher Betrieb Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 67 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 68 Volumenreduzierung mass [t] (volume [m m³]). 5 Thickening Dewatering Drying 45 4 T R m konstant 35 3 V Water 5 Dry matter dry matter [%] Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 69 Volumenreduktion Wassergehalt im ausgefaulten Schlamm > 95%! Verminderung des Wassergehaltes und des Volumens Schlammvolumen V S V + V V + γ V mit Wassergehalt W V S V γ W Kein linearer Zusammenhang! W S relatives Volumen V S /V γ W V W V S,,2,4,6,8, Wassergehalt γ W Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 7 Entwässerung Konditionierung mit Flockungshilfsmitteln (Polyelektrolyte) zur effizienteren Entwässerung Maschinelle Schlammentwässerung Dekanterzentrifuge Erreichbarer TR: % kontininuierliche Beschickung möglich Verfahren Betrieb Methode γ W γ Dekanter Kontinuierlich Zentrifuge >7,7 <3,3 Kammerfilterpresse (große Anlagen) Batchweise Hydraulische Pressen bringen Druck auf bis,6 bis,4 Bandfilterpresse (kleine Anlagen) Kontinuierlich Zuerst Unterdruck, dann kneten über Umlenkrollen bis,7 bis,3 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 7 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 72 2

13 Maschinelle Schlammentwässerung Kammerfilterpresse: Erreichbarer TR: 25 4 % diskontinuierliche Beschickung Maschinelle Schlammentwässerung Siebbandpresse Erreichbarer TR: bis 3% Kontinuierliche Beschickung möglich Relativ wartungsarm und robust Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 73 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 74 Trocknung Schema Schlammbehandlung DDKaditz Verdampfung des Wassergehaltes Teiltrocknung γ W,3 bis,4 Volltrocknung γ W bis <, (6 7% ) (> 9% ) PS_ED,4% PS_ED 6% ÜS_ED 3% ÜS,65% Kontakttrocknung durch beheizte Flächen CSB 7 mg l Konvektionstrocknung durch heiße Luft im Gegenstrom Zuluft ca. 6 C, Abluft ca. 3 C (Imhoff, 999) Einsatz nur für große Kläranlagen wirtschaftlich Lagerung ist kritisch: Brand, Staubexplosion In Granulatform als Dünger einsetzbar CSB 25 mg l 3,5 kg t MS 28% Tr 9% Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 75 Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 76 Verwertung in der Landwirtschaft Recycling der Nährstoffe, aus ausgefaultem Schlamm Schlammbehandlung Düngerart * Flüssiger Klärschlamm Entwässerter Klärschlamm Getrockneter Klärschlamm P und NDünger PDünger, N als Depot PDünger * Beschränkung der Überdüngung durch Vorgabe 5 (t mt /3a) Probleme Generell Akzeptanz Schwermetalle Mikroschadstoffe: Arzneimittelrückstände, endokrin wirksame Substanzen Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 77 Kompostierung Aerober biologischer Abbau organischer Inhaltsstoffe Voraussetzungen Stabilisierung Entwässerung Hygienisierung Verfahren Strukturmittel: gehäckselter(s) Strauchschnitt, Stroh, Holz Sägemehl, späne Mischung ca. : Wassergehalt des Rottegemisches ca.,65 Anforderungen sind höher als an Klärschlammausbringung! Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 78 3

14 Verbrennung Nutzung des Energieinhalts, aber nicht der Nährstoffe Monoverbrennungsanlagen (d.h. ohne Zuschlagsstoffe) bei ausreichend hohem Heizwert des Schlamms höherer Heizwert, wenn dem Schlamm kein Biogas entzogen wurde bei ausreichendem Wassergehalt (keine Volltrocknung) Wirbelschichtofen Verbrennung bei 8 95 C im in Schwebe gehaltenen Sandbett Teuer! Mitverbrennung in Kohlekraftwerken in Müllverbrennungsanlagen in Zementwerken, Asche wird in den Werkstoff eingebunden Aktuelle Entsorgungsstruktur in Deutschland Klärschlammanfall biol. Abwasserbehandlung in kommunalen Kläranlagen: 2, Mio. t Entsorgungsweg Anteil Thermische Verwertung 52,5% Landwirtschaftliche 28,6% Verwertung Rekultivierung, Kompost 6,% Deponie.% Sonstige 2,7% Stand: 28 Quelle: Siedlungswasserwirtschaft Kap. 5 Abwasserreinigung PK, 26 Seite 79 Siedlungswasserwirtschaft 4