Siedlungswasserwirtschaft
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- Bastian Grosse
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1 Willi Gujer Siedlungswasserwirtschaft 3., bearbeitete Auflage Mit 217 Abbildungen und 84 Tabellen fya Springer
2 VIII Inhalt 1 Einleitung Umschreibung des Fachgebiets Siedlungswasserwirtschaft Geschichte der Siedlungswasserwirtschaft Wasserkreislauf in Siedlungen Wasserbeschaffung und Wasserversorgung Siedlungsentwässerung Abwasserreinigung Behandlung und Unterbringung von Klärschlamm Gewässerschutz Siedlungswasserwirtschaftliche Planung Wert und Kosten der Siedlungswasserwirtschaft Die Produkte der Siedlungswasserwirtschaft Fazit 18 2 Systemanalyse und Massenbilanz Einleitung Systeme und deren Abgrenzung Die Stoffbilanz Ideale Reaktoren Der Chargenreaktor Der ideale Rührkessel Der Röhrenreaktor Anwendung der Bilanzgleichung Speicherung Speicherung und Transport Keine Speicherung: Stationärer Zustand Keine Umwandlung: Konservativer Stoff 29 3 Charakterisierung von Wasser Vorbemerkungen Summenparameter und Einzelstoffe Filtration, gelöste und partikuläre Stoffe Filtration Abfiltrierbare Stoffe, TSS Glühverlust der abfiltrierbaren Stoffe, VSS Glührückstand der abfiltrierbaren Stoffe Organische Stoffe Chemischer Sauerstoffbedarf CSB Biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen, BSB Organisch gebundener Kohlenstoff, TOC, DOC, POC Stickstoff Formen von Stickstoff Ammonium und Ammoniak Organisch gebundener Stickstoff, Kjeldahlstickstoff Nitrit und Nitrat 43
3 Inhalt IX Totaler Stickstoff, TN, gelöster Stickstoff, GN Elementarer Stickstoff, N Phosphor, TP, GP, PO 4 -P ph-wert und ph-puffersystem ph-wert ph-puffer Alkalinität, Säurebindungsvermögen, SBV Wasserhärte Gelöster Sauerstoff Physikalische Analysen Leitfähigkeit Trübung Temperatur Dichte Viskosität, Zähigkeit Oberflächenspannung Geruch und Geschmack Mikrobiologische und hygienische Parameter Escherichia coli Beurteilung von Wasser Grenzwerte und typische Analysen Flusswasser, Seewasser, Grundwasser Niederschlag und Regenwasser Trinkwasserzusammensetzung Städtisches und kommunales Abwasser Abwasser bei Regenereignissen, Mischwasser Probenahme 62 4 Charakterisierung von Klärschlamm Trockensubstanz TS und Trockenrückstand TR Glühverlust und Glührückstand Zusammensetzung von Klärschlamm 67 5 Wasserbedarf, Abwasseranfall Wasserbedarf und Abwasseranfall Trinkwasserbedarf Nomenklatur Wasserverbrauch Jahresgang des Wasserverbrauchs Tagesgang des Wasserverbrauchs Prognosendes Wasserbedarfs Planungswerte für einzelne Versorgungsgebiete Löschwasser Abwasseranfall Herkunft des Abwassers Nomenklatur Betriebserfahrungen 87
4 X Inhalt Dimensionierungswerte Zukünftige Entwicklung und Planung Zusammenfassung: Typische Wassermengen 93 6 Schmutzstoffanfall und Temperatur Herkunft der Schmutzstoffe Anforderungen an die Belastungsangaben Einwohnergleichwerte (EG) Jahresgang der Belastung Tagesgang der Belastung Wochengang der Belastung Abwassertemperatur Jahresgang der Temperatur Tagesgang der Temperatur Wasserversorgung Ziele der Wasserversorgung Mittel der Wasserversorgung Wasserbeschaffung Schutzzonen Wasseraufbereitung Pumpwerke Wasserspeicherung Wasserverteilung Hausinstallationen Überwachung Administration, Finanzplanung Planung Wasserbeschaffung Wasserarten und-vorkommen Fassung von Quellwasser Fassung von Grundwasser Berechnungen zum vollkommenen Filterbrunnen Fassung von Seewasser Grundwasseranreicherung Schutz von Wasserfassungen (Schutzzonen) Wasseraufbereitung Desinfektion Langsamsandfilter Schnellfilter Aktivkohleadsorption Koagulation und Flockung Sedimentation Mikrosiebe Vorfiltration 142
5 Inhalt XI 9.9 Abtrennung von partikulären Stoffen Entfernung von Eisen und Mangan Entsäuerung Enthärtung Mehrstufige Aufbereitung: Fallbeispiel Seewasser Aufbereitung von Flusswasser Membrantechnologie Wasserspeicherung Aufgabe der Wasserspeicher (Reservoire) Art der Wasserspeicher Hochbehälter Tiefbehälter Standort und Höhenlage Speichervolumen Löschreserve Bilanzierung eines Trinkwasserspeichers Hygienische Anforderungen Gestaltung eines Trinkwasserspeichers Spezialfälle Wasserturm Löschwasserbehälter Druckwindkessel Wasserverteilung, Netz Stationäre Rohrhydraulik Grundlagen der Rohrhydraulik Äquivalente Rohrleitungen Typische Fliessgeschwindigkeiten Pumpen Dimensionierung von Kreiselpumpen Bedarf an Förderhöhe Charakterisierung der Pumpenleistung Betriebspunkt einer Kreiselpumpenanlage Serie- und Parallelbetrieb von Pumpen Anordnung von Pumpen Wasserverteilung: Netzberechnungen Elemente eines Verteilnetzes Einfache Netzberechnungen Elektronische Netzberechnung Gestaltung von Verteilnetzen Druckhaltung Druckzonen Hydraulische Lastfälle Ziele der Bemessung Sonderbauwerke Druckreduzierventile Druckbrecherschacht 189
6 XII Inhalt Zonenpumpwerke Instationäre Vorgänge: Der Druckstoss Druckstoss nach Joukowsky Massnahmen gegen Druckstösse Der hydraulische Widder Mess-, Steuer-, Regel-und Fernwirktechnik Planung der Wasserversorgung Planungshorizont Kosten der Wasserversorgung Siedlungsentwässerung Aufgaben der Siedlungsentwässerung Prozesse der Siedlungsentwässerung Wie sollen Siedlungen entwässert werden? Elemente der Siedlungsentwässerung Siedlungshydrologie Einführung in die Siedlungshydrologie Charakterisierung von Regen Intensität von Starkregen Abflussbeiwert von Siedlungsgebieten Maximaler Regenabfluss Jährlichkeit des Regenereignisses Reduzierte Fläche Massgebende Regenintensität Fliesszeitverfahren Entwässerungsverfahren Historische Entwicklung Grundlagen Mischsystem Trennsystem Qualifiziertes Trennsystem Reale Systeme Alternative Systeme Flankierende Massnahmen Mischwasserbehandlung Problemstellung Konzept der Mischwasserbehandlung Auswirkungen der Mischwasserbehandlung Fallbeispiel Regenüberlaufbecken Fallbeispiel Vorklärung Fallbeispiel Ammonium Technik der Siedlungsentwässerung Technische Elemente der Siedlungsentwässerung 245
7 Inhalt XIII 16. l.l Liegenschafts-und Strassenentwässerung L.2 Retention und Drosselung Kanalisationen Kontrollschächte Kanalvereinigungen Profilwechsel Absturzbauwerke Düker Entlastungsbauwerke Drosselstrecken Regenbecken Siebe und Rechen Abwasserpumpwerke Drosselorgane Einleitbauwerke Versickerungsanlagen Sanierungsleitungen Hydraulische Berechnungen Grundsätze / Lastfälle Freispiegelleitungen Steilleitungen Gefällswechsel Modelle der Siedlungsentwässerung Entwurf von Kanalnetzen Abflusssteuerung im Entwässerungsnetz Messtechnik Betrieb der Siedlungsentwässerung Entwässerungsplanung Generelles Kanalisationsprojekt (GKP) Genereller Entwässerungsplan (GEP) Rollenteilung zwischen Politik und Ingenieur Abwasserreinigung Aufgaben der Abwasserreinigung Einleitbedingungen von Kläranlagen Fliessschema einer Kläranlage Mechanische Abwasserreinigung Mechanische Vorreinigung Rechen Sand-und Fettfang Dimensionierungsmodell für die Sedimentation Vorklärung Aufgabe und Leistung der Vorklärung Gestaltung und Dimensionierung des Vorklärbeckens Emscherbrunnen 312
8 XIV Inhalt 19.4 Chemische Abwasserreinigung Biologische Abwasserreinigung Ziel der biologischen Abwasserreinigung Mikrobiologische Prozesse Wachstum Zerfall Hydrolyse Abbau organischer Stoffe, heterotrophe Organismen Nitrifikation Denitrifikation Nährstoffbedarf der Mikroorganismen Unterschiedliche biologische Verfahren Belebtschlammverfahren Fliessschema des Belebtschlammverfahrens Charakterisierung von Belebtschlamm Dimensionierung des Belebtschlammverfahrens Dynamische Simulation von Belebungsanlagen Gestaltung des Belebungsbeckens, Sauerstoffverbrauch Gestaltung des Nachklärbeckens Elimination von organischen Stoffen Nitrifikation Denitrifikation Chemische Phosphorelimination Biologische Phosphorelimination Biologische Nährstoffelimination: Zusammenfassung Tropfkörperverfahren Bemessung von Tropfkörpern Phosphorelimination in Tropfkörperverfahren Nachklärung Tauchkörperverfahren Neuere biologische Verfahren Biofiltration Membran Bioreaktoren (MBR) Physikalische Reinigungsverfahren Filtration Raumfiltration Flächenfiltration Flotation mit gelöster Luft Umfeld und Kosten der Abwasserreinigung Projektbearbeitung Kosten der Abwasserreinigung Kleinkläranlagen und alternative Konzepte Anaerobe Reinigungsverfahren 385
9 Inhalt XV 23.2 Verfahren mit Bodenpassage Abwasserteiche Pflanzenanlagen Varianten der konventionellen Verfahren Speicher, Trockenklosetts, etc Wahl des Verfahrens Entsorgung des anfallenden Schlamms Dezentrale Entsorgungskonzepte Entsorgung von Klärschlamm Ziel und Aufgabe der Schlammbehandlung Nutzung und Endlagerung Verfahrensablauf und Stoffströme Klärschlammkonzepte Zukunft der Klärschlammentsorgung Verfahren der Schlammbehandlung Eindickung Hygienisierung Aerob thermophile Hygienisierung Thermische Hygienisierung /Pasteurisierung Biologische Schlammstabilisierung Anaerob mesophile Schlammstabilisierung / Faulung Langzeitbelüftung Aerobe mesophile Schlammstabilisierung Stapelung Entwässerung Konditionierung Dekanter Filterpressen Bandfilterpressen Trockenbeete Trocknung Verbrennung 418 Literatur 421 Sachverzeichnis 427
Inhalt A Grundlagen B Wasserversorgung C Siedlungsentwässerung D Abwasserreinigung E Behandlung von Klärschlamm Literatur und Sachverzeichnis
Inhalt 1 Einleitung... 1 A Grundlagen 2 Systemanalyse und Massenbilanz... 19 3 Charakterisierung von Wasser... 33 4 Charakterisierung von Klärschlamm... 65 5 Wasserbedarf, Abwasseranfall... 69 6 Schmutzstoffanfall
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