Belüftung, Umwälzung und Durchmischung von Belebungsbecken

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2 Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern Belüftung, Umwälzung und Durchmischung von Belebungsbecken Aufgabe der in Belebungsbecken installierten Belüftungs- und Umwälzeinrichtungen ist es, den für den biologischen Abbau benötigten Sauerstoff einzutragen, das Abwasser und den Belebtschlamm zu vermischen und eine so starke Strömung zu erzeugen, dass es zu keinen Schlammablagerungen kommt. Grundsätzlich unterscheidet man Druckbelüftungen, Oberflächenbelüfter (Kreisel, Walzen) und Strahlbelüfter (z.b. FUCHS-Belüfter). FUCHS Wendelbelüfter und CENTROX-Belüfter tragen den erforderlichen Luftsauerstoff ein. Gleichzeitig durchmischen sie das Belebtschlamm-Abwasser-Gemisch und sorgen für die erforderliche Strömung. Dabei sind folgende Eigenschaften hervorzuheben: Die Maschinen sind sehr robust und benötigen wenig Wartung. Es gibt keine Lager und Dichtungen im eingetauchten Teil. Auch bei nicht vorgeklärtem Abwasser ist ein intermittierender Betrieb möglich, ohne dass die Gefahr der Verstopfung, Verzopfung oder Inkrustierung besteht. Die Maschinen sind relativ leicht und mit einem aufsteckbaren Hubgalgen gut zu handhaben. FUCHS-Belüfter arbeiten im Gegensatz zu Oberflächenbelüftern bei ruhiger Wasseroberfläche. Probleme durch Lärmbelästigung, Geruchs- und Aerosolbildung sowie Auskühlung des Abwassers treten daher nicht auf. Durch die Aufteilung der Belüfterleistung auf mehrere Geräte kann der Sauerstoffeintrag sehr genau dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden, was für einen wirtschaftlichen Betrieb wichtig ist. Die für eine Druckbelüftung notwendige, teure Gebläsestation sowie Druckluftleitungen sind bei FUCHS-Belüftern nicht erforderlich. Bemessung Die Mindestanforderungen an die Qualität von behandelten Abwässern, die in öffentliche Gewässer eingeleitet werden sollen, sind im WHG 7 a festgelegt. Über die Grundlagen des Belebungsverfahrens gibt es umfangreiche Fachliteratur, weshalb hier darauf nicht eingegangen werden soll. Hinsichtlich der Bemessung von Belebungsanlagen zur Reinigung kommunaler Abwässer wird insbesondere auf die Arbeitsblätter A 126 und A 131 der DWA (vorm. ATV) verwiesen. Die für eine Belebungsanlage insgesamt erforderliche Belüfterleistung errechnet sich aus dem Sauerstoffbedarf (kg O 2 /h) und dem Ertragswert (kg O 2 /kwh) der Belüftungseinrichtung. Zur Ermittlung des Sauerstoffbedarfs sollte ein OC/load von 2,5-3,0 kg O 2 /kg BSB 5 gewählt werden. Änderungen vorbehalten!

3 Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern Bei vorgeschalteter Denitrifikation genügt dabei meistens das 24-h-Mittel, während bei intermittierender Denitrifikation der erforderliche Sauerstoff während ca. 16 h/d eingetragen werden muss. Bei Aufstauanlagen ergeben sich noch kürzere Belüftungszeiten. Der Leistungsbedarf für die Strömungserzeugung und Durchmischung hängt jeweils vom Nutzvolumen und der Form des Belebungsbeckens ab. Einsatz von FUCHS-Belüftern 1. Beckenform und Installation FUCHS Belüfter können nahezu bei jeder Beckenform zum Einsatz kommen. Für schwach belastete Belebungsanlagen kommen nur hydraulisch günstige Beckenformen in Frage. Hierzu gehören Ringbecken, Umlaufbecken mit halbkreisförmigen Enden und Umlenkbögen, Rundbecken oder Oxidationsgräben. Darüber hinaus eignen sie sich auch gut für die Umrüstung und Nachrüstung bestehender Anlagen, sogar von quadratischen, rechteckigen oder CAROUSSEL-Becken. Die Belüfter werden mit speziellen Aufhängungen an Maschinenbrücken oder am Beckenrand befestigt. Bei schwankendem Wasserspiegel werden sie schwimmend installiert, so dass die Eintauchtiefe gleich bleibt. 2. Nährstoff-Elimination und Steuerung Neben dem Abbau der organischen Kohlenstoffverbindungen (BSB 5, CSB) wird bei Kläranlagen mit einem Anschlusswert ab EW auch eine weitgehende Nitrifikation (NH 4 -N 10 mg/l) gefordert. Nach Möglichkeit sollte auch denitrifiziert werden. Gut bewährt haben sich die vorgeschaltete, die simultane und die intermittierende Denitrifikation. Letztere eignet sich besonders für kleinere Anlagen, in denen kommunales Abwasser gereinigt wird. Bei der intermittierenden Denitrifikation kann die Steuerung der Belüftungspausen problemlos mit Zeitschaltuhren erfolgen. Zur Regelung der N-Elimination können das REDOX-Potential sowie der Nitrat- oder Ammoniumgehalt gemessen werden. Um einen wirtschaftlichen Betrieb der Belüftungseinrichtung zu gewährleisten, sollte während der oxischen Phasen auf jeden Fall der O 2 -Gehalt gemessen und geregelt werden. Zur Strömungserzeugung und Durchmischung des Beckeninhaltes während der Denitrifikationsphasen kommen bei kleineren Anlagen oder Oxidationsgräben bevorzugt FUCHS TURBOSTAR Mischer zum Einsatz. Bei größeren Becken werden zweckmäßig langsam drehende Rührwerke installiert. Änderungen vorbehalten!

4 Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern Beispiele Die Ausrüstung von Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern wird im Folgenden anhand von acht Beispielen für Anschlussgrößen von 750 EW bis EW erläutert. 1. Aufstau-Oxidationsgraben für 750 EW Eine kleine Gemeinde wird nach dem Trennverfahren entwässert. Die Abwasserreinigung erfolgt in einer eigenen Kläranlage mit einem einfachen Rechen, einem Rundsandfang und einem Aufstau-Oxidationsgraben sowie einem nachgeschalteten Schönungsteich. Der zyklische Betrieb des Oxidationsgrabens führt zu einer Belüftungszeit von nur ca. 12 h/d und bewirkt eine weitgehende Denitrifikation. Wegen der geringen Wassertiefe von ca. 1,20 m kamen nur Wendelbelüfter mit einer Nennleistung bis 4,0 kw in Frage. Wegen des schwankenden Wasserspiegels wurden die beiden Maschinen schwimmend installiert. Bereits einer der beiden Wendelbelüfter WBL-IV genügt für die Strömungserzeugung im Becken bei schwacher Belastung. Im Schönungsteich, der mit einem Abflussbegrenzer ausgestattet ist, findet eine Nachreinigung des Abwassers und eine Vergleichmäßigung des Ablaufs statt. [Bild 1] 2. Doppel-Oxidationsgraben für EW In einer Gemeinde mit knapp Einwohnern gibt es mehrere Gasthöfe und einige kleine Gewerbebetriebe. Die Reinigung der dort anfallenden Abwässer erfolgt in einem alten Doppel-Oxidationsgraben, dem ein Rechen und ein Rundsandfang vorgeschaltet sind. Die beiden Gräben werden wechselweise beschickt, so dass - ähnlich wie beim Aufstau-Oxidationsgraben - keine Nachklärung notwendig ist. Wegen des alternierenden Betriebes beträgt die Belüftungszeit insgesamt ca. 16 h/d. Auch beim wechselweise beschickten Doppel-Oxidationsgraben wird zwangsläufig eine weitgehende Denitrifikation erzielt. Die Anlage war ursprünglich mit insgesamt vier Walzenbelüftern à 5,5 kw bestückt. Betriebsprobleme im Winter, der hohe Geräuschpegel und die Kosten für notwendige Reparaturen veranlassten die Gemeinde, die beiden Oxidationsgräben nach und nach mit Wendelbelüftern umzurüsten. Auch hier wurden wegen der geringen Wassertiefe von ca. 1,20 m Wendelbelüfter mit einer Nennleistung von 4,0 kw gewählt. Jeder Graben ist heute mit drei solchen Maschinen bestückt, von denen eine für die Strömungserzeugung genügt, während die beiden anderen je nach Sauerstoffbedarf zu- oder abgeschaltet werden. Da die Schwellenbeschickung der verstellbaren Ablaufwehre recht hoch ist, bestand die Gefahr, dass mit dem gereinigten Abwasser auch Schlammflocken in den Vorfluter abtreiben. Daher wurde den Oxidationsgräben ein Schönungsteich nachgeschaltet. [Bild 2] Änderungen vorbehalten!

5 Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern Doppel-Oxidationsgraben mit Nachklärung für EW In einer kleinen Ortschaft, die im Einzugsbereich einer Großstadt liegt, sind in den letzten Jahren mehrere Neubaugebiete erschlossen worden. Dadurch ist die Bevölkerung auf über Personen angestiegen. Nennenswerte Gewerbebetriebe oder Fremdenverkehr gibt es dort nicht. Die ursprünglich vorhandene Kläranlage, bei der es sich um einen wechselweise beschickten Doppel-Oxidationsgraben mit einer Ausbaugröße von EW handelte, war daher um mehr als 20 % überlastet. Da der Platz für einen großzügig bemessenen Schönungsteich fehlt, entschloss man sich, den Rohabwasserstrom zu teilen, die beiden Oxidationsgräben parallel zu beschicken und eine Nachklärung nachzuschalten. Statt der alten Walzenbelüfter wurden in den Gräben jeweils drei Wendelbelüfter WBL-III (Nennleistung: à 3,0 kw) und ein TURBOSTAR Mischer TS 1.5 (Nennleistung: 1,5 kw) installiert. Für die Strömungserzeugung und Durchmischung der Gräben genügt jeweils ein Belüfter oder der TURBOSTAR Mischer. Es wird intermittierend denitrifiziert, wobei die Denitrifikationsphasen über Zeitschaltuhren gesteuert werden. [Bild 3] 4. Belebungsanlage in aufgelöster Bauweise für EW Für die Reinigung der Abwässer mehrerer Dörfer sollte eine preisgünstige Kläranlage mit einer Ausbaugröße von EW errichtet werden. Besondere Anforderungen an die Reinigungsleistung wurden dabei nicht gestellt. Da das erforderliche Gelände für belüftete Teiche nicht vorhanden war, wurde eine Belebungsanlage mit Rundbecken geplant und gebaut. Das Belebungsbecken mit einem Nutzvolumen von 900 m³ und einer Wassertiefe von 2,90 m wurde mit einem zentral angeordneten CENTROX-Belüfter CX 5.5 und drei Wendelbelüftern WBL-V (Nennleistung: jeweils 5,5 kw) ausgerüstet. Der CENTROX-Belüfter saugt das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch durch ein Leitrohr vom Beckenboden her an und verhindert dadurch Schlammablagerungen im Zentrum. Zur Strömungserzeugung und Durchmischung des Beckens muss er zusammen mit einem Wendelbelüfter durchlaufen. Die beiden anderen Belüfter werden je nach O 2 -Bedarf zu- oder abgeschaltet. In der Anlage wird weitgehend nitrifiziert. Auf eine gezielte Denitrifikation wurde verzichtet. [Bild 4] 5. Belebungsanlage in aufgelöster Bauweise mit weitgehender Nährstoff- Elimination für EW Eine Belebungsanlage zur Reinigung kommunaler Abwässer mit einer Ausbaugröße von EW sollte in aufgelöster Bauweise erstellt werden. Geplant und gebaut wurde ein rundes Belebungsbecken mit einer Wassertiefe von 3,50 m, das in ein zentrales Anaerob-Becken und ein ringförmiges Belüftungsbecken unterteilt ist. Die Nachklärung wurde als separates Rundbecken mit Räumer erstellt. Änderungen vorbehalten!

6 Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern Das Rohabwasser wird zunächst mittels Siebanlage und Rundsandfang mechanisch vorgereinigt. Sodann wird es in dem Anaerob-Becken mit dem Rücklaufschlamm intensiv vermischt. Dadurch wird der Schlammindex günstig beeinflusst und gleichzeitig eine biologische Teil-Dephosphatierung bewirkt. Zur Umwälzung und Durchmischung des Anaerob-Beckens dient ein FLOWSTAR Rührwerk mit vertikaler Welle FS-V 1.1 (Nennleistung: 1,1 kw). Im Belüftungsbecken erfolgt neben dem Abbau der organischen Schmutzstoffe eine fast vollständige Nitrifikation. Durch intermittierende Belüftung wird auch weitgehend denitrifiziert. Ausgestattet wurde das Becken mit vier Wendelbelüftern WBL-X (Nennleistung: à 11,0 kw) und einem langsam drehenden Tauchrührwerk (Nennleistung: 2,2 kw). Zur Strömungserzeugung genügt ein Wendelbelüfter oder das Tauchrührwerk. [Bild 5] 6. Umlaufbecken für EW Für den Bau einer Gruppenkläranlage mit einer Ausbaugröße von EW stand nur ein relativ schmales Grundstück zur Verfügung. Daher wurde das Belebungsbecken als Umlaufbecken ausgebildet. Bei der Nachklärung handelt es sich um ein Rundbecken mit Räumer. Die Anlage wurde mit sechs Wendelbelüftern Typ WBL-X (Nennleistung: à 11,0 kw) und zwei langsam drehenden Tauchrührwerken (Nennleistung: 2,2 kw) ausgestattet. Für die Strömungserzeugung genügen die beiden Tauchrührwerke oder ein Tauchrührwerk und zwei Belüfter. In der Anlage werden niedrige BSB 5 -Ablaufwerte und durch intermittierende Belüftung auch eine weitgehende N-Elimination erzielt. [Bild 6] 7. Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation für EW Bei der Planung des Klärwerks für eine Kleinstadt mit wenig Industrie wurde das Verfahren der vorgeschalteten Denitrifikation gewählt. Dadurch wird der Schlammindex günstig beeinflusst und außerdem der Spitzenstrom für die Belüftung gesenkt. Das Belebungsvolumen wurde auf drei gleich große, parallel angeordnete Umlaufbecken aufgeteilt. Dies geschah einerseits aus Platzgründen und andererseits, um gelegentlich eines der Becken ohne Betriebsunterbrechung der gesamten Anlage entleeren zu können. Die Anlage wurde mit einem langsam drehenden Tauchrührwerk (Nennleistung: 2,2 kw) und acht Wendelbelüftern WBL-VII (Nennleistung: à 7,5 kw) ausgestattet. Für die Strömungserzeugung in den Nitrifikationsbecken genügen jeweils zwei Belüfter. Die übrigen werden je nach O 2 -Bedarf zu- oder abgeschaltet. Zur Förderung des nitrathaltigen Abwassers aus den Nitrifikationsbecken in die Denitrifikationsstufe dienen Rezirkulationspumpen. [Bild 7] Änderungen vorbehalten!

7 Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern Belebungsanlage mit weitgehender Nährstoffelimination und getrennter Schlammbehandlung für EW Als vor einigen Jahren eine Gruppenkläranlage mit einer Ausbaugröße von EW zu planen war, wurde wegen des schwachen Vorfluters eine weitgehende Nitrifikation gefordert. Außerdem wurde die Entseuchung des anfallenden Klärschlamms gewünscht, um diesen problemlos landwirtschaftlich verwerten zu können. Gebaut wurde ein Klärwerk mit Feinrechen, Langsandfang, Vorklärbecken und einer schwach belasteten Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation sowie eine aerob-thermophile Schlammbehandlung. Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, wurden die Vorklärung und die biologische Reinigungsstufe zweistraßig ausgeführt. Die Belebungsbecken und die Nachklärungen wurden als kostengünstige Rundbecken gleichen Durchmessers erstellt. Die Belebungsbecken sind dabei in eine zentrale Denitrifikationszone und einen ringförmigen Belüftungsraum unterteilt. Zur Umwälzung und Durchmischung der Denitrifikationsbecken dient jeweils ein FLOWSTAR Rührwerk mit vertikaler Welle FS-V 2.2 (Nennleistung: 2,2 kw). Die beiden Nitrifikationsbecken sind mit insgesamt 12 Wendelbelüftern WBL-VII (Nennleistung: à 7,5 kw) bestückt. Für die Strömungserzeugung genügt dabei ein Belüfter pro Becken. Die übrigen werden je nach O 2 -Bedarf zu- oder abgeschaltet. Rezirkulationspumpen fördern das nitrathaltige Abwasser aus den Nitrifikationsbecken in die Denitrifikationsstufen. Gemäß WHG darf der P-Gehalt im Ablauf einer Kläranlage mit einer Ausbaugröße von EW nicht mehr als 2 mg/l betragen. Daher wurde dem vorhandenen Verteilerschacht vor den Belebungsbecken ein anaerobes Mischbecken vorgeschaltet. Damit ist eine biologische Teildephosphatierung möglich. Zusätzlich können Fällungsmittel dosiert werden. [Bild 8] Änderungen vorbehalten!

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