Das neue Arbeitsblatt DWA-A 131 Kein Thema für die Nachbarschaften?

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1 Kanal- und Kläranlagen-Nachbarschaften Lehrerbesprechung Februar 2017, Landshut Das neue Arbeitsblatt DWA-A 131 Kein Thema für die Nachbarschaften? Dr.-Ing. Dieter Schreff

2 DWA-A131 Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen

3 Anzahl Kläranlagen in Bayern (1) > Belebungsanlagen Quelle: Abwasserentsorgung in Bayern, LfU, 2010

4 Kumulierte Ausbaugröße [EW] Kläranlagen in Bayern (2) > 2/3 aller EW-gesamt (Belebungsanlagen, einstufig) Quelle: Abwasserentsorgung in Bayern, LfU, 2010

5 Quelle: BayernAtlas, Kläranlage Alt-/Neuötting Inhalte des DWA-A 131(2016) Inhalt DWA-A 131 Bemessung (Grundlagen) Planungshinweise/ Konstruktion Betriebliche Hinweise Nachklärung (Zulauf / Vorklärung) Belebung

6 A131 - Bemessungsablauf Bemessungsgrundlagen, Verfahrenswahl, N-/P-Bilanz und Schlammalter Schlammmasse M TS,BB Schlammindex ISV / TS-Werte Oberfläche und Tiefe NKB Volumen Belebungsbecken Sauerstoffbedarf Ablauf wie bisher!

7 Beschreibung des Verfahrens und Ablauf der Bemessung Weiterentwicklung gegenüber A-131 (2000) Ermittlung des Denitrifikationsanteils über CSB/OV-Bilanz Berücksichtigung eines leicht abbaubaren CSB-Anteils Berücksichtigung externe C-Quelle (Option) Erhöhte Denitrifikationskapazität bei vorgeschalteter Denitrifikation Die Bemessung erfolgt weiterhin über einen statischen Ansatz, es können keine Ablaufkonzentrationen (NH4-N) ermittelt werden. Die Berechnung der Schlammmasse ist die gemeinsame Grundlage aller einstufigen Belebungsverfahren. Konventionelle einstufige Belebung (DWA-A 131) Aufstau-Belebungsverfahren SBR (DWA-M 210) Membranbioreaktor MBR (DWA-M 227)

8 Bemessungsrelevante Parameter Abwassertemperaturen MIN/MAX (14-Tage-Gleitende Mittelwerte) Schmutzfrachten B d,zb,xxx (kg/d) und Konzentrationen C ZB,xxx (mg/l): CSB, evtl. inkl. Angaben zur CSB-Fraktionierung Phosphor Stickstoff (KN, früher: TKN) Abfiltrierbare Stoffe (X TS ) Kein BSB 5 mehr! Abwasserzuflüsse (m³/d oder m³/h): Q d,konz (zur Berechnung der Konzentrationen aus Frachten) Q M (Auslegung der Nachklärung) Q T,2h,max (biop-becken, interne Rezirkulation)

9 Bemessungsgrundlagen Fraktionierung des CSB (1) C CSB,ZB = S CSB,ZB + X CSB,ZB S : gelöste Fraktionen X : ungelöste Fraktionen C CSB,ZB = S CSB,abb,ZB + S CSB,inert,ZB + X CSB,abb,ZB + X CSB,inert,ZB

10 Bemessungsgrundlagen Fraktionierung des CSB (2) C CSB,ZB = S CSB,ZB + X CSB,ZB C CSB,ZB = S CSB,abb,ZB + S CSB,inert,ZB + X CSB,abb,ZB + X CSB,inert,ZB Gelöster CSB: S CSB,ZB aus Messwerten (0,45 mm filtrierte Probe) bestimmen Partikulärer CSB: X CSB,ZB = C CSB,ZB S CSB,ZB berechnen Abfiltrierbare Stoffe: X TS (AFS -> 0,45 mm filtrierte Probe) Glühverlust von X TS bestimmen -> X orgts,zb, X anorgts,zb Faktoren zur Ermittlung der CSB-Fraktionen müssen/können auch gewählt werden (siehe nächste Folie). Zusammenhang zwischen CSB und abfiltrierbaren Stoffen beachten! S : gelöste Fraktionen X : ungelöste Fraktionen

11 Bemessungsgrundlagen Fraktionierung des CSB (3) Abwasserzusammensetzung: C CSB,ZB = 400 mg/l CSB-Konzentration, homogenisiert Zulauf Belebung X TS,ZB = 175 mg/l AFS-Konzentration, Zulauf Belebung Parameter: f A = 0,30 - Inerter Anteil am partikulären CSB: 0,20 0,35 f B = 0,30 - Anorganischer Anteil der abfiltrierbaren Stoffe: 0,2 0,3 (ohne VK) f CSB = 0,20 - Leicht abbaubarer Anteil des CSB (bez. auf abb. CSB): 0,15 0,25 f S = 0,05 - Inerter Anteil des CSB (bez. auf gelösten CSB): 0,05 0,10 f CSB,oTS = 1,60 - CSB-Gehalt bez. auf ots Ergebnisse CSB-gesamt C CSB,ZB = 400 mg/l Gelöster CSB: S CSB = 204 mg/l Gelöster, inerter CSB: S CSB,inert = 20 mg/l Gelöster, abbaubarer CSB: S CSB,abb,ZB = 184 mg/l Partikulärer CSB : X CSB = 196 mg/l Partikulärer, inerter CSB : X CSB,inert,ZB = 59 mg/l Partikulärer, abbaubarer CSB : X CSB,abb,ZB = 137 mg/l Abbaubarer CSB : C CSB,abb,ZB = 321 mg/l Leicht abbaubarer CSB : C CSB,la,ZB = 64 mg/l

12 CO 2 + H 2 O CSB - Bilanz S CSB,abb,ZB biologischer Prozess S CSB,inert,ZB SCSB,inert,AN OV C Sauerstoffbedarf C CSB,ZB X CSB,abb,ZB X CSB,inert,ZB X CSB,inert,BM X CSB,inert,ZB X CSB,BM X CSB,ÜS Überschussschlamm C CSB,ZB = S CSB,inert,AN + X CSB,ÜS + OV C

13 Stickstoff-Bilanz c N,ZB S NO3,D S NH4,AN S orgn,an Ggfs. Rückbelastung aus Faulung: 0,5*0,07*X CSB,BM S NO3,AN S : gelöste Fraktionen X : ungelöste Fraktionen S NO X orgn,bm; X orgn,inert 3, D CN, ZB SorgN, AN SNH 4, AN SNO3, AN X orgn, BM X orgn, inert [ mg NO3 / l] mit: S NO3,D : zu denitrifizierende Nitrat-Stickstoff-Konzentration [mg/l] C N,ZB : Stickstoffkonzentration im Zulauf zur Belebung inkl. Rückbelastung [mg/l] S orgn,an : Konzentration org. Stickstoff im Ablauf der Nachklärung [mg/l] (~ 2 mg/l) S NH4,AN : Ammoniumkonzentration im Ablauf der Nachklärung [mg/l] (hier i.d.r. 0 mg/l) S NO3,AN : Nitratkonzentration im Ablauf der Nachklärung [mg/l] (0,6 0,8 * S anorgn,üw ) X orgn,bm : in Biomasse eingebaute Stickstoffkonzentration [mg/l] (0,07*X CSB,BM ) X orgn,inert : gebunden an inerte, part. Fraktionen [mg/l] (0,03*(X CSB,inert,BM +X CSB,inert,ZB ))

14 Phosphor-Bilanz X P, Fäll CP, ZB CP, AN X P, BM X P, BioP [ mgp / l] Die Phosphorbilanz ist analog zur Stickstoffbilanz aufgebaut. mit: X P,Fäll : zu fällende Phosphorkonzentration [mg/l] C P,ZB : C P,AN : X P,BM : X P,BioP : Konzentration Gesamtphosphor im Zulauf zur Belebung [mg/l] Konzentration Gesamtphosphor im Ablauf Nachklärung [mg/l] in Abhängigkeit der Überwachungswertes C P,ÜW : C P,AN = 0,6 bis 0,7 * C P,ÜW zum Zellaufbau heterotrophe Biomasse benötigter Phosphor [mg/l]: 0,005*C CSB,ZB eliminierter Anteil durch biologische Phosphorelimination [mg/l]: 0,002 bis 0,007*C CSB,ZB

15 Min. erf. Aerobes Schlammalter (d) Ermittlung aerobes Schlammalter (Bemessung) 25,0 20,0 Log. (PF = 1,5) Log. (PF = 2,5) t TS,aerob,Bem = PF * 3,4 * 1,103 (15 - T) 15,0 11,4 10,0 6,8 5,0 0, ,0 Bemessungstemperatur ( C) SF = 1,6 = konstant in Formel enthalten Prozessfaktor PF = 1,5 2,8 abhängig von Ausbaugröße, Schwankungen der Stickstofffrachten im Zulauf und dem ÜW-Wert für S NH4,AN.

16 Erf. Gesamtschlammalter (d) Ermittlung Gesamtschlammalter (Bemessung) 35,0 z.b. bei vorgeschalteter DN 30,0 25,0 22,5 t TS, ges, Bem = t TS, aerob, Bem 1 VD/VBB (d) 20,0 15,0 12,0 10,0 5,0 0,0 9,0 Log. (V_D/V_BB = 0,25) Log. (V_D/V_BB = 0,60) Min. erf. aerobesschlammalter (d) oder: z.b. bei intermittierender DN t TS, ges, Bem = t TS, aerob, Bem 1 td/tbb (d)

17 Schlammalter im Betrieb Reinigungsleistung (qualitativ) Aerobe Schlammstabilisierung Denitrifikation Nitrifikation CSB- Abbau t TS = V BB x TSBB Q ÜS, d x TS ÜS Schlammalter t TS (d)

18 Ermittlung von V D /V BB aus CSB-, P- und N-Bilanzen CSB-Fraktionierung Aerobes Schlammalter Gesamtschlammalter berechnen P-Bilanz / Fällschlamm N-Bilanz / ext-c-quelle? Zusammenhang zwischen aeroben und anoxischen CSB-Abbau Vorwahl V D /V BB Überschussschlammanfall zu denitrifizierendes Nitrat S NO3,D OV für C-Abbau OV C,D Vergleich von O2-Verbrauch und O2-Dargebot = 1 Ende der Iteration 1

19 Berechnung der Schlammmasse Ermittlung von V BB ÜS d = ÜS d,c + ÜS d,p Aus CSB-Bilanz und P-Bilanz (Fällung) t TS = V M TS,BB BB x TSBB Q ÜS, d x TS ÜS ÜS d Schlamm-Masse im Belebungsbecken Überschußschlammanfall pro Tag V BB = M TS,BB / TS BB Abgestimmt auf Nachklärbecken!

20 Bemessung je nach Verfahren (Stickstoffelimination) Neu: Auch Verfahrenskombination vorgeschaltete Deni. und simultane / intermittierende Denitrifikation.

21 Nachklärung Neue Funktionszonen Hauptströmungsrichtungen h 1 h 23 h 4 Klarwasserzone Übergangs- und Pufferzone bisher: Trenn- und Rückströmzone h 2 bzw. Dichtestrom- und Speicherzone h 3 Eindick- und Räumzone

22 Einlaufbauwerk (1) Erhöhte AFS- Werte im Ablauf Festlegung Volumen Einlaufbauwerk Festlegung UK Einlaufschlitz

23 Einlaufbauwerk (2) Vorgaben für Geschwindigkeit im Eintrittsquerschnitt ins Becken Einleitung über die ganze verfügbare Breite/Umfang in horizontaler Richtung Eintrittsbereich möglichst tief (Eindick-/Räumzone), aber mind. 1,0 1,5 m über Trichteroberkante Aufenthaltszeit im Mittelbauwerk: mind. 1 Minute bei mäßiger Geschwindigkeit (< 40 cm/s) Verbesserung der Flockungseffekte durch Vorgabe eines Geschwindigkeitsgradienten G

24 Klarwasserabzug/Ablauf Innen angeströmte Rinnen sind strömungstechnisch günstiger. Bei außen angeströmten Rinnen und Tauchrohren ist die Klarwasserzone zu erhöhen.

25 Betriebliche Hinweise (Kap.8) Zum Betrieb der Vorklärung (z.b. ÜS-Eindickung zusammen mit Primärschlamm) Schaum und Schwimmschlamm im Belebungsbecken (z.b. Tauchwände) Steuerung/Regelung interne Rezirkulation bei VDN. Nitritbildung! Hinweise zur biologischen P-Elimination Steuerung/Regelung des Rücklaufschlamms.

26 Zusammenfassung Teil Belebung Die statische Bemessung des Belebungsbeckens basiert nur noch auf einem CSB-Ansatz (Fraktionierung). Es können keine Ablaufkonzentrationen (z.b. NH 4 -N) ermittelt werden. ÜS-Schlammanfall und Sauerstoffbedarf werden aus einer geschlossenen CSB-Bilanz ermittelt (vergl. dynamische Simulation). Das Sicherheitskonzept für Nitrifikation wird aufgeteilt in Auswaschfaktor SF (fest) und Prozessfaktor PF (abhängig). Ermittlung des V D /V BB -Verhältnis erfolgt durch Iteration, möglich ist die Berücksichtigung des leicht abbaubaren CSB, einer ext-c-dosierung und Vergrößerung des V D /V BB -Verhältnis auf max. 60%.

27 Zusammenfassung Teil Nachklärung Modellhafte Aufteilung der Beckentiefe in drei Funktionszonen. Einlaufbauwerk hat große Bedeutung für die Leistungsfähigkeit und Funktion eines Nachklärbeckens (Nachweis/Dimensionierung). Die Nachteile von außen angeströmten Ablaufrinnen und tangential angeordneten Tauchrohre werden bei der Definition der Klarwasserzone berücksichtigt.

28 DWA-Arbeitsblatt A131? Auch ein Thema für Kläranlagen! Bei Bescheidsverlängerung wird Neuberechnung der Belebung mit DWA-Arbeitsblatt A131 (2016) erforderlich, daher im Vorfeld die richtigen Grundlagen ermitteln (Messprogramme durchzuführen): AFS im Zulauf Belebung( X TS ), inkl. organischer Anteil CSB im Zulauf Belebung: homogenisiert und filtriert ( X/S CSB ) CSB im Ablauf Nachklärung filtriert messen ( S CSB,inert,AN ) Ermittlung der Stickstoff-Schwankungen im Zulauf durch Messung von 2-h-Proben ( f N ) für Ermittlung PF! Berechnung des tatsächlichen Schlammalters im Betrieb und ggf. Abgleich mit Bemessungswerten durchführen.