Bemessung von kommunalen Kläranlagen

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1 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Bemessung von kommunalen Kläranlagen Grundlagen, Bemessungsansätze und -beispiele der biologischen und weitergehenden Abwasserbehandlung Prof. Dr.-lng. E Wolfgang Günthert Prof. Dr.-lng. Hanns Teichmann Dr.-lng. Peter Baumann Dr.-lng. habil. Jürgen Bever Dr.-lng. Bernd Dorias Dr. rer. nat. Tanja Gschlößl Prof. Dr.-lng. Helmut Kapp Dr.-lng. Werner Maier Prof. Dr.-lng. Norbert Matsche Dipl.-lng. Peter Schleypen Dr. Andreas Stein Dr.-lng. Eberhard Steinle Prof. Dr.-lng. Andreas Strohmeier Dr.-lng. Burghard Teichgräber Mit 100 Bildern, 45 Tabellen und 227 stellen Kontakt Studium Band 510 Herausgeber: Prof. Dr.-lng. Wilfried J. Bartz Technische Akademie Esslingen Weiterbildungszentrum DI Elmar Wippler expert verlag

2 Inhaltsverzeichnis Einführung und wasserrechtliche Grundlagen F. W. Günthert Einführung Stand der Abwasserbehandlung Rechtliche Anforderungen an den Bau und Betrieb von kommunalen Kläranlagen Schlußbemerkung Allgemeine Grundlagen der biologischen Abwasserreinigung T. Gschößl Biologische Abwasserreinigung - ein ökologisches System? Stoffkreisläufe in Boden und Wasser: Kohlenstoff - Stickstoff - Phosphor Kreislauf des Kohlenstoffes Kreislauf des Stickstoffes Kreislauf des Phosphors Symbiose der Kreisläufe bei der biologischen Abwasserreinigung Abwasser - Herkunft und Beschaffenheit Abwasserinhaltsstoffe und deren Analytik Leicht- und schwerabbaubare Substanzen Analytik der Abwasserinhaltsstoffe Mikroorganismen und biologische Abwasserreinigung Das Mikroskopische Bild Merkmale der Belebtschlammflocke Einzeller (Protozoen) Bakterien Physiologische Eigenschaften Morphologische Merkmale Spezifische Betriebsprobleme durch Bakterien Geißeltierchen (Flagellaten) Wimpertierchen (Ciliaten) Mehrzeller (Metazoen) 2.6 Biochemische Mechanismen

3 Enzymatische Abbaureaktionen Einteilung der Enzyme und Aktivitätsbegriffe Kinetik enzymatischer Reaktionen Enzymatische Analyse bei der biologischen Abwassereinigung Wachstumskinetik von Bakterien Bakterienwachstum in statischer Kultur Bakterienwachstum in kontinuierlicher Kultur Das Belebungsverfahren Vergleich zwischen volldurchmischten Becken, Reaktoren mit Propfenströmung und Festbettreaktoren Stoffwechselprozesse des aeroben Abbaues Abbau von Kohlehydraten Abbau der Fette Abbau der Proteine Stoffwechselprozesse des anaeroben Abbaues Abbau der Kohlenstoffverbindungen Hydrolyse und Versäuerung Acetogene und methanogene Phase Oxidation und Elimination der Stickstoffverbindungen Oxidation von Ammoniumverbindungen (Nitrifikation) Reduktion von Nitrat zu molekularem Stickstoff (Denitrifikation) Biologische Phosphorelirnination Grundlagen der Stickstoffelimination N. Matsche Allgemeines Nitrifikation Mikrobiologie Wachstumsrate von nitrifizierenden Bakterien Einfluß der Temperatur Einfluß von gelöstem Sauerstoff Einfluß der NH4-N-Konzentration Alkalität und phwert Einfluß von Hemmstoffen Absterberate ba Nitrifikation bei der Abwasserreinigung Kontinuierliche Fermentation und Wachstum von Nitrifikanten Grundlagen der Bemessung für nitrifizierende Belebungsanlagen 60 Denitrifikation 62 Grundlagen der Denitrifikation 62 Denitrifikation bei der Abwasserreinigung 63 verzeichnis 68

4 Verfahrenstechnische Aspekte bei der Abwasserreinigung - Belebungsanlagen - P. Schleypen Einführung Grundlagen der Verfahrenstechnik Verfahrensbeschreibung und Reinigungsziele Generelle Anforderungen Begriffe, Betriebs- und Bemessungsparameter Zu- und Abflüsse Frachten Kennwerte für den belebten Schlamm und das Belebungsbecken Kennwerte für die Bedingungen in der Nachklärung Gegenseitige Abhängigkeiten der Reinigungsziele - Prioritäten Verfahrenstechnische und konstruktive Details Durchströmung Belüftung und Umwälzung Messen, Steuern, Regeln Zukunft des Belebungsverfahrens verzeichnis Nachklärbecken, Verfahren und Bemessung F. W. Günthert Einführung Feststoffabtrennung durch Sedimentation in Nachklärbecken Anforderungen und Reinigungsleistung Verfahren der Nachklärung im Zusammenhang mit dem Belebungsbecken Bemessung von Nachklärbecken von Belebungsanlagen Beckenoberfläche Rücklaufschlamm konzentration Rücklaufverhältnis Beckentiefe Hinweise für die Gestaltung und Ausrüstung der Nachklärbecken 103 Beckenkonstruktion 104 Schlammräumung und -rückführung 104 Ablaufgestaltung, getauchte Ablaufrohre 107 verzeichnis 108 Bemessung von Belebungsanlagen nach A H. Kapp Anwendungsbereiche und Berechnungen Bemessung für Nitrifikation Nitrifikation und Denitrifikation Stickstoff bilanz

5 N-Gehalte im Ablauf Ü berschußschlammproduktion Feststoffgehalt im Belebungsbecken Ermittlung des Belebungsbeckenvolumens Sauerstoffbedarf, Sauerstoffzufuhr Beispiel - vorgeschaltete Denitrifikation Dynamische Simulation von Belebungsanlagen E. Steinle Simulationsmodelle Nr.1 und Nr.2 der IAWQ Dynamische Simulation und statische Bemessung Anforderungen an die Eingangswerte und an den Anwender Anforderungen an die Eingangswerte Anforderungen an den Anwender Anwendungsbeispiel Aufgabenstellung Anlagenbeschreibung, Betriebsweicen Anpassung der wichtigsten Modellparameter Belastung und Belastungsszenarien Ergebnisse der Simulationsläufe Szenario 1 - Bemessungslast bei 9 "C, Betriebsweise B Szenario 2 - Bemessungslast Prognose nach Schwachlastperiode Szenario 3 - Bemessungslast mit Stickstoffspitze Anlagenkonfiguration C* Überprüfung der Verdichterauslegung Weitere Anwendungsmöglich keiten und Ausblick angaben Tropfkörperverfahren mit Stickstoffelimination B. Dorias Herkömmliche verfahrenstechnische Konzepte zur Stickstoffelimination mit Tropfkörpern Einstufige Tropfkörperanlagen, simultane Denitrifikation Zweistufige Anlage mit aerob betriebenen Tropfkörpern in der ersten Stufe Nachgeschaltete Denitrifikation Nachgeschaltete Denitrifikation mit dem Belebungsverfahren Nachgeschaltete Denitrifikation mit Biofilmreaktoren Schlußfolgerungen

6 Vorgeschaltete Denitrifikation mit einer anoxischen Belebungsstufe und Nitrifikation mit Tropfkörpern in der zweiten Stufe Vorbemerkung Untersuchungsergebnisse Bemessung Empfehlungen zum Ausbau einer Kläranlage Vorgeschaltete Denitrifikation im abgedeckten Tropfkörper Vorbemerkung Untersuchungsergebnisse Bemessung Empfehlungen zum Ausbau einer Kläranlage und Ausblick verzeichnis Bemessung von kommunalen Kläranlagen - Anlagen mit getauchtem Festbett J. Bever Allgemeine Verfahrensbeschreibung Einsatzmöglichkeiten Hinweise zur Bemessung Grundlagen der Phosphorelimination B. Teichgräber, A. Stein Einführung Phosphor im Abwasser Fällung Chemische Grundlagen Fällmiitel Verfahrenstechnik der Fällung Prozeßparameter Phasentrennung Fällungsverfahren Vorfällung Simultanfällung Nachfällung Zweipunktfällung 10.4 Vermehrte biologische Phosphorelimination Biologische Grundlagen Phosphatentfernung aus dem Abwasser Phosphatkreislauf Rückwirkungen auf die Verfahrenswahl der Abwasserreinigung

7 Verfahren zur vermehrten biologischen Phosphorelimination Hauptstromverfahren Nebenstromverfahren 10.5 Steuerung bei der chemischen Fällung und kombinierten Verfahren 10.6 Kosten 10.7 Ausblick Phosphorelimination, Grundlagen und Auslegung von Fällungsanlagen P. Baumann 11.1 Grundlagen der chemischen Phosphatelimination Allgemeines Fällung/Flockung Wirkungsmechanismen ß-Wert Säurekapazität Schlammvolumen 11.7 Suspensaentnahme 11.8 Aufsalzung 11.2 Auslegung von Fällungsanlagen Ermittlung des mittleren Fällmittelbedarfes Eisen- und Aluminiumverbindungen Kalkhydrat Bemessung der Lagerbeälter Bemessung der Dosiereinrichtungen Dosieraggregate bei chemischer Fällung mit Metallsalzen oder Natriumaluminate Dosieraggregate bei chemischer Fällung mit Kalkhydrat Dosieraggregate bei einer Entlastungsfällung Fäll-/FlockungsmitteIdosierung vor eine Flockungsfiltration Auslegung von Fällungsreatoren 11.3 Berechnung der Überschusschlammproduktion Allgemeines Schlammanfall durch chemische Fällung mit Metallsalzen oder Natriumaluminate Schlammanfall durch chemische Fällung mit Kalk MSR-Technik Richtlinien der ATV zur Phosphatelimination (Stand 1/97) Bemessungsbeispiel

8 Auslegung von Belebungsanlagen zur biologischen Phosphor-Elimination W. Maier Grundlagen der Bio-P Bemessungsverfahren Allgemeines Bemessung nach ATV-Arbeitsbericht Bemessung nach Kontaktzeit Bemessung nach anaerober Schlammfraktion Weitere Bemessungsansätze Bemessung nach ATV-Merkblatt M 208 Fazit der bisher vorgestellten Bemessungsverfahren Bemessung nach Wentzel/Scheer Maßnahmen zur Verbesserung der Randbedingungen Filtrationsanlagen A. Strohmeier Vorbemerkungen Entscheidungskriterien zum optimierten Einsatz der Filtration Abwasserspezifische Ausgangssituation Filtrationsspezifische Prozeßvorgänge Aufgabenbereiche der Filtration Filtrationcysteme in der Praxis Filtration zur Feststoffelimination I Überstaute Raumfilter Flächenfilter Filtration zur Restphosphorentfernung Filtration zur Entfernung schwer elimierbarer Stoffe Biologische Filtration zur Restnitrifikation und Restdenitrifikation Biologische Filtration zur Restnitrifikation Biologische Filtration zur Rest-Denitrifikation Biologische Filtrationsverfahren als Ersatz der Biologie Übersicht zur Leistungsfähigkeit und Bemessung der Filtrationsysteme Sachregister 268