Klärtechnische Berechnung. Kläranlage. Plütscheid E + EW

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1 Klärtechnische Berechnung Kläranlage Plütscheid E + EW Seite 1 von 21

2 1. Grunddaten Anschlusswert: 310 Einwohner Interne Rückbelastung: 23 Einwohnergleichwerte 1.1 Abwasserzufluss Kommunales Abwasser Spezifischer Schmutzwasseranfall: ws,d = 125,00 l/(e*d) QS,aM = EZ * ws,d Schmutzwasserabfluss im Jahresmittel: 0,45 l/s 1,61 m3/h Spezifischer Fremdwasseranfall: qf = 75,00 % Stundenmittel für Fremdwasser: 24,00 h/d Fremdwasseranfall: QF,aM = 0,34 l/s = 1,21 m3/h Trockenwetterabfluss im Jahresmittel: QT,aM = 0,78 l/s 2,83 m3/h 67,81 m3/d Divisor für die Tagesspitze: xqmax = 8,17 h/d QT,h,max = QF,aM + 24 * QS,aM xqmax Tagesspitze bei Trockenwetter im Jahresmittel: QT,h,max = 1,65 l/s 5,95 m3/h Seite 2 von 21

3 Entwässerung im Mischsystem Faktor für Mischwasserzufluss: fs,qm = 7,50 QM = fs,qm * QS,aM + QF,aM l/s Mischwasserabfluss: QM = 3,70 l/s 13,32 m3/h 1.2 Abwasserverschmutzung Die stündlichen Mengen sind mit den Stundenmitteln für Schmutzwasser und Fremdwasser berechnet. Abwasserverschmutzung g/(e*d) kg/d mg/l BSB5-Kommunal 60,00 18,60 274,29 TSo-Kommunal 70,00 21,70 320,00 TKN-Kommunal 11,00 3,41 50,29 P-Kommunal 1,80 0,56 8, Interne Rückbelastung Stundenmittel für interne Rückbelastung: 8,0 h/d Berechnen der Trübwassermengen BSB5-Fracht: 18,60 kg/d ÜS-Produktion (Abschätzung): 1,00 kgts/kgbsb5 Überschussschlammmenge (Abschätzung): TS im Überschussschlamm: Überschussschlamm (Abschätzung): TS nach Entwässerung: 18,60 kgts/d 10 kg/m³ 1,86 m³/d 40 kg/m³ Seite 3 von 21

4 Trübwassermenge: 1,40 m³/d Konzentrationen und Frachten mg/l kg/d BSB5-Rückbelastung 1.000,00 1,40 CSB-Rückbelastung 2.000,00 2,79 TKN-Rückbelastung 200,00 0,28 NO3-Rückbelastung 0,00 0,00 P-Gesamt-Rückbelastung 50,00 0, Gewähltes Verfahren Berechnungsverfahren - Berechnung der Biologie nach DWA A226 - Berechnung der Nachklärung nach DWA A226 Reinigungsverfahren - Belebungsverfahren - Simultane aerobe Schlammstabilisierung - Intermittierende Denitrifikation - Getrennte Umwälzung und Belüftung Gewählte Bauform - Trichterbecken - Ringförmig um die Nachklärung angeordnete Belebung 2. Biologische Stufe 2.1 Belebungsbecken Belebungsanlage mit intermittierender Denitrifikation Seite 4 von 21

5 Die Belüftung wird intermittierend betrieben. Abwasserverschmutzung g/(e*d) kg/d mg/l BSB5-Kommunal 60,00 18,60 274,29 BSB5-Rückbelastung 1, ,00 BSB5-Gesamt 20,00 288,91 TSo-Kommunal 70,00 21,70 320,00 TSo-Gesamt 21,70 313,55 TKN-Kommunal 11,00 3,41 50,29 TKN-Rückbelastung 0,28 200,00 TKN-Gesamt 3,69 53,30 P-Kommunal 1,80 0,56 8,23 P-Rückbelastung 0,07 50,00 P-Gesamt 0,63 9,07 Qd,konz: 69,21 m3/d Dimensionierung der Belebung Schlammbelastung: BTS = 0,03 kgbsb5/(kg*d) Trockensubstanzkonzentration: TSBB = 3,36 kgbsb5/(m³*d) Raumbelastung: BR = 0,12 kgbsb5/(m³*d) Überschußschlammproduktion aufgrund der Phosphatelimination: üsp = 0,080 kgts/kgbsb5 Ergebnis der Bemessung ÜSP = 1,60 kgts/d Spezifische Überschussschlammproduktion: üsc+üsp = 1,08 kgts/kgbsb5 Seite 5 von 21

6 ÜSC+ÜSP = 21,59 kgtsbsb5 Schlammalter: tts = 20,00 0,66 tts = Bd,BSB5 ÜSB*BTS = 25,00 d Schlammmenge: MTSBB = tts * ÜSd = 539,87 kg XCSB,ÜS = XCSB,inert,ZB + XCSB,BM + XCSB,inert,BM [mg/l] XCSB,BM = [mg/l] CCSB,abb,ZB * Y + CCSB,dos * YCSB,dos 1 + b * tts * FT Vergleich Sauerstoffzehrung zu Sauerstoffangebot: Erforderliches Volumen: Vmin Vmin = 539,9 3,36 Vmin = MTSBB TSBB = 169,60 m3 fbb = 547 l/ew davon anaerobes Volumen aufgrund biologischer Phosphatelimination: Anaerobe Kontaktzeit: 8,92 m³ 1,00 h Gewählte Abmessungen des Belebungsbeckens Außendurchmesser: DBBa = 8,00 m Innendurchmesser: DBBi = 5,25 m Wassertiefe: WT = 5,10 m Volumen: VBB = 202,36 m³ Seite 6 von 21

7 Volumen (pro Einwohnergleichwert): 652,77 l/ew Aufenthaltszeit Rücklaufverhältnis bei Trockenwetter: RV(Qt) = 1 Trockenwetterzufluss: Qtd = 69,21 m³/d trmin = VBB Qtd*(1+RV) = 1,462 d = 35,09 h Nachweis Raumbelastung (ohne Anaerobvolumen): BR = 20,00 kgbsb5/d 193,44 m³ = 0,103 kg/(m³*d) Raumbelastung (mit Anaerobvolumen): BR = 20,00 kgbsb5/d 202,36 m³ = 0,099 kg/(m³*d) Schlammbelastung (ohne Anaerobvolumen): BTS = 0,103 kgbsb5/(m³*d) 3,36 kg/m³ = 0,031 kg/(kg*d) Schlammbelastung (mit Anaerobvolumen): BTS = 0,099 kgbsb5/(m³*d) 3,36 kg/m³ = 0,029 kg/(kg*d) Sauerstoffbedarf / Intermittierende Denitrifikation Die Berechnung des Sauerstoffbedarfs erfolgt nach DWA A 226.: Seite 7 von 21

8 Sauerstofflast nach DWA A 226: OB = 2,50 kgo2/kgbsb5 Erforderliche Sauerstoffzufuhr unter Betriebsbedingungen in belebtem Schlamm: Intermittierende Denitrifikation: alpha-oc = alpha-sotr = OB * Bd,BSB 24 alpha-oc = \alpha-sotr = OB * Bd,BSB 24 * (1-tD/(tD+tN)) alpha-oc = alpha-sotr = 2,5 * 19, * (1-0,35) = 3,20 kg/h Sauerstoffzufuhr in Reinwasser unter Standardbedingungen: Sauerstoffzufuhr - belebter Schlamm/Reinwasser: = 0,65 kgo2/kgbsb5 OC = SOTR = alpha-oc alpha OC = SOTR = 3,20 0,65 = 4,93 kg/h Erforderliche stündliche Luftmenge Eintragstiefe: He = 4,80 m Sauerstoffausnutzung (Getrennte Umwälzung und Belüftung): in Reinwasser unter Standardbedingungen: SSOTR = 18,00 go2/(nm³*m) Erforderliche stündliche Luftmenge: QL,St = OC * 1000 SSOTR * He Seite 8 von 21

9 4,93 * 1000 QL,St = 18 * 4,8 = 57,10 m³/h Druckverlust in den Leitungen: Gegendruck für die Auslegung der Gebläse: 150,00 mbar 630,00 mbar Technische Ausrüstung Belebungsbecken Belüftung Verdichter: Drehkolbengebläse Gebläse: Gebläseauswahl 1 Maschinendaten Anzahl der Aggregate: Fördermenge je Aggregat pro Becken: Fördermenge Gesamt pro Becken: Fördermenge Gesamt (1 Becken): 1 Stück 78,00 m³/h 78,00 m³/h 78,00 m³/h Nennleistung: Leistungsaufnahme: Gegendruck: 4,00 kw 3,10 kw 700,0 mbar Belüftung: Membranbelüfter Maximale Belüfterbeaufschlagung: 12,00 m³/(m*h) Notwendige Gesamtlänge: Anzahl Belüftergitter: Anzahl Belüfterkerzen je Gitter: Effektive Belüfterlänge, je Kerze: Effektive Gesamtlänge: 6,50 m 2 Stück 4 Stück 1,00 m 8,00 m Seite 9 von 21

10 Umwälzaggregate Notwendiger spezifischer Energieeintrag: Notwendiger Energieeintrag: 3,00 W/m³ 607 W Maschinendaten Anzahl der Aggregate: Nennleistung: Leistungsaufnahme: Rührwerksdurchmesser: 1 Stück 1,50 kw 0,61 kw 370,0 mm Phosphatelimination Biologische Phosphatelimination (Auslegung): 50 % Ermittlung der zu fällenden Phosphatfracht Zulaufende Fracht: In die Biomasse eingebauter Phosphor XP,BM: Vermehrte biologische P-Elimination XP,bioP: Ablaufende P-Fracht (1,0 mg/l): 0,63 kg/d 0,005 kg/kg 50,000 kg/kg 0,07 kg/d Zu fällende P-Fracht (Auslegung): 0,25 kg/d Erforderliche tägliche Fällmittelmenge Fällmittel: AlCl3 Molverhältnis: = 1,50 molal/molp Verhältnis der Molekulargewichte: Al/P = 0,87 Notwendige Aluminiummenge (Auslegung): PO4-P * Al/P * = 0,32 kg/d Seite 10 von 21

11 Tägliche Dosiermenge (40 % Aluminiumchloridlösung): 3,96 kg/d Dichte der Lösung: = 1,50 kg/l Erforderliche Aluminiumsalzmenge (Auslegung): 2,64 l/d Überschussschlammanfall aufgrund der Phosphatelimination Spezifischer Überschussschlammanfall (gesamt): ÜSp = 0,080 kgts/kgcsb Spezifischer Überschussschlammanfall (biologische P-Elimination, 3 gts/gbiop): 50,000 kgts/kgcsb Täglicher Überschussschlammanfall: 1,60 kg/d Anteil der TS am Belebtschlamm: TSp = 0,25 kg/m³ 2.2 Vertikal durchströmtes Nachklärbecken Baulicher Teil Die Berechnung erfolgt nach Arbeitsblatt A226. Abwasserzufluss m³/d m³/h l/s Schmutzwasser Qh 38,75 4,74 1,32 Fremdwasser Qf 29,06 1,21 0,34 Trockenwetter Qt 69,21 5,95 1,65 Regenwetter Qm 13,32 3,70 Trübwasser 1,40 0,17 0,05 Maximale Schlammvolumenbeschickung: qsvmax = 650,0 l/(m²*h) Schlammvolumenindex: ISV = 125,0 ml/g Rücklaufverhältnis: RV = 0,50 Seite 11 von 21

12 Eindickzeit: te = 2,00 h Räumfaktor: fr = 1,00 Vergleichsschlammvolumen: VSV = TSBB * ISV = 420,0 ml/l TSBB = RV * TSRS 1 + RV Trockensubstanzkonzentration: TSBB = 3,36 kg/m³ TS-Konzentration an der Beckensohle: TSBS = 10,08 kg/m³ TS-Konzentration im Rücklaufschlamm: TSRS = 10,08 kg/m³ Berechnung der Oberfläche Maximale Flächenbeschickung: qamax qa = qa = qsv TSBB * ISV 650 3,36*125 qamax = 1,55 m/h Erforderliche Oberfläche: ANB = Qbem qa ANB = 13,32 1,55 Erforderliche Oberfläche: ANB = 8,72 m² Durchmesser des Zulaufdükers: ddüker = 0,61 m Zusätzliche Oberfläche des Zulaufdükers: ADüker = 0,29 m² Erforderliche Gesamtoberfläche: ANB,theo = 9,01 m² Erforderlicher Durchmesser: DNB,theo = 3,39 m Gesamthöhe: hges = 5,34 m Seite 12 von 21

13 Zylinderhöhe: hz = 1,00 m Trichterhöhe: ht = 4,34 m Gewählte Abmessungen Gewählter Durchmesser: DNB = 5,25 m Gewählte Gesamtoberfläche: ANBges = 21,65 m² Gewählte Oberfläche Nachklärbecken: ANB = 21,36 m² Berechnung der Wassertiefe Höhe des trichterförmigen Teils: ht = 4,20 m Unterer Trichterdurchmesser: 0,40 m Höhe des zylindrischen Teils: hz = 0,88 m Trichterwinkel: = 60 Gesamthöhe: h = 5,08 m Volumen (ohne Einlaufdüker): VNB = 51,40 m³ Nachweis der Aufenthaltszeit: VNB/Qm = 3,81 h Technische Ausrüstung Nachklärbeckenzulauf Tauchrohre Anzahl der Tauchrohre: Länge eines Tauchrohres: Gesamtlänge der Tauchrohre: Abstand der Löcher: Durchmesser der Löcher: Anzahl der Löcher: Gesamtoberfläche der Löcher: 4 Stück 1,9 m 7,5 m 57,5 cm 25,0 mm 13 Stück 63,8 cm² Seite 13 von 21

14 Durchmesser der Tauchrohre: Gesamtquerschnitt der Tauchrohre: Fließgeschwindigkeit in den Tauchrohren: 100,0 mm 314,2 cm² 0,1 m/s Ablaufrohr Fließgeschwindigkeit: Durchmesser des Ablaufrohres: 1,0 m/s 69 mm 2.3 Rücklaufschlammpumpwerk Abwasserzufluss m³/d m³/h l/s Schmutzwasser Qh 38,75 4,74 1,32 Fremdwasser Qf 29,06 1,21 0,34 Trockenwetter Qt 69,21 5,95 1,65 Regenwetter Qm 13,32 3,70 Trübwasser 1,40 0,17 0,05 Bemessungswerte Maximales Rücklaufverhältnis bei Regenwetter: 1,00 Maximaler Rücklaufschlammförderstrom bei Regenwetter: 13,32 m³/h Maximales Rücklaufverhältnis bei Trockenwetter: 1,12 Maximaler Rücklaufschlammstrom bei Trockenwetter: 6,66 m³/h Dimensionierung Förderaggregate Maximales Rücklaufverhältnis: 1,50 Maximaler Rücklaufschlammstrom: 19,98 m³/h Förderaggregat: Kreiselpumpe Seite 14 von 21

15 Maschinendaten Anzahl der Aggregate: Fördermenge je Aggregat: Nennleistung: Leistungsaufnahme: Förderhöhe: 1 Stück 14,54 m³/h 1,50 kw 0,90 kw 1,5 m 2.4 Überschussschlamm Täglicher Überschussschlammanfall: Feststoffkonzentration: 2,70 m³/d 8,00 kg/m³ Seite 15 von 21

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17 Betriebskostenberechnung 1. Energiekosten Pumpwerke Energiebedarf für die Abwasserförderung: E = Q * H * espez kwh/a Q Mittlere Fördermenge m³/h H Förderhöhe inkl. Verluste m espez Spezifischer Stromverbrauch Wh/(m3*m) Angenommene Regenhäufigkeit für den Mischwasserzufluss: 0,20 mittlere espez Förderhöhe Fördermenge Stromverbrauch Rücklaufschlamm Kreiselpumpe 5,5 Wh/(m3*m) 1,50 m2,49 m³/h 180 kwh/a Überschussschlamm Kreiselpumpe 5,5 Wh/(m3*m) 5,00 m0,18 m³/h 43 kwh/a Sonstige Aggregate tägliche Anzahl Leistung Laufzeit Stromverbrauch Mechanische Reinigungsstufe Siebschnecke 1 1,50 kw 1,00 h/d 548 kwh/a Sandförderschnecke 1 1,50 kw 1,00 h/d 548 kwh/a Sandklassierer 1 1,50 kw 1,00 h/d 548 kwh/a Biologische Stufe Gebläse 1 1 4,00 kw 14,22 h/d kwh/a Seite 17 von 21

18 Rührwerke 1 1,50 kw 24,00 h/d kwh/a Jährlicher Gesamtstromverbrauch: ,00 kwh/a Spezifische Stromkosten: 0,200 Euro/kWh Jährliche Stromkosten: 3.858,74 Euro/a 2. Schlammentsorgung Rechengutanfall Spezifischer Rechengutanfall: Jährlicher Rechengutanfall: Spezifische Entsorgungskosten: Jährliche Entsorgungskosten: 12,00 l/(e*a) 3,72 m³/a 150,00 Euro/m³ 558,00 Euro/a Sandanfall Spezifischer Sandanfall: Jährlicher Sandanfall: Spezifische Entsorgungskosten: Jährliche Entsorgungskosten: 12,00 l/(e*a) 3,72 m³/a 150,00 Euro/m³ 558,00 Euro/a Schlammentsorgung Trockensubstanzgehalt eingedickt: Jährlicher Überschussschlammanfall: 320,00 kg/m³ ,35 kg/a 49,26 m³/a Spezifische Entsorgungskosten: Jährliche Entsorgungskosten: 25,00 Euro/m³ 1.231,59 Euro/a Gesamte jährliche Schlammentsorgungskosten: 2.347,59 Euro/a Seite 18 von 21

19 3. Phosphatfällung Jährlicher Fällmittelverbrauch: Spezifische Fällmittelkosten (40% AlCl3): 0,59 m³/a 100,00 Euro/m³ Jährliche Fällmittelkosten: 59,00 Euro/a 4. Personalkosten Jahreskosten je Arbeitskraft: Anzahl der Arbeitskräfte: Tägliche Arbeitszeit je Person: ,00 Euro/Person 1,0 Person 1,00 h/d Jährliche Personalkosten: 6.250,00 Euro/a 5. Zusammenstellung Energiekosten: Schlammentsorgung: Phosphatfällung: Personalkosten: 3.858,74 Euro/a 2.347,59 Euro/a 59,00 Euro/a 6.250,00 Euro/a Gesamtkosten der genannten Posten: ,33 Euro/a Spezifische Betriebskosten: 40,37 Euro/E/a Seite 19 von 21

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21 Schlammbehandlung - Schlammsilo Schlammsilo Anzahl der Schlammsilos: 2 Stück 1. Baulicher Teil Schlammlagerzeit: 360,00 d Überschussschlammanfall: 43,19 kg/d 0,8 % Eindickung: 5,40 m³/d 4,0 % Eindickung (gewählt): 1,08 m³/d 4,0 % Eindickung (pro Silo): 0,54 m³/d Nachweis Gewählte Abmessungen: Schlammspiegelhöhe: Freier Durchmesser: 5,05 m 7,00 m Nutzvolumen (pro Silo): 194,35 m³ Nutzvolumen (gesamt): 388,70 m³ Schlammlagerzeit: 194,35 m³ 0,54 m³/d = 360,00 d Seite 21 von 21