Bauingenieurwesen Abwasser- und Abfalltechnik

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1 Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät Bauingenieurwesen Abwasser- und Abfalltechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. Horst Görg Übung: Thema: Berechnung eines Belebungsbeckens Modul Abwasseraufbereitung Die biologische Stufe einer Kläranlage mit Phosphatfällung soll bemessen werden. In einer Vorklärstufe wird das Abwasser (0,5-1,0h) mechanisch vorgereinigt. Als Verfahren wird eine simultane Denitrifikation gewählt! Die Phophatelimination wird mit Simultanfällung (Eisensulfat) durchgeführt. Gegeben: Einwohnerwerte EW = Einwohner Schmutzwassermenge q sh,x = 4 l/s 1000*Ew Stundenspitze x = 10 Fremdwasser Q f = 50 % von Q s,h Mischwasser Q m = 2 * Q sx + Q f24 Desweiteren sind die Standardwerte aus ATV-A 131 zu verwenden. Gesucht: a) Beckenabmessungen b) Bemessung der Belüftungsanlage

2 Übung: Für W-Vertiefer Abwassertechnik: Berechnung eines Belebungsbeckens Lösung: Siehe Schneider BT 16. Auflage Berechnung der Zulaufwassermengen: Maßgebend: tägl. Trockenwetterzufluß zum Belebungsbecken Q t,d = Q s + Q f Q s,d = 0,004 l/s*e * E*3,6*10 = m³/d Q f,d = 0,002 l/s*e * E*3,6*24 = m³/d Q t,d = = m³/d Schmutzfrachten nach Vorklärung 0,5-1,5 h: (Spezifische Schmutzfrachten BT in g/(e*d)) t in [h] BSB 5 CSB TS TKN P Rohabwasser ,8 0,5 1, ,6 1,5 2, ,6 B d,csb : 90 g/exd * E = kg/d B d,bsb5 : 45 g/exd * E = 900 kg/d B d,ts : 35,0 g/exd * E = 700 kg/d B d,p : 1,6 g/exd * E = 32 kg/d B d,tkn : 10 g/exd * E = 200 kg/d CSB/BSB 5 = 2,0 TKN/BSB 5 = 0,22 < 0,25

3 Stickstoffbilanz: Ermittlung der Denitrifikationskapazität S NO3,D = C N,ZB - S orgn,an S NH4 S NO3,AN X orgn,bm Stickstoffzulaufkonzentration: C N,ZBs = C TKN = B d,tkn * 1000 / Q t,d = 200 kg/d * 1000 / m³/d = 32 mg/l organischer Stickstoffanteil im Ablauf S orgn,an = 2 mg/l (Immer!) Anorganischer Stickstoffanteil im Ablauf (einzuhaltender Grenzwert) S NO3,AN = 12 mg/l (da in der 2h Mischprobe 18 mg/l ) Ammoniumanteil im Ablauf S NH4 = 0 mg/l Stickstoffverbleib im Überschusschlamm: X orgn,bm = 5% der BSB 5 - Konzentration C BSB5 = B d,bsb5 * 1000 / Q t,d C BSB5 = kg /d * 900 /6.336 m³/d = 142 mg/l X orgn,bm = 0,05 * 142 mg/l = 7 mg/l S NO3,D = C N,ZB - S orgn,an S NH4 S NO3,AN X orgn,bm = 32 ( ) = 11 mg/l Aus Tabelle BT : S NO3,D / C BSB5 = 11 / 142 = 0,077 Ablesung: V D /V BB = 0,25 Aus Tabelle BT Ablesung: t TS = 11 d (Bemessungstemperatur 12 C) X TS / C BSB5 = 700 / 900 = 0,777 Aus Tabelle BT Ablesung: ÜS C,BSB5 = 0,86 kg TS /kg BSB 5 ÜS d,c = ÜS C,BSB5 * B d,bsb5 = 0,86 kg TS /kg BSB 5 * 900 kg BSB 5 /d = 774 kg TS /d

4 Fällung mit Eisensalz ÜS d,p = Q d * (3*X P,Bio +6,8*X P,Fäll,Fe +5,3 X P.Fäll,AL ) / oder ÜS P = 6,8 * B d,p = 6,8 * 32 = 217,6 kg TS/d ÜS d = ÜS d,c + ÜS d,p = = 991 kg TS/d Aus Tabelle BT Ablesung: TS BB = 3,0 kg/m³ (gewählt: ausgehend von NK-Bemessung) M TS = t TS *ÜS d = 11d*991 kg TS/d = kg TS Volumen: V BB = M TS / TS BB = kg / (3,0 kg /m³) = = m³ V D = V BB * 0,25 = 908 m³ = 950 m³ (anaerob) V C,N = V BB - V D = = m³ (aerob)

5 Berechnung des Sauerstoffverbrauchs: a) Nitrifikation bei 10 C Erforderliche Sauerstoffzufuhr in kg O 2 / h mit O 2 -Sättigungskonzentration C s : C s = 2234,34 / (T + 45,93) 1,31403 = 2234,34 / ( ,93) 1,31403 = 11,29 mg /l Erforderlicher O 2 -Gehalt C x je nach Verfahren: C x = 2,0 vorgeschaltete Denitrifikation Sauerstoffverbrauch für die Tagesspitze für Kohlenstoffelemination: OV d,c = B d,bsb * OV C,BSB Aus Tabelle BT Ablesung für 10 C und t TS = 12 d OV C,BSB = 1,22 kg O 2 / kg BSB 5 OV d,c = 900 kg/d * 1,22 kg O 2 / kg BSB 5 = kg O 2 /d Sauerstoffgewinn aus Denitrififkation OV d,d = - Q d * 2,9 S NO3,D OV d,d = 0 (Lastfall keine Deni!).. für Nitrifikation OV d,n = Q d * 4,3 * (S NO3,D - S NO3,ZB + S NO3,AN ) / 1000 mit S NO3,D = 11 mg/l (Denitrifikationskapazität; s.o.) S NO3,ZB = 0 (Kein Nitrat im Zulauf zur Belebung!) S NO3,AN = 12 mg/l (Nitrat im Ablauf der Nachklärung; s.o.) OV d,n = * 4,3 * ( ) / = 626,63 kg O 2 / d

6 Aus Tabelle BT Stoßfaktoren (alternativ) angesetzt! Ablesung für t TS = 12 und EW = f c = 1,18 f n = 2,30 = (1,18 oder 1,0 * ( ) + 1,0 oder 2,3 * 626,65) / 24 = 80 oder 105,8 kg O 2 / h = 11,29 * 105,8 / (11,29 2,0) = 128,58 kg O 2 / h b) Denitrifikation und Nitrifikation bei 10 C C S = 11,29 mg / l s.o. C x = 2,0 s.o. f c, f n s.o. für Kohlenstoffelemination: OV d,c = kg O 2 /d s.o., da Temp. = 10 C Sauerstoffgewinn aus Denitrififkation OV d,d = - Q d * 2,9 S NO3,D = * 2,9 * 11 = -202,1 kg O 2 / d.. für Nitrifikation OV d,n = 626,3 kg O 2 / d (s.o.) = (1,18 oder 1,0 * ( ,1) + 1,0 oder 2,3 * 626,65) / 24 = 70,1 oder 97,4 kg O 2 / h = 11,29 * 97,4 / (11,29 2,0) = 118,40 kg O 2 / h

7 c) Denitrifikation und Nitrifikation bei 20 C C s = 2234,34 / (T + 45,93) 1,31403 = 2234,34 / ( ,93) 1,31403 = 9,10 mg /l C x = 2,0 s.o. f c, f n s.o. für Kohlenstoffelemination: OV d,c = B d,bsb * OV C,BSB Aus Tabelle BT Ablesung für 20 C und t TS = 12 d OV C,BSB = 1,54 kg O 2 / kg BSB 5 OV d,c = 900 kg/d * 1,54 kg O 2 / kg BSB 5 = kg O 2 /d Sauerstoffgewinn aus Denitrififkation OV d,d = -202,1 kg O 2 / d (s.o.).. für Nitrifikation OV d,n = 626,3 kg O 2 / d (s.o.) = (1,18 oder 1,0 * ( ,1) + 1,0 oder 2,3 * 626,65) / 24 = 84,32 oder 109,4 kg O 2 / h = 9,10 * 109,4 / (9,10 2,0) = 140,22 kg O 2 / h maßgebend ist c) Denitrifikation und Nitrifikation bei 20 C Der tägl. O 2 -Bedarf = erf. α OC * 24 = 24 * 140,22 = 3365 kg O 2 / d