Der Abwasserzufluss aus dem Kanalnetz 4. Die mechanische Abwasserreinigung 5. Die erste biologische Reinigungsstufe (Hochlastbelebung) 7

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2 Inhalt Seite Einführung 3 Die Reinigung des Abwassers Der Abwasserzufluss aus dem Kanalnetz 4 Die mechanische Abwasserreinigung 5 Die erste biologische Reinigungsstufe (Hochlastbelebung) 7 Die zweite biologische Reinigungsstufe (Schwachlastbelebung) 8 Der Abwasserfilter 9 Die Behandlung des Klärschlamms Die Überschuss-Schlammeindickung 10 Die Schlammspeicherung 11 Die Schlammfaulbehälter 11 Die Faulschlammeindickung 12 Die Schlammentwässerung und die Schlammtrocknung 13 Die Verwertung des Klärgases 15 Die Trübwasserbewirtschaftung und die Trübwasserbehandlung 16 Anhang Technische Daten 18 Lageplan 19 Die Entwicklung des Klärwerks 1 20 Titelbild: Das Klärwerk 1 im Jahr

3 Einführung Aus dem Jahr 1908 stammt ein erstes Projekt für die Reinigung des Nürnberger Abwassers in einer Großkläranlage. Als Standort für diese Kläranlage war das Pegnitztal bei Muggenhof (der Standort des heutigen Klärwerks 1) vorgesehen. Diese ehrgeizige Planung wurde jedoch zunächst nicht weiterverfolgt. Vor allem der Bau der erforderlichen Zuführungskanäle wäre mit erheblichen Kosten verbunden gewesen. Da sich die Wasserqualität in der Pegnitz aber stetig verschlechterte, war die Einführung der Abwasserreinigung dringend geboten. Zunächst entstand deshalb die Kläranlage Süd am Auslauf des Südlichen Hauptsammlers in die Pegnitz (heute als Klärwerk 2 bezeichnet). Sie ging im Jahr 1913 in Betrieb und war die erste bayerische Großkläranlage. Im Jahr 1917 erstellte das städtische Tiefbauamt eine Entwässerungsplanung, die das gesamte damalige Stadtgebiet sowie die in Zukunft zu erwartenden Stadterweiterungen und Eingemeindungen betrachtete. Dort wurde das Projekt einer Kläranlage bei Muggenhof wieder aufgegriffen. Wegen der schlechten wirtschaftlichen Lage nach dem Ersten Weltkrieg konnte jedoch erst im Jahr 1929 mit den Bauarbeiten begonnen werden. Die Inbetriebnahme der Kläranlage Nord erfolgte im Januar Die Anlage bestand aus einem Rechen, vier rechteckigen Absetzbecken, acht Zellenfaulbehältern sowie fünf Schlammtrockenbeeten mit zusammen Quadratmetern Fläche. Der Sandfang, auf den zunächst verzichtet wurde, konnte im Lauf des Jahres 1932 fertig gestellt werden. In den 1950er Jahren kam die biologische Reinigung des Abwassers in Tropfkörpern hinzu. Im Jahr 1975 ging eine Belebungsanlage als zweite biologische Reinigungsstufe in Betrieb. Steigende Abwassermengen und wachsende Anforderungen an die Abwasserreinigung machten in den Folgejahren eine stetige Erweiterung des Klärwerks erforderlich. So gingen beispielsweise im Jahr 1995 die Anlagen zur Entfernung von Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser (Denitrifikation) in Betrieb. Im Jahr 2002 wurden die Tropfkörper durch eine Hochlastbelebungsanlage als erste biologische Stufe ersetzt. Die folgende technische Beschreibung gibt einen Überblick über die heutigen Anlagenteile im Klärwerk 1. Die Kläranlage Nord im Jahr Links im Bild die rechteckigen Absetzbecken. Die Faulung des abgetrennten Schlamms fand in Zellenfaulbehältern (rechts oberhalb der Absetzbecken) statt. 3

4 Die Reinigung des Abwassers Abwasserzufluss aus dem Kanalnetz Der Zulaufbereich Abwasserzufluss aus dem städtischen Kanalnetz Hebung des Abwassers auf Klärwerksniveau Regelung der zufließenden Wassermenge Das Abwasser aus dem Nürnberger Kanalnetz gelangt über den Südwestlichen Hauptsammler, über den Südlichen Entlastungssammler und über den Pegnitztalsammler in das Klärwerk 1. In den Pegnitztalsammler münden vor dem Klärwerk 1 der Nördliche Hauptsammler, der Lorenzer Sammler und der Sammler aus dem Gründlacher Raum. Das Abwasser aus dem Südlichen Entlastungssammler und dem Südwestlichen Hauptsammler fließt dem Klärwerk 1 in freiem Gefälle zu. Das Abwasser aus dem Pegnitztalsammler wird über das Abwasserhebewerk in das Klärwerk gefördert. Übersicht über das Nürnberger Kanalnetz mit den wichtigsten Hauptkanälen und den Standorten der Kläranlagen Das Abwasserhebewerk (Schneckenhebewerk) sowie die Zulaufschieber in den drei Hauptkanälen können auch zur Regelung des Abwasserzuflusses zum Klärwerk genutzt werden. Dies ist von Bedeutung bei beginnendem Regenwetterabfluss im Kanalnetz. Der schnelle Anstieg der Wassermengen im Zufluss zum Klärwerk, der in diesem Fall auftritt, würde zu Problemen bei der Abwasserreinigung führen. Um eine solche hydraulische Überlastung des Klärwerks zu vermeiden, wird die Anstiegsgeschwindigkeit der zufließenden Wassermengen durch entsprechende Regelung von Schiebern und Schneckenhebewerk begrenzt. 4

5 Die Reinigung des Abwassers Mechanische Abwasserreinigung Die Rechenanlage Entfernung von Grobstoffen aus dem Abwasser Entwässerung des Rechengutes Der erste Schritt der mechanischen Abwasserreinigung findet in der Rechenanlage statt. Dort werden die gröbsten Stoffe aus dem Abwasser entfernt. Die einstufige Rechenanlage im Klärwerk 1 besteht aus zwei Siebbandrechen (Stababstand 6 Millimeter) und einem Trogloch-Siebrechen (Sieblochdurchmesser 8 Millimeter). Jedem der Rechen ist eine Rechengutpresse zugeordnet. Das dort entwässerte Rechengut wird der Containeranlage zugeführt. Der Sandfang Entfernung von Sand aus dem Abwasser Entwässerung des abgetrennten Sand-Wasser-Gemisches Entfernung von Öl und Fett aus dem Abwasser Entfernung von Phosphat aus dem Abwasser (Phosphatfällung) Im belüfteten Sandfang wird der im Abwasser enthaltene Sand abgetrennt. Durch eingeblasene Luft wird eine walzenförmige Wasserströmung erzeugt. Dadurch setzen sich Sand und andere mineralische Feststoffe am Boden des Sandfangs ab. Diese Feststoffe werden abgesaugt, entwässert und der Containeranlage zugeführt. Die im Abwasser enthaltenen Fette und Öle schwimmen durch die eingetragene Luft auf, werden mit einem Räumer an ein Ende des Beckens geschoben und gelangen schließlich zur Schlammfaulung. Im Sandfang besteht außerdem die Möglichkeit der Phosphatfällung. Die Zugabe des Fällmittels ist, je nach Betriebssituation, in der Mitte oder im Ablauf des Sandfangs möglich. Eine weitere Zugabemöglichkeit besteht im Zulauf des Klärwerks vor der Rechenanlage. Im Kanal zwischen Sandfang und Vorklärbecken wird die dem Klärwerk zufließende Wassermenge ermittelt. Diese Messung ist für zahlreiche Steuer- und Regelprozesse der Abwasserreinigung erforderlich. Die Containeranlage Lagerung des Rechengutes und des Sandfanggutes Bereitstellung des Rechengutes und des Sandfanggutes zur Entsorgung Das entwässerte Rechengut und Sandfanggut wird in Container gefüllt. Die Containeranlage dient zur Lagerung des Rechengutes und Sandfanggutes bis zur Abholung durch einen Entsorger. 5

6 Die Reinigung des Abwassers Mechanische Abwasserreinigung Die Vorklärung Entfernung von absetzbaren Stoffen aus dem Abwasser Entfernung von aufschwimmenden Stoffen (Fett) aus dem Abwasser Das aus dem Sandfang zufließende Abwasser wird gleichmäßig auf die acht rechteckigen Absetzbecken der Vorklärung verteilt. Die Fließgeschwindigkeit in diesen Becken ist so gering, dass sich alle Stoffe, die schwerer sind als das Abwasser, am Boden des Beckens absetzen. Die im Abwasser noch vorhandenen Fette und Öle, die im Sandfang noch nicht vollständig abgetrennt werden konnten, schwimmen an der Wasseroberfläche auf. Der am Boden des Beckens abgesetzte Schlamm sowie aufschwimmendes Fett und In den Vorklärbecken setzen sich alle Stoffe ab, die schwerer als Wasser sind. Öl werden durch Räumer an das eine Ende der Becken gebracht. Von dort fließen diese Stoffe zu einem Pumpwerk, das sie in die Schlammfaulung fördert. Das mechanisch gereinigte Abwasser, das nun von Feststoffen, Fetten und Ölen weitgehend befreit ist, läuft der ersten biologischen Stufe zu. 6

7 Die Reinigung des Abwassers Biologische Abwasserreinigung Die erste biologische Reinigungsstufe (Hochlastbelebung) Entfernung von Kohlenstoffverbindungen aus dem Abwasser Abtrennung des bei der Reinigung entstehenden Schlammes aus dem Abwasser Trennung und Weiterförderung von Rücklaufschlamm und Überschuss-Schlamm In der ersten biologischen Reinigungsstufe, der Hochlastbelebungsanlage, werden bevorzugt die im Abwasser enthaltenen Kohlenstoffverbindungen abgebaut. Das mechanisch gereinigte Abwasser wird über ein Schneckenhebewerk in die Hochlastbelebungsanlage gehoben und auf die vier Belebungsbecken verteilt. Diese bestehen aus jeweils vier hintereinander liegenden Zellen, die keine Verbindung zur Außenluft haben. Der biologische Abbau findet mit reinem Sauerstoff statt. Ein Kreiselbelüfter pro Zelle sorgt für den Eintrag des Sauerstoffs in das Abwasser. Aus den Belebungsbecken gelangt das Abwasser- Belebtschlamm-Gemisch zu den vier Absetzbecken. Dort setzt sich der Belebtschlamm ab und wird mit dem Räumer in den Absetztrichter des Beckens geräumt. Der abgetrennte Schlamm fließt den Schlammpumpwerken zu. Der größte Teil des abgetrennten Belebtschlamms wird durch das Rücklaufschlammpumpwerk zurück zur Hochlastbelebung gefördert, um den Schlammkreislauf aufrecht zu erhalten. Der kleinere Teil wird aus dem Kreislauf entfernt und gelangt über das Überschussschlammpumpwerk zur Schlammbehandlung. 7

8 Die Reinigung des Abwassers Biologische Abwasserreinigung Die zweite biologische Reinigungsstufe (Schwachlastbelebung) Entfernung von Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser Abtrennung des bei der Reinigung entstehenden Schlammes aus dem Abwasser Trennung und Weiterförderung von Rücklaufschlamm und Überschuss-Schlamm Das in der Hochlastbelebungsanlage behandelte Abwasser läuft in freiem Gefälle der zweiten biologischen Stufe (Schwachlastbelebungsanlage) zu. Dort werden die im Abwasser enthaltenen Stickstoffverbindungen abgebaut. Die Belebungsbecken sind in belüftete und in unbelüftete Bereiche unterteilt. In den belüfteten Bereichen wird Ammonium in Nitrat umgewandelt (Nitrifikation). Im Anschluss daran folgt die Denitrifikation in den unbelüfteten Beckenbereichen. Das Nitrat wird dort zu gasförmigem Stickstoff, der in die Atmosphäre entweicht. Bei der Nitrifikation wird der im Wasser enthaltene Kohlenstoff fast vollständig verbraucht. Die bei der Denitrifikation tätigen Bakterien hätten dann nicht genügend Nährstoffe zur Verfügung. Deshalb liegt die Nitrifikationszone in Fließrichtung gesehen nach den unbelüfteten Beckenbereichen, in denen die Denitrifikation stattfindet. Das Abwasser aus der Nitrifikation wird über die Rückführung ( Rezirkulation ) der Denitrifikationszone zugeführt. Im Anschluss gelangt das Abwasser zu den fünf Absetzbecken. Dort setzt sich der Belebtschlamm ab und wird in den Absetztrichter des Beckens geräumt. Der abgetrennte Schlamm fließt den Schlammpumpwerken zu. Der größte Teil des abgetrennten Belebtschlamms wird durch das Rücklaufschlammpumpwerk zurück zur Schwachlastbelebung gefördert, um den Schlammkreislauf aufrecht zu erhalten. Der kleinere Teil wird aus dem Kreislauf entfernt und gelangt über das Überschussschlammpumpwerk zur Schlammbehandlung oder, falls aus betrieblichen Gründen erforderlich, in den Zulauf der Hochlastbelebung. 8

9 Die Reinigung des Abwassers Entfernung von Schwebstoffen Der Abwasserfilter Entfernung von Schwebstoffen und Feinteilen aus dem Abwasser Entfernung von Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser ( Restdenitrifikation ) Aus den Nachklärbecken der zweiten biologischen Stufe fließt das Abwasser einem Pumpwerk mit fünf Propellerpumpen zu. Das Pumpwerk ist einerseits zur Beschickung des Abwasserfilters erforderlich. Andererseits dient es bei Hochwasser zur Förderung des gereinigten Abwassers in die Pegnitz, entweder aus dem Ablauf des Abwasserfilters oder - unter Umgehung des Filters - unmittelbar aus dem Ablauf der Nachklärbecken. Im Abwasserfilter werden Schwebstoffe und Feinteile aus dem Abwasser entfernt, die im Verlauf der vorangegangenen Reinigungs- stufen im Abwasser verblieben sind. In den 20 Filterkammern sind zwei Filterschichten eingebaut, die sich durch ihre Dichte unterscheiden. Die obere, gröbere Schicht besteht aus Blähton, die untere, feinere Schicht aus Quarzsand. Die Filterkammern werden von oben nach unten durchströmt, die Schwebstoffe und Feinteile bleiben in den Filterschichten hängen. Zur Entfernung der Feinteile, die sich in den Filterschichten ablagern, müssen die Filterkammern in regelmäßigen Abständen rückgespült werden. Dies erfolgt von unten nach oben mit Wasser und Luft. Das dabei anfallende Rückspülwasser wird gesammelt und in den Zulauf des Klärwerks gefördert. Nach dem Ende der Rückspülung setzen sich die Filterschichten auf Grund ihrer Dichteunterschiede wieder in der richtigen Reihenfolge ab (die grobe Schicht oben, die feine Schicht unten). Durch die Zugabe von Methanol im Zulauf des Filters ist eine begrenzte Sickstoffentfernung ( Restdenitrifikation ) im Abwasserfilter möglich. Die hierzu erforderlichen Bakterien siedeln sich in der oberen Filterschicht an. 9

10 Die Behandlung des Klärschlamms Schlammeindickung und Schlammfaulung Die Überschuss-Schlammeindickung Abtrennung von Wasser aus dem Überschussschlamm (Erhöhung des Trockensubstanz- Gehaltes) Der aus den biologischen Reinigungsstufen (Hochlastund Schwachlastbelebung) abgezogene Überschussschlamm hat einen sehr niedrigen Trockensubstanzgehalt von etwa einem Prozent. Im ersten Schritt der Schlammbehandlung wird deshalb ein Teil des Wassers durch so genannte statische Eindickung abgetrennt. In den beiden zylinderförmigen Überschussschlammeindickern sinken die schwereren Schlammpartikel nach unten ab, während das abgetrennte Wasser oben am Behälter überläuft. Der Trockensubstanzgehalt des Klärschlamms erhöht sich durch die Eindickung auf rund vier Prozent, die Menge des Schlamms reduziert sich somit auf ein Viertel des ursprünglichen Volumens. Der eingedickte Klärschlamm fließt weiter zu den Schlammspeicherbehältern. Das abgetrennte Wasser gelangt in den Zulauf der Vorklärbecken. 10

11 Die Behandlung des Klärschlamms Schlammeindickung und Schlammfaulung Die Schlammspeicherung Zwischenspeicherung von Schlamm aus der Vorklärung (Rohschlamm) Zwischenspeicherung von Schlamm aus den biologischen Stufen (Überschuss-Schlamm) Vergleichmäßigung der Beschickung der Schlammfaulbehälter Bei den Schlammspeicherbehältern handelt es sich um die ehemaligen Faulbehälter des Klärwerks 1. Sie waren in Betrieb, bis im Jahr 1967 das erste Faulei fertig gestellt wurde. Insgesamt gibt es 14 Schlammspeicherbehälter. Von ihnen werden 12 mit Rohschlamm, Fett und Schwimmschlamm aus den Vorklärbecken beschickt. Diesen Behältern wird auch Fett und Schwimmschlamm aus dem Sandfang zugeleitet. Die beiden weiteren Schlammspeicherbehälter dienen zur Zwischenspeicherung von Überschuss-Schlamm aus den biologischen Reinigungsstufen. Die Schlammfaulbehälter Stabilisierung des Klärschlamms durch Mikroorganismen zur Verhinderung von Faulprozessen bei Entwässerung und Trocknung Volumenreduzierung durch Umwandlung von organischen Feststoffen in Klärgas Bevor der Klärschlamm (Rohschlamm und Überschussschlamm) aus der Schlammspeicherung in die Schlammfaulbehälter gelangt, wird er in einer Wärmetauscheranlage auf etwa 38 C aufgeheizt. Diese Vorwärmung des Schlamms verbessert die Bedingungen für die nachfolgende Faulung des Schlamms. Die Faulzeit lässt sich hierdurch auf rund 25 Tage begrenzen. Die zur Vorwärmung erforderliche Energie wird in einer Kesselanlage erzeugt. Als Energiequelle dient in erster Linie das bei der Faulung entstehende Klärgas, nur in Ausnahmefällen kommt Heizöl zum Einsatz. Von der Vorwärmung gelangt der Schlamm in die Schlammfaulbehälter. Wegen ihrer Form werden diese Behälter auch Fauleier genannt. In den Faulbehältern wird organische Substanz des Schlamms zu Klärgas und Wasser umgesetzt. Dieser Umbau erfolgt unter anaeroben Verhältnissen (Sauerstoffabschluss) durch Bakterien. Der Feststoffgehalt des Klärschlamms verringert sich dabei auf rund ein Drittel. Um die Versorgung mit Bakterien und damit den Ablauf der Schlammfaulung zu verbessern, wird dem zugeführten Schlamm unmittelbar nach dem Beschickungspumpwerk teilweise ausgefaulter Schlamm aus den Faulbehältern zugegeben. Der Faulprozess ist in zwei Stufen aufgeteilt. In der Regel sind die Faulbehälter 1 bis 4 der ersten Faulstufe zugeordnet. Der verbleibende Faulbehälter 5 dient als Faulstufe 2. Je nach betrieblichen Erforder- nissen kann zusätzlich der Faulbehälter 4 als zweite Faulstufe verwendet werden. Die Förderung des Klärschlamms von der ersten in die zweite Faulstufe erfolgt mit einem Übertragspumpwerk. Schraubenmischer in jedem der 5 Schlammfaulbehälter sorgen für eine Umwälzung des Schlamms, so dass der Faulprozess beschleunigt werden kann. Der aus der zweiten Faulstufe abgezogene Schlamm gelangt in freiem Gefälle zur Siebung und im weiteren Verlauf zu den Eindickbehältern und zur Trocknungsanlage. Das anfallende Klärgas, das zu ca. 65% aus Methan (CH 4 ) besteht, wird den Gasanlagen des Klärwerks zugeführt. 11

12 Die Behandlung des Klärschlamms Schlammeindickung und Schlammfaulung Die Faulschlammeindickung Entfernung von Grobstoffen im Schlamm (Schlammsiebung) Zwischenspeicherung des ausgefaulten Klärschlamms in Stapelbehältern Entgasung des Klärschlamms zur Verbesserung der Absetzeigenschaften Abtrennung von Wasser aus dem Klärschlamm (Erhöhung des Trockensubstanz-Gehaltes) Zur Entfernung von Grobstoffen im Faulschlamm, die Störungen und Schäden in der Schlammtrocknungsanlage verursachen können, erfolgt zunächst eine Schlammsiebung. Nach der Siebung wird der Schlamm den drei Stapelbehältern zugeführt. Diese Behälter ermöglichen eine gleichmäßigere Beschickung der nachfolgenden Entgasung und Ein- dickung, unabhängig vom jeweiligen Schlammanfall. Die Stapelbehälter ermöglichen außerdem eine Zwischenspeicherung von Schlamm bei Betriebsstörungen oder Wartungsarbeiten in der Schlammtrocknungsanlage. Zur Verbesserung der Absetzeigenschaften durchläuft der Faulschlamm die Entgasungsanlage, in der gelöste Gase aus dem Schlamm entfernt werden. Der entgaste Faulschlamm wird den vier Eindickbehältern zugeführt. Hier setzt sich der Schlamm ab, während das anfallende Trübwasser kontinuierlich über einen Überlauf abfließt. Der eingedickte Faulschlamm wird anschließend der Schlammentwässerung und der Schlammtrocknung zugeführt. In der Schlammtrocknungsanlage wird das Wasser aus dem Faulschlamm abgetrennt und so sein Volumen reduziert. 12

13 Die Behandlung des Klärschlamms Schlammentwässerung und Schlammtrocknung Die Schlammentwässerung Entwässerung des in den Schlammstapel- und Eindickbehältern eingedickten Klärschlamms (Erhöhung des Trockensubstanz-Gehaltes von ca. 8 % auf 25 %) Der eingedickte Klärschlamm gelangt von der Faulschlammeindickung zum Vorlagebehälter der Zentrifugen-Speisepumpen. Von dort wird er zu den beiden Zentrifugen gefördert, die sich unabhängig voneinander betreiben lassen. Vor Eintritt in die Zentrifugen wird dem Schlamm zur Verbesserung der Wasserabtrennung ein Flockungshilfsmittel zugemischt. Der entwässerte Schlamm aus den Zentrifugen wird über Förderschnecken in die Schlammtrocknung gefördert. Das abgetrennte, hoch mit Stickstoffverbindungen belastete Wasser (Trübwasser) gelangt in den Trübwasserbehälter, der sich im Bereich der Faulschlammeindickung befindet. Von dort wird das Trübwasser zur weiteren Behandlung entweder in das Klärwerk 1 oder in das Klärwerk 2 gepumpt abhängig von der jeweiligen Auslastung der Klärwerke. 13

14 Die Behandlung des Klärschlamms Schlammentwässerung und Schlammtrocknung Die Schlammtrocknung Trocknung des in den Zentrifugen entwässerten Klärschlamms (Erhöhung des Trockensubstanz-Gehaltes von 25 % auf 90 %) Die Trocknung des entwässerten Klärschlamms findet in zwei Stufen statt. Der für die Trocknung erforderliche Dampf wird im Kesselhaus der Trocknungsanlage mit einem Hochdruckdampfkessel erzeugt, der mit Klärgas oder (im Ausnahmefall) mit Heizöl befeuert werden kann. Zuerst durchläuft der Schlamm den Dünnschichttrockner. Dessen zylinderförmiger Mantel wird mit Dampf beheizt. Im Mantel dreht sich der mit rund 1000 kleinen Schaufeln bestückte Rotor. Diese Schaufeln streichen den entwässerten Schlamm in einer dünnen Schicht auf die Innenfläche des Mantels. Dabei wird der Schlamm getrocknet und weiter durch den Trockner transportiert. Nach etwa 20 Minuten hat der Schlamm das Ende des Trockners erreicht. Von dort wird er über eine Förderschnecke zum Scheibentrockner gefördert. Nach Durchlauf durch den ersten Trockner besteht der Schlamm aus einzelnen schwarzen Krümeln mit einem Durchmesser von 5 bis 15 Millimetern. Er besitzt bei einem Feststoffgehalt von etwa 55 Prozent eine Konsistenz wie Knetgummi. Der teilgetrocknete Schlamm wird dann der zweiten Trocknungsstufe zugeführt. Der dort eingesetzte Scheibentrockner besteht aus einem zylinderförmigen Mantel und einem Innenrotor. Sowohl Mantel als auch Rotor sind mit Dampf beheizt. Der Innenrotor ist mit Schaufeln besetzt, die durch den Schlamm pflügen und ihn dabei trocknen und weiter transportieren. Nach den beiden Trocknungsstufen hat der Schlamm einen Feststoffgehalt von rund 90 Prozent und ist krümelig bis staubförmig. Der Schlamm gelangt dann zur Pelletierung. Die Pelletierung Pelletierung des getrockneten Klärschlamms zur Vermeidung von Selbstentzündung Der getrocknete, staubförmige Schlamm neigt zur Selbstentzündung. Um ihn lagerfähig zu machen, ist der Schlammtrocknung eine Pelletierung nachgeschaltet. Während des Pelletiervorgangs wird der Schlamm von oben durch eine Platte mit zahlreichen Bohrungen, die so genannte Matrize, gedrückt. Hierbei entstehen sehr stabile, etwa 10 Millimeter lange Pellets. Die Schlammverladung Zwischenlagerung des getrockneten und pelletierten Klärschlamms bis zur Abholung Verladung des Klärschlamms auf LKW Die Klärschlammpellets werden über Becherwerke dem Schlammsilo zugeführt. Der Silo hat ein Fassungsvermögen von 280 Tonnen 14 Klärschlamm. Mit dem zur Verfügung stehenden Silovolumen kann rund eine Woche ohne Klärschlammabfuhr überbrückt werden. Der getrocknete Klärschlamm wird mit Silofahrzeugen abgefahren und in einem Kohlekraftwerk mitverbrannt.

15 Die Behandlung des Klärschlamms Verwertung des Klärgases Die Gasanlagen Trocknung des Klärgases Verteilung und Speicherung des Klärgases Abfackelung des überschüssigen Gases (Sicherheitsfunktion) Das Klärgas verlässt die Faulbehälter mit rund 35 C und einer relativen Feuchtigkeit von 100 Prozent. Um Störungen bei der nachfolgenden Gasverwertung zu verhindern, muss in einer Gastrocknungsanlage der vorhandene Wasserdampf abgetrennt werden. In der Gastrocknungsanlage wird das Klärgas zunächst auf 5 C abgekühlt. Hierbei kondensiert der größte Teil des Wassers und wird abgeschieden. Anschließend wird das Gas mit der zuvor entnommenen Wärmeenergie wieder aufgewärmt, so dass später im Gasnetz kein Kondenswasser mehr anfällt. Über das Gas-Rohrleitungsnetz gelangt das Klärgas zu den verschiedenen Verbrauchsstellen im Klärwerk. Zur Speicherung von Klärgas sind zwei Niederdruck-Gasbehälter mit zusammen Kubikmetern Volumen vorhanden. Das im Vergleich zur täglichen Klärgasproduktion von Kubikmetern relativ geringe Speichervolumen ermöglicht allerdings lediglich den Ausgleich von Verbrauchsschwankungen im Tagesverlauf. Das Klärgas, das in den Verbrauchsstellen nicht verbrannt werden kann, muss aus Sicherheitsgründen mittels einer Gasfackel abgefackelt werden. Die Gasverwertung Nutzung der im Klärgas vorhandenen Energie zur Wärme- und Stromerzeugung Das Klärgas dient in erster Linie zur Wärmeerzeugung für Schlammvorwärmung und Schlammtrocknung. Hierfür sind zwei Kesselanlagen vorhanden. Im Blockheizkraftwerk wird das Klärgas zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt. Hier einer der beiden Gasmotoren während der Montage. Die verbleibende Gasmenge wird in einem Blockheizkraftwerk zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt. Damit werden im Klärwerk 1 rund 20 Prozent des Strombedarfs und etwa die Hälfte des Wärmebedarfs von Schlammvorwärmung und Gebäudeheizung gedeckt. Die verbesserte Klärgasnutzung reduziert die Kohlendioxidemissionen um rund Tonnen im Jahr. 15

16 Die Behandlung des Klärschlamms Behandlung der Trübwassers Die Trübwasserbewirtschaftung Speicherung des bei der Schlammbehandlung anfallenden Trübwassers Belastungsabhängige Zuleitung des Trübwassers zu den Klärwerken (zur weiteren Behandlung - Stickstoffentfernung) Bei der Entwässerung des ausgefaulten Schlammes in der Faulschlammeindickung und in der Schlammtrocknungsanlage fällt stark verschmutztes Trübwasser an. Dieses vor allem mit Stickstoffverbindungen belastete Wasser wird getrennt erfasst und zunächst zwischengespeichert. Die Zwischenspeicherung ermöglicht die Zugabe des Trübwassers zu belastungsschwachen Zeiten der Klärwerke. Der Speicherung von Trübwasser ist jedoch ein enger zeitlicher Rahmen gesetzt, da es sonst durch Fäulnisprozesse zu erheblichen Geruchsentwicklungen kommen kann. Aus dem Speicherbehälter, der sich im Bereich der Faulschlammeindickung befindet, nimmt das Trübwasser je nach Belastung der Klärwerke unterschiedliche Wege: Es kann in den Zulauf oder in die Schwachlastbelebung des Klärwerks 1 zugegeben werden. Auch eine Zuleitung zum Klärwerk 2 ist möglich. Ein Blick auf das Klärwerk 1 von einem der Faulbehälter aus. Zu sehen ist die Hochlastbelebung mit den runden Absetzbecken (im Vordergrund), der Abwasserfilter (links hinten), die Schlammtrocknung (Bildmitte) und die Vorklärung (rechts hinten). 16

17 In der zweiten biologischen Stufe (Schwachlastbelebung) werden die Stickstoffverbindungen aus dem Abwasser entfernt. Im Abwasserfilter werden feine Schwebstoffe aus dem Abwasser entfernt. Außerdem ist in den Filterbecken eine zusätzliche Möglichkeit zur Stickstoffentfernung (Restdenitrifikation) gegeben. In den Schlammfaulbehältern wird der Klärschlamm durch Mikroorganismen stabilisiert und etwa zwei Drittel seines Feststoffgehalts in Klärgas umgewandelt. 17

18 Technische Daten Abwasserreinigung Mechanische Abwasserreinigung 1 Schneckenhebewerk 3 Schneckenpumpen Leistung je 2 m³/s 2 Rechenanlage 2 Siebbandrechen 1 Troglochsiebrechen Stababstand 6 mm Sieblochdurchmesser 8 mm Leistung je 2 m³/s 3 Belüfteter Sandfang 2 Becken Länge 60 m, Breite 10,4 m, Tiefe 10 m Volumen je m³ 4 Containeranlage 14 Containerstellplätze 5 Vorklärung 8 Rechteckbecken Länge 50 m, Breite 10 m, Volumen je m³ Erste biologische Reinigungsstufe (Hochlastbelebung) 6 Schneckenhebewerk 8 Schneckenpumpen max. Leistung je 1,0 m³/s 7 Hochlastbelebungsanlage (sauerstoffbegast) 4 Belebungsbecken Länge 55 m, Breite je 13,5 m, Volumen je m³ 8 Absetzbecken (Zwischenklärbecken) 4 Rundbecken 2 mit 45 m Durchmesser 2 mit 50 m Durchmesser Gesamtvolumen m³ 9 Schlammpumpwerke Pumpwerk für Rücklaufschlamm Pumpwerk für Überschussschlamm 10 Sauerstoff-Erzeugungsanlage Vakuum- Druckwechsel-Adsorptionsanlage Zweite biologische Reinigungsstufe (Schwachlastbelebung) 11 Schwachlastbelebungsanlage 4 Belebungsbecken 2 Belebungsbecken Leistung 3,6 m³/s Leistung 0,36 m³/s Sauerstoffproduktion rd. 24 t/tag Länge 51 m, Breite 25 m, Tiefe 4 m Länge 52 m, Breite 16 m, Tiefe 6,25 m 12 Absetzbecken (Nachklärbecken) 5 Rundbecken Durchmesser je 70 m Gesamtvolumen m³ 13 Schlammpumpwerke Pumpwerk für Rücklaufschlamm Abwasserfilter 14 Beschickungs- und Hochwasserpumpwerk Pumpwerk für Überschussschlamm Leistung 0,4 m³/s Leistung 0,1 m³/s 5 Propellerpumpen Leistung je 3,0 m³/s 15 Abwasserfilter 20 Filterbecken Volumen je 159 m³ Schlammbehandlung Schlammfaulung 16 Überschussschlammeindicker 2 Rundbehälter Durchmesser 14 m Volumen je m³ 17 Schlammspeicher 16 Rechteckbehälter Volumen je 750 m³ 18 Schlammfaulbehälter 5 Faulbehälter Volumen je m³ Schlammentwässerung / Schlammtrocknung 19 Faulschlammeindickung 8 Rundbehälter 1) Durchmesser 20 m Volumen je m³ 20 Schlammentwässerung 2 Zentrifugen 21 Schlammtrocknung 2 Trockner Leistung m³/tag Faulgasverwertung 22 Gasbehälter 2 Niederdruckbehälter Volumen m³ m³ 23 Gasfackel Betriebsgebäude 24 Verwaltungs- und Betriebsgebäude Büros, Lager und Werkstätten 1) davon ein Behälter für die Trübwasserspeicherung 18

19 Lageplan 19

20 Die Entwicklung des Klärwerks Planung einer zentralen Kläranlage für Nürnberg am Standort des heutigen Klärwerks 1 bei Doos. Das Projekt wird wegen der sehr hoch erscheinenden Kosten nicht weiterverfolgt In einer Planung für den Ausbau der Abwasserbeseitigung in Nürnberg wird erneut die Errichtung einer zentralen biologischen Kläranlage am Standort Doos vorgeschlagen Baubeginn für die Zuleitungskanäle zur Kläranlage im Pegnitztal westlich der Nürnberger Altstadt. Begradigung der Pegnitz im Bereich der zukünftigen Kläranlage und Bau eines Hochwasserdammes Baubeginn für die Kläranlage Nord (heute Klärwerk 1) am Standort Doos Fertigstellung der Kläranlage. Sie besteht aus Rechen, 4 Absetzbecken, 8 Zellenfaulbehältern sowie 5 Schlammtrockenbeeten mit Quadratmetern Fläche. Der Sandfang geht im Jahr 1932 in Betrieb Vier Tropfkörper (Durchmesser 20 m) für die biologische Abwasserreinigung werden fertig gestellt. Acht Zellenfaulbehälter zur Schlammfaulung (als erster Bauabschnitt) gehen in Betrieb Acht weitere Zellenfaulbehälter (als zweiter Bauabschnitt) gehen in Betrieb Inbetriebnahme von vier weiteren Tropfkörpern (Durchmesser 30 m) und zwei Absetzbecken (Durchmesser 50 m) Fertigstellung des ersten Faulbehälters ( Faulei") mit Kubikmetern Volumen Die Schlammentwässerungsanlage geht in Betrieb. Sie war erforderlich, da die anfallenden Schlamm- Mengen nicht mehr in den Trockenbeeten bewältigt werden konnten Die zweite biologische Stufe (Belebungsanlage) mit drei Absetzbecken (Durchmesser 70 m) geht in Betrieb Das zweite Faulei - baugleich mit dem ersten - wird fertig gestellt Das dritte Faulei wird fertig gestellt. Vier weitere Tropfkörper (Durchmesser 36 m) und ein weiteres Absetzbecken (Durchmesser 50 m) gehen in Betrieb Inbetriebnahme von vier weiteren rechteckigen Absetzbecken für den mechanischen Anlagenteil Die Belebungsanlage wird um zwei Belebungsbecken und ein viertes Absetzbecken (70 m) erweitert. Das vierte und das fünfte Faulei werden fertig gestellt Die Schlammentwässerungsanlage hat das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und wird stillgelegt Der neue Einlaufbereich (Hebewerk, Rechenanlage, Sandfang) geht in Betrieb Inbetriebnahme des Abwasserfilters. Inbetriebnahme der neuen Schlammtrocknungsanlage als Nachfolge der 1992 stillgelegten Anlage Die Maßnahmen zur Stickstoffentfernung aus dem Abwasser (vorgeschaltete Denitrifikation in der zweiten biologischen Stufe) gehen in Betrieb Das Verwaltungs- und Betriebsgebäude auf dem Gelände von Klärwerk 1 wird fertig gestellt Die Hochlastbelebungsanlage geht in Betrieb. Sie ersetzt als neue erste biologische Stufe die Tropfkörperanlagen Das Blockheizkraftwerk geht in Betrieb Das fünfte Absetzbecken (Nachklärbecken) für die zweite biologische Stufe geht in Betrieb Die Leittechnik und Elektrotechnik im Bereich der Schlammfaulung wird umfassend erneuert Die Planungen für eine Neuordnung der Klärschlammbehandlung beginnen. Herausgeber: Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Die Stadtentwässerung Nürnberg Adolf-Braun-Straße 33, Nürnberg ist ein zertifizierter Betrieb: sun@stadt.nuernberg.de Qualitätsmanagement nach DIN EN ISO 9001:2000 Internet: Umweltmanagement nach DIN EN ISO 14001:2005 Druck: Druckerei Conrad, Hohenbuckstraße 8, Nürnberg Bildnachweis: Titelbild: Vierte Auflage: 1000 Exemplare, Mai 2009 alle weiteren Fotos und Grafiken: Stadtentwässerung Nürnberg 20