Abwassertechnik 1 (Teil 2)

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1 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 1/11 Abwassertechnik 1 (Teil 2) Studiengang (bitte ankreuzen!): DIPLOM BI WIBI BACHELOR BI UI WIBI SONSTIGE ERASMUS Master (alt) Die Prüfung wird geschrieben als Erstanmeldung Wiederholung Die Prüfung wird zusammen geschrieben mit Abwassertechnik (Teil 1) Abwassertechnik (Teil 2) Grundlagen der Wasserver- und Entsorgung (Teil 1, Wasserversorgung) Allgemeine Hinweise: Außer Schreibgeräten (Kugelschreiber, Füller, Tintenschreiber etc., kein Bleistift!), Taschenrechner (leerer Speicher!) und Papier sind keine weiteren Hilfsmittel zugelassen. Rechenschritte sind nachvollziehbar anzugeben. Bitte beantworten Sie Fragen in Stichpunkten oder kurzen Sätzen. Bearbeitungszeit: 45 Minuten Gesamtpunktzahl: 30

2 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 2/11 1. Allgemein zu Abwasserbehandlungsanlagen (15,25 Punkte) 1.1 Ergänzen Sie die in Abbildung 1 fehlenden Beschriftungen in die unten stehende Tabelle. Abbildung 1: Blockschema einer Kläranlage Nummer Beschriftung

3 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 3/ Wozu dient die mechanische Abwasserreinigung auf einer Kläranalage? 1.3 Berechnen sie unter Anwendung des Stokes schen Gesetz die stationäre Sedimentationsgeschwindigkeit u S eines freibeweglichen einzelnen kugelförmigen Partikels (ρ S = 2000 kg / m³) mit einem Durchmesser von d = 50 μm in Wasser bei einer Temperatur von T = 20 C. Überprüfen Sie ob die Annahme des laminaren Absetzens gerechtfertigt ist. Beachten Sie auch die Angaben und Formeln in Anlage 1 und Anlage Nennen Sie 2 wesentlichen Aufgaben der biologischen Reinigungsstufe einer Kläranlage. 1.5 Erläutern Sie die Begriffe aerob, anoxisch und anaerob. 1.6 Erläutern sie den Begriff Schlammalter und geben Sie die Dimension des Schlammalters an. 1.7 Nennen Sie 4 Aufgaben der Nachklärung. 1.8 Nennen Sie 3 unterschiedliche Arten von Schlamm welcher auf Kläranlagen anfällt und benennen Sie den Ort ihres Anfalles: 1.9 Nennen Sie die 3 wesentlichen Aufgaben der Schlammbehandlung.

4 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 4/11 2. Bemessung Abwasserbehandlung (8,75 Punkte) Für eine bestehende Kläranlage soll überprüft werden, ob die Vor- und Nachklärung sowie das Belebungsbecken richtig bemessen sind. Reinigungsziel der Kläranlage ist ein weitgehender C-Abbau ohne Nitrifikation. Angaben zu der betrachteten Abwasserbehandlungsanlage finden Sie in Anlage 2. Beachten Sie auch die Formeln in Anlage 4. Sollten Sie eine Aufgabe nicht bearbeiten können, sind für weitere Berechnungen sinnvolle Annahmen zu treffen. 2.1 Berechnen Sie die den mittleren täglichen Trockenwetterabfluss Q T,aM den Trockenwetterabfluss Q T,2h,max (unter Beachtung der Tagesschwankungen) und den Mischwasserabfluss Q M Q T,aM = 112,2685 l/s x Qmax = 18 h/d Q T,2h,max = 508,3333 m³/h f s,qm = 4 Q M = 1341,6667 m³/h 2.2 Das Vorklärbecken der betrachteten Kläranlage hat einen Durchmesser von 15,5 m und eine mittleren Tiefe von 2,25 m. Überprüfen Sie, ob das Vorklärbecken für die Belastung richtig bemessen ist: A Vorklärung = 188,6919 m² V Vorklärung = A Vorklärung H = 424,5568 m³ q A = 2,6939 m³ /(m² h) t R = 0,8351 h 2.3 Berechnen Sie den Primärschlammanfall (in kg TS / d) und den Volumenstrom des Primärschlammes. Siehe hierzu auch Anlage 5 M PS = 1750 kg TS /d Q PS = 43,8 m ³/d 2.4 Das Belebungsbecken hat ein Volumen von 2600 m³. Überprüfen Sie, ob das Belebungsbecken ausreichen groß bemessen wurde. Die Anlage hat das Reinigungsziel eines weitgehenden Kohlenstoffabbaus ohne Nitrifikation. Berechnen Sie hierzu die Schlammbelastung und das Schlammalter.

5 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 5/11 Siehe hierzu auch Anlage 5! B d,bsb = 2250 kg /d B TS,BSB = 0,2472 kg BSB/(kg TS d) m T,d = 2137,5 kg TS/d t TS = 4,3 d 2.5 Zur Nachklärung stehen zwei kreisrunde Nachklärbecken mit einem Durchmesser von 26 m zur Verfügung. Überprüfen Sie ob die Oberfläche der Nachklärung ausreichend groß bemessen worden ist. Beachten Sie: Die Flächenbeschickung q A sollte in einem Bereich zwischen 1,0 und 1,4 m³ / (h m²) liegen. A = 530,9291 m² A ges = 2 * 530,9291 m² = 1061,8583 m² q A = 1,2635 m³/(m² h)

6 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 6/11 3. Systemanalyse (6 Punkte) 3.1 Bennen Sie die 3 Grundtypen idealer chemischer Reaktoren (englische oder deutsche Bezeichnung) und nennen Sie die wesentlichen Merkmale der jeweiligen Reaktoren.

7 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 7/ Von 11 g N / (E d) im Zulauf der Kläranlage (siehe Fließschema in Abbildung 2) gelangen 25 % zum Ablauf. Dabei ist zu beachten, dass 50 % der Primär und Sekundärschlamm zurückgehaltenen N-Fracht in Form von Filtrat aus der Schlammentwässerung, dem Zulauf der Kläranlage als Rückbelastung erneut zugeführt werden. Die N-Fracht beträgt 1,0 g N / (E d) im Primärschlamm und 1,5 g N / (E d) im Sekundärschlamm. a) Wie groß ist die Stickstofffracht C [g N / (E d)] die in der Denitrifikation aus dem Abwasser entfernt wird? Berechnen Sie hierzu zuerst die Frachten A,B, D und E. b) Wie groß ist der prozentuale Anteil bezogen auf die ursprüngliche Zulauffracht (11 g N / (E d) der durch die Denitrifikation entfernt wird? Abbildung 2: Fließschema Kläranlage a) A= 1,25 g N / (E d) B = 11,25 g E = 2,75 g N / (E d) D = 4,25 g N / (E d) C = 7 g N /(E d) b) 63,64 %

8 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 8/11 Anlage 1: Formelzeichen Parameter Einheit Durchmesser Partikel d 50 μm Dichte Wasser (20 C) ρ W 1000 m³/kg Dichte Partikel (20 C) S 2000 m³/kg Erdbeschleunigung g 9,81 m/s² Kinematische Viskosität (Wasser bei 20 C) 1, m²/s Anlage 2: Angaben zur Abwasserbehandlungsanlage Parameter Einheit angeschlossene Einwohner E Durchmesser Nachklärung D NK 26 m Durchmesser Vorklärung D VK 15,5 m Fremdwasseranfall Q F,aM 2200 m³/d Faktor zur Ermittlung des Mischwasserzuflusses f S,QM 4 [-] mittlere Tiefe Vorklärung H VK 2,25 m mittlerer spezifischer Schmutzwasseranfall w S,d 150 l / (E d) spez. BSB 5 -Belastung B d,bsb 60 g / (E d) spezifische Feststoffbelastung TS o 70 g / (E d) spezifische Überschussschlammmenge ÜS BB 0,95 kg TS / kg BSB Trockenmassekonzentration in Belebung TS BB 3,5 g / l Trockenrückstand Primärschlamm TR PS 4 %

9 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 9/11 Anlage 3: Divisor x Qmax in Abhängigkeit von der Größe des Gebietes (obere Linie zugeordnet zu Q S,2h,max )

10 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 10/11 Anlage 4: Formeln q A = Q/A H VK = t R q A,VK m T,d = ÜS BB B d,bsb Q T,2h,max = 24 h/d Q S,aM / x Qmax + Q F,aM Q M = f S,QM Q S,aM + Q F,aM Re =(d u S ) / u S = g - w d t TS = V BB TS BB / m T,d V BB = B d,bsb / (B TS,BSB TS BB ) Anlage 5: Einwohnerspezifische Frachten in g/(e d), die an 85 % der Tage unterschritten werden (ohne Schlammwasser) Parameter Rohabwasser Durchflusszeit t R in der Vorklärung bei Q T,2h,max 0,5 1,0 h 1,5 2,0 h BSB CSB TS TKN P 1,8 1,6 1,6

11 Name: Vorname: Matr.-Nr.: Seite: 11/11 Anlage 6: Erforderliche Durchflusszeiten und zulässige Flächenbeschickungen für die Vorklärung Art der Abwasserreinigung t R [h] q A [m³/(m² h)] Nur mechanische Reinigung 1,7 2,5 1,5 0,8 bei chemischer Fällung (im VKB) 0,5 0,8 4,0 2,5 vor Tropfkörperanlagen 1,7 2,5 1,5 0,8 vor Belebungsanlagen 0,5 1,0 4,0 2,5 Anlage 7: Maximale Schlammbelastungen B TS,BSB (10 C) Reinigungsziel Schlammbelastung [kg BSB 5 / (kg TS d)] biologische Vorreinigung > 0,3 weitgehender C-Abbau (ohne Nitri) 0,3 Nitrifikation 0,15 Nitrifikation und Denitrifikation 0,12 Nitri, Deni, Schlammstabilisierung 0,05 Anlage 8: Minimales Schlammalter t TS (10 C) Reinigungsziel Schlammalter [d] biologische Vorreinigung 1-2 weitgehender C-Abbau (ohne Nitrifikation) 4-5 Nitrifikation 8-10 Nitrifikation und Denitrifikation Nitrifikation, Denitrifikation und Schlammstabilisierung 25