Siedlungswasser- wirtschaft

Transkript

1 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz 2004 Siedlungswasser- wirtschaft Abwasserreinigung

2 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz 2004 Inhaltsübersicht Kurzzeichen, Begriffe Gewässerschutz Exkursion Kläranlage Dasing Schmutzfrachten im Zulauf + Seminar Rechen Sandfang + Seminar Vorklärbecken + Seminare Stoffwechsel Belebung + Seminare Nachklärung + Seminar Tropfkörper + Seminar Schlammfaulung, Gas + Seminar Schlammentwässerung + Seminar Exkursion Kläranlage Augsburg Fließschema einer Kläranlage Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Rezirkulation Belebungsbecken DN N Stapel behälter Schlammwasser Gasbehälter Faul behälter Primärschlamm Rücklaufschlamm Eindicker Überschussschlamm Gasverwertung Nachklärung Filter Vorfluter

3 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Abwasserreinigung Kurzzeichen nach ATV A 131 Name Einheit Erläuterung A NB m 2 Oberfläche der Nachklärung a - Anzahl der Räumerarme a SR m Räumbalkenabstand von Bandräumern B d,bsb kg/d Tägliche BSB 5 -Fracht B d,xxx kg/d Tägliche Fracht für einen anderen Parameter B R,BSB B R,XXX 3 kg/(m d) 3 kg/(m d) BSB 5 -Raumbelastung Raumbelastung mit einem anderen Parameter B TS,BSB kg/(kg d) BSB 5 -Schlammbelastung B TS,XXX kg/(kg d) Schlammbelastung mit einem anderen Parameter -1 d b Zerfallskoeffizient b NB m Breite von rechteckigen Nachklärbecken b SR m Räumschild- oder Räumbalkenlänge in rechteckigen Nachklärbecken C S mg/l Sauerstoff-Sättigungskonzentration, abhängig von der Temperatur und dem Partialdruck C X mg/l Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken D NB m Durchmesser von Nachklärbecken EW XXX E Einwohnerwert bezogen auf den Parameter XXX, z. B. BSB 5, CSB usw. f C - Stossfaktor für die Kohlenstoffatmung f N - Stossfaktor für die Ammoniumoxidation f SR - Räumfaktor, abhängig von der Art des Schlammräumers F T - Temperaturfaktor für endogene Veratmung h 1 m Tiefe der Klarwasserzone im Nachklärbecken h 2 m Tiefe der Trennzone/Rückströmzone im Nachklärbecken h 3 m Tiefe der Dichtestrom- und Speicherzone im Nachklärbecken h 4 m Tiefe der Eindick- und Räumzone im Nachklärbecken h e m Tiefe des Einlaufs h ges m Wassertiefe im Nachklärbecken h SR m Räumschild- oder Räumbalkenhöhe ISV l/kg Schlammindex I B m Länge des Räumbandes von Bandräumern (l B ~ l NB ) I NB m Länge rechteckiger Nachklärbecken 01 d Kurzzeichen.sdw

4 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Abwasserreinigung I W m Fahrstrecke des Räumwagens (l W ~ l NB ) I SR m Abstand des Räumschildes von dem Schlammabzugspunkt beim Einsetzen des Schlammrückflusses (l SR ~15 h SR ) M TS,BB kg Masse der Feststoffe im Belebungsbecken OC kg/h Sauerstoffzufuhr einer Belüftungseinrichtung in Reinwasser bei C x = 0, T = 20 C und Luftdruck p = 1013 hpa αoc kg/h Sauerstoffzufuhr einer Belüftungseinrichtung in belebtem Schlamm bei C x =0, T = 20 C und p = 1013 hpa OV C,BSB kg/kg Sauerstoffverbrauch für Kohlenstoffelimination, bezogen auf BSB 5 OV d,c kg/d Täglicher Sauerstoffverbrauch für C-Elimination OV d,d kg/d Täglicher Sauerstoffverbrauch für die C-Elimination, der durch die Denitrifikation gedeckt wird OV d,n kg/d Täglicher Sauerstoffverbrauch für Nitrifikation OV h kg/h Stündlicher Sauerstoffverbrauch Q Q K Q m Q SR Q RZ Q RF Q RS Q d Q t Q ÜS,d 3 m 3 /h Zufluss, Durchfluss, Volumenstrom m /h Kurzschlussschlammstrom in Nachklärbecken 3 m /h Bemessungszufluss bei Regenwetter aus Misch- oder Trennsystemen 3 m /h Räumvolumenstrom 3 m /h Interne Rezirkulation bei vorgeschalteter Denitrifikation 3 m /h Rückführfluss (Q RS + Q RZ ) bei vorgeschalteter Denitrifikation 3 m /h Rücklaufschlammstrom 3 m /d Täglicher Abwasserzufluss bei Trockenwetter 3 m /h Maximaler Trockenwetterzufluss als 2-h-Mittel bei Trockenwetter 3 m /d Täglicher Überschussschlammabzug q A m/h Flächenbeschickung der Nachklärung q SV 2 l/(m h) Schlammvolumenbeschickung, bezogen auf A NB RF - Rückführverhältnis bei vorgeschalteter Denitrifikation RV - Rücklaufverhältnis (Q RS /Q t bzw. Q RS /Q m ) SF - Sicherheitsfaktor für Nitrifikation T C Temperatur im Belebungsbecken T Bem C Temperatur im Belebungsbecken, die der Bemessung zu Grunde gelegt wird 01 d Kurzzeichen.sdw

5 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Abwasserreinigung T ÜW C Abwassertemperatur, bei der die Überwachungswerte für Stickstoff eingehalten werden müssen T W C Abwassertemperatur im Winter, T W < T Bem t E h Erforderliche Eindickzeit des Schlammes in der Nachklärung t D h,d Dauer der Denitrifikationsphase bei intermittierenden Verfahren t N h,d Dauer der Nitrifikationsphase bei intermittierenden Verfahren t R h,d Durchflusszeit z.b. (t R = V BB : Q t ) t SR h Räumintervall t s h Zeit für Heben und Senken des Räumschildes t T h Taktdauer bei intermittierenden Verfahren t TS d Schlammalter, bezogen auf V BB t TS,Bem d Schlammalter, das der Bemessung zu Grunde gelegt wird t TS,aerob d Aerobes Schlammalter, bezogen auf V N t TS,aerob,Bem d Aerobes Schlammalter, das der Bemessung für Nitrifikation TS AB TS BB TS BB,Kask TS BS TS RS TS ÜS 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m zu Grunde gelegt wird Trockensubstanzgehalt im Ablauf des Belebungsbeckens Trockensubstanzgehalt im Belebungsbecken Mittlerer Trockensubstanzgehalt in Belebungsbecken mit Kaskadendenitrifikation (TS BB,Kask > TS AB ) Trockensubstanzgehalt im Bodenschlamm der Nachklärbecken Trockensubstanzgehalt des Rücklaufschlammes Trockensubstanzgehalt des Überschussschlammes ÜS C,BSB kg/kg Schlammproduktion aus der Kohlenstoffelimination, bezogen auf BSB 5 ÜS d kg/d Tägliche Schlammproduktion (Feststoffe) ÜS d,c kg/d Tägliche Schlammproduktion aus der Kohlenstoffelimination ÜS d,p kg/d Tägliche Schlammproduktion aus der Phosphorelimination V BB V N V D V Sel 3 m 3 m 3 m 3 m Volumen des Belebungsbeckens Für Nitrifikation genutztes Volumen des Belebungsbeckens Für Denitrifikation genutztes Volumen des Belebungsbeckens Volumen eines aeroben Selektors 01 d Kurzzeichen.sdw

6 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Abwasserreinigung V BioP V NB VSV 3 m 3 m 3 l/m Volumen eines anaeroben Mischbeckens zur biologischen P-Elimination Volumen der Nachklärung Vergleichsschlammvolumen (VSV = TS BB ISV) v Rück m/h Rückfahrgeschwindigkeit des Räumwagens v SR m/h Räumgeschwindigkeit (bei Rundbecken an der Peripherie) Y mg/mg Ertragsfaktor (mg gebildete Biomasse (CSB) pro mg abbaubarem CSB) α - Quotient von Sauerstoffzufuhr in belebtem Schlamm und in Reinwasser Verschmutzungsparameter und Konzentrationen: C XXX mg/l Konzentration des Parameters XXX, in der homogenisierten Probe S XXX mg/l Konzentration des Parameters XXX in der filtrierten Probe (0,45 µm Membranfilter) X XXX mg/l Konzentration des Filterrückstandes, X XXX = C XXX S XXX Häufig verwendete Parameter: C BSB mg/l Konzentration des BSB 5 in der homogenisierten Probe S BSB mg/l Konzentration des BSB 5 in der mit 0,45 µm filtrierten Probe C CSB mg/l Konzentration des CSB in der homogenisierten Probe S CSB mg/l Konzentration des CSB in der mit 0,45 µm filtrierten Probe S CSB,abb mg/l Gelöster, abbaubarer CSB S CSB,inert mg/l Gelöster, inerter CSB S CSB,Dos mg/l Konzentration der Aufstockung des gelösten CSB durch externen Kohlenstoff zur Verbesserung der Denitrifikation C N mg/l Konzentration des Gesamtstickstoffs in der homogenisierten Probe als N C TKN mg/l Konzentration des Kjeldahlstickstoffs in der homogenisierten Probe (C TKN = C orgn + S NH4 ) C orgn mg/l Konzentration des organischen Stickstoffs in der homogenisierten Probe (C orgn = C TKN S NH4 oder C orgn = C N S NH4 S NO3 S NO2 ) S anorgn mg/l Konzentration des anorganischen Stickstoffs, S anorgn = S NH4 + S NO3 + S NO2 S NH4 mg/l Konzentration des Ammoniumstickstoffs in der filtrierten Probe als N S NO3 mg/l Konzentration des Nitratstickstoffs in der filtrierten Probe als N S NO2 mg/l Konzentration des Nitritstickstoffs in der filtrierten Probe als N 01 d Kurzzeichen.sdw

7 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Abwasserreinigung S NO3,D mg/l Zu denitrifizierender Nitratstickstoff S NO3,D,Ext mg/l Mit externem C zu denitrifizierender Nitratstickstoff S NH4,N mg/l Zu nitrifizierender Ammoniumstickstoff C P mg/l Konzentration des Phosphors in der homogenisierten Probe als P S PO4 mg/l Konzentration des Phosphates als P (gelöst) S KS mmol/l Säurekapazität X CSB,BM mg/l CSB der Biomasse X CSB,abb mg/l Partikulärer, abbaubarer CSB X CSB,inert mg/l Partikulärer, inerter CSB X orgn,bm mg/l In die Biomasse eingebauter organischer Stickstoff X P,BM mg/l In die Biomasse eingebauter Phosphor X P,Fäll mg/l Durch Fällung eliminierter Phosphor X P,BioP mg/l Bei der biologischen P-Elimination biologisch gebundener Phosphor X TS mg/l Konzentration der mit 0,45 µm Membranfilter abfiltrierbaren Stoffe nach Trocknung bei 105 C X orgts mg/l Konzentration der abfiltrierbaren organischen Stoffe X anorgts mg/l Konzentration der abfiltrierbaren anorganischen Stoffe Indices zum Ort oder Zweck der Probenahme (immer zuletzt). Z Probe vom Zulauf zur Kläranlage, z. B. C BSB,Z, X TS,Z ZB Probe vom Zulauf zum Belebungsbecken, ggf. vom Zulauf zum anaeroben Mischbecken, z. B. C CSB,ZB, auch Zulauf zum biologischen Reaktor AB Probe vom Ablauf des Belebungsbeckens, z. B. S NO3,AB, DB NB AN ÜS RS ÜW auch Ablauf vom biologischen Reaktor Probe vom Ablauf des Denitrifikationsbeckens, z. B. S NO3,DB Probe vom Ablauf des Nitrifikationsbeckens, z. B. S NH4,NB Probe vom Ablauf der Nachklärung, z. B. C BSB,AN, X TS,AN Probe vom Überschussschlamm Probe vom Rücklaufschlamm Überwachungswert 01 d Kurzzeichen.sdw

9 Warum Abwasserreinigung? Abwasserreinigung Gewässerschutz 1 Ziel der Abwasserreinigung: Gleichzeitiger Schutz und des Abwasserreinigung Gewässerschutz 3 Wasserkreislauf Abwasserreinigung Gewässerschutz 2 Themen Inhaltsstoffe Selbstreinigungsvermögen von Gewässern Gewässerschutz Abwasserreinigung. Abwasserreinigung Gewässerschutz 4

10 Reinigung Gewässer-Belastungen aus Mischwasser-Entlastungen BSB 5 bestimmt im Vorfluter BSB 5 = Biochemischer Sauerstoff-Bedarf in 5 Tagen CSB bestimmt O 2 -Zehrung im Vorfluter Chemischer Sauerstoff-Bedarf Absetzbare/abfiltrierbare Stoffe : Überlaufhäufigkeit bestimmt Überlaufdauer bestimmt des O 2 -Mangels Abwasserreinigung Gewässerschutz 5 KA WW Stadt KA WW Stadt Nutzung Gewinnung/ Aufbereitung Reinigun g Nutzung Gewinnung/ Aufbereitung Problem : Inhaltsstoffe Natürliche und anthropogene Inhaltsstoffe Eigenschaften der Inhaltsstoffe in abwassertechnisch»brauchbare«klassen eingeteilt : Abwasserreinigung Gewässerschutz 7 Selbstreinigungsstrecke Abwasserreinigung Gewässerschutz 6 Welche Wirkungen haben Inhaltsstoffe auf die Gewässergüte in Abwasserreinigung Gewässerschutz 8

11 Reinigung = Fressen Reinigung = Fressen Saprobien = Leitorganismen Saprobienindex = Maßzahl für die Gewässergüte abhängig von der zahlenmäßigen Zusammensetzung der Leitorganismen.

12 Tiefe Seen ~5 m Epilimnion Hypolimnion Abwasserreinigung Gewässerschutz 10

13 Gewässergütekarten Die Güteklasse eines Flussabschnittes wird mit der entsprechenden Abwasserreinigung Gewässerschutz 11 Zusammenfassung : Gewässergüte Unterschiedlich in Fließgewässern und Seen, kann verursacht sein Abwasserreinigung Gewässerschutz 12

14 Entwicklung der Abwasserreinigung ca komunale Kläranlagen in Bayern Abwasserreinigung Gewässerschutz 13 Kläranlage Prozeßschritte Abwasserreinigung Gewässerschutz 14

15 Reststoffe aus der Abwasserbehandlung Abwasserreinigung Gewässerschutz 15 Fließschema einer Kläranlage Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Rezirkulation Belebungsbecken DN N Faulbehälter Stapelbehälter Schlammwasser Primärschlamm Rücklaufschlamm Eindicker Nachklärung Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Gewässerschutz 16

17 Anfahrskizze Friedberg-Dasing Kläranlage Abwasserreinigung Exkursion Dasing Wegskizze Dasing 1 Vor der Schranke gelber Signalgeber für Bahnwärter. Taste kurz drücken! <--Friedberg Abwasserreinigung Exkursion Dasing 2

18 Lageplan Kläranlage Abwasserreinigung Exkursion Dasing 3 Vogelperspektive Abwasserreinigung Exkursion Dasing 4

20 Sie befinden sich hier... Rezirkulation Zulauf Rechen Sandfang Vorklärung Belebungsbecken Belüftung Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Stapelbehälter Schlammwasser Faulbehälter Eindicker P-Elimination Stoffwechsel Entsorgung Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Abwasserreinigung Rechen 3 Überlauf Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 3 Ermittlung der täglichen Schmutzfrachten im Zulauf zur Kläranlage Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 2 Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 4

21 Sammelschacht vor Schneckenpumpe Zulauf Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 5 Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 6 Schneckenpumpe Schneckenpumpe Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 7 Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 8

22 Regelung Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 9 Abwasseranfall, Spitzenfaktoren Beispiel : E = Q =... m 3 / h Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 11 Fracht und Konzentration Def. Schmutzfracht B : Masse eines Schmutzstoffes Berechnung der Schmutzfracht B aus der Konzentration C eines Stoffes im Abwasser und dem Abwasserzufluss Q : [kg/d] = [kg/m 3 ] * [m 3 /d] Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 10 Schmutzfrachten pro Kopf und Tag (Überwachungsparameter) nach A 131 Parameter Rohabwasser 0,5-1,0 h 1,5 2 h BSB CSB TS TKN P 1,8 1,6 1,6 Beispiel : E = B dbsb5 =... kg / d Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 12

23 Industrieller Abwasseranfall und Verschmutzung! je nach hergestelltem Produkt! Mengen durch ermitteln! durch ermitteln! Mengen nach DVGW-! nach Betrieben Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 13 Häusliche Schmutzfrachten Einwohnerzahl Tägliche Schmutzfrachten pro Einwohner Biochemischer Sauerstoffbedarf BSB 5 Chemischer Sauerstoffbedarf Abfiltrierbare Stoffe (Trockensubstanz) TS 0 60 g/(e*d) kg/d CSB 120 g/(e*d) kg/d 70 g/(e*d) kg/d Stickstoff N 11 g/(e*d) kg/d Phosphor P 1,8 g/(e*d) kg/d Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 15 Berechnungsbeispiel Eine Kläranlage soll für die gemeinsame Reinigung von kommunalem und industriellem Abwasser dimensioniert werden. Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 14 Industrielle Schmutzfrachten Schmutzfrachten industriell Schmutzwassermenge Qg 15 l/s Produktionsdauer tprod 10 h Tages-Schmutzwassermenge Qg 540 m³/d Konzentrationen Frachten pro Tag Biochemischer Sauerstoffbedarf BSB mg/l... kg/d Chemischer Sauerstoffbedarf CSB 1300 mg/l... kg/d Abfiltrierbare Stoffe (Trockensubstanz) TS mg/l... kg/d Stickstoff N 40 mg/l... kg/d Phosphor P 1 mg/l... kg/d Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 16

24 Gesamt-Schmutzfrachten Frachten pro Tag Biochemischer Sauerstoffbedarf BSB 5... kg/d Chemischer Sauerstoffbedarf CSB... kg/d Abfiltrierbare Stoffe (Trockensubstanz) TS 0... kg/d Stickstoff N... kg/d Phosphor P... kg/d Die Frachten bestimmen die Größe der biologischen Reinigungsstufe der Kläranlage. Abwasserreinigung Schmutzfrachten im Zulauf 17

25 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz Schmutzfrachten im Zulauf Aus dem der Kläranlage täglich zufließenden häuslichen und gewerblichen Abwasser und den darin enthaltenen Schmutzstoffen können die Tagesschmutzfrachten ermittelt werden. Schmutzfrachten häuslich im Zulauf der Kläranlage, d.h. im Zulauf zum Vorklärbecken (aus ATV A 131/2000, Tabelle 1 ) : Parameter Zulauffrachten [g/(e*d)] xxx BSB 5 60 CSB 120 TS 70 N 11 P 1,8 z.b. Für BSB 5 : B d, BSB5 = B d,häuslich, BSB5 + B d,industrie, BSB5 Einwohnerzahl Aufgabe E Gewerbeabwasser Spezifischer Abwasseranfall während der Produktionszeit t prod von 8 h/d mit gemessenen Konzentrationen C : Q g 50 [l/s] C BSB [mg/l] C CSB 2500 [mg/l] C TS 315 [mg/l] C N 94 [mg/l] C P 6,8 [mg/l] Zu berechnen sind : Gesamtschmutzfrachten aller Parameter im Zulauf der Kläranlage Aus den Zulauffrachten in [g/(e*d)] ) werden mit der Einwohnerzahl E die täglichen Schmutzfrachten B d,häuslich,xxx [g/d] oder besser [kg/d] für die einzelnen Parameter xxx im Zulauf zum Vorklärbecken berechnet. Beispiel für BSB 5 : B d,häuslich, BSB5 = BSB 5 Zulauffracht * E Schmutzfrachten gewerblich Aus den Wassermengen Q g [m 3 /h], der täglichen Produktionszeit t prod [h/d] und den Konzentrationen C [g/m 3 ] der Parameter BSB 5, CSB, N, P und TS werden die täglichen Schmutzfrachten B d,xxx [kg/d] wie folgt berechnet : B d,xxx = C xxx * Q g * t prod [kg/d] Beispiel : B d,bsb5 = C BSB5 * Q g * t prod [kg/d] Gesamtschmutzfrachten Für die Bemessung der Kläranlage müssen die Summen der Tagesschmutzfrachten aus häuslichem und gewerblichem Abwasser ermittelt werden, 1. Seminar Schmutzfrachten im Zulauf

27 Rechen Abwasserreinigung Rechen 1 Sie befinden sich hier... Rezirkulation Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Belebungsbecken Belüftung Nachklärung Abwasserreinigung Rechen 3 Sind Grobstoffe im Abwasser ein Problem? Abwasserreinigung Rechen 2 Primärschlamm Rücklaufschlamm Stapelbehälter Schlammwasser Faulbehälter Eindicker P-Elimination Stoffwechsel Entsorgung Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Systemskizze Rechen Abwasserreinigung Rechen 4

28 Rechen handgeräumt Abwasserreinigung Rechen 5 Regelung einer Rechenanlage Abwasserreinigung Rechen 7 Maschineller Rechen Räumvorgang Abwasserreinigung Rechen 6 Rechenbauwerk Abwasserreinigung Rechen 8

29 Rechenbauwerk Skizze Abwasserreinigung Rechen 9 Rechen maschinengeräumt Abwasserreinigung Rechen 11 Abwasserreinigung Rechen 10 Bogensieb Abwasserreinigung Rechen 12

30 Kletterrechen Abwasserreinigung Rechen 13 Rotamat Abwasserreinigung Rechen 15 Abstreifer Abwasserreinigung Rechen 14 Rotamat- Anlage Abwasserreinigung Rechen 16

31 Entwässerung des Rechenguts Abwasserreinigung Rechen 17 Siebtrommel Funktionsskizze Abwasserreinigung Rechen 19 Siebtrommel Abwasserreinigung Rechen 18 Entwässerun g des Rechenguts Abwasserreinigung Rechen 20

32 Rechengutcontainer Abwasserreinigung Rechen 21 Technik der Mikrosiebung Siebkammern, z. B. horizontal angeordnete, langsam rotierende Trommeln mit sehr feinen Siebgeweben bespannt Technik: Maschenweiten µm Drehzahl 5 U/min Durchmesser bis 3 m Zulauf: achsial ins Innere der Trommel Ablauf: radial von innen nach außen durch das Gewebe Abwasserreinigung Rechen 23 Rechen Aufgabe: Rückhalt von (Papier, Kunststofftüten u.a.) Stababstände: Grobrechen: bis 25 mm Feinrechen: 3-6 mm Mikrosiebung : Maschenweiten µm Bemessungsparameter: maximale Aufstauhöhe Abwasserreinigung Rechen 22 Rechengutmengen Rechengutanfall: l/1000 m3 0,02-0,05 l/(e*d) ca. 3,5 kgts/(e*a) TS-Gehalt durch Rechengutpressen: % TS Rechengutentsorgung: Abwasserreinigung Rechen 24

33 Literatur, Richtlinien Nomogramme und Hinweise der Hersteller ATV-Handbuch M echanische Abwasserreinigung, S.73 ff Wendehorst 26, S Schneider 13, S DIN T1 Rechenbauwerk mit geradem Rechen DIN T2 Rechenbauwerk mit Bogenrechen Abwasserreinigung Rechen 25

35 Wie reagiert ein Gewässer auf Abwasserreinigung Sandfang 1 Themen Welche Stoffe gibt es? Welche haben sie? zur Vermeidung? Abwasserreinigung Sandfang 3 Wirkung Ufervegetation festgehalten werden in der sinkt auf die Gewässersohle und schädigt sessile Organismen Abwasserreinigung Sandfang 2 Absetzbare, Schweb- und Schwimm- Stoffe Imhoff-Trichter Abwasserreinigung Sandfang 4

36 Absetzdauer abhängig von und eines Partikels Abwasserreinigung Sandfang 5 Erkenntnisse : Sand/Absetzbares wird sich absetzen, wenn... Dichte und Durchmesser des Materials das Material hat, sich am Boden abzusetzen, d.h. wenn das Gewässer Abwasserreinigung Sandfang 7 Absetzdauer abhängig von Dichte und Durchmesser Sand Partikeldurchmesser Abwasserreinigung Sandfang 6 Ziel der Abwassertechnik so dass sich das gewünschte Material absetzt (siehe Diagramm) Wahl eines Mögliche Massnahme, mit A = Q/ v Q = Durchflussmenge [m 3 /s] v = Fließgeschwindigkeit [m/s] Abwasserreinigung Sandfang 8

37 Sie befinden sich hier... Rezirkulation Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Belebungsbecken DN N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Faulbehälter Stapelbehälter Schlammwasser Eindicker Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Sandfang 9 Handgeräumter Sandfang Durchflussquerschnitt des Zulaufs Durchflussquerschnitt des Sandfangs Abwasserreinigung Sandfang 11 Sandfang/Fettfang Funktionsskizze Rechen Sandfang/ Fettfang Vorklärung Abwasserreinigung Sandfang 10 Maschinengeräumter Langsandfang DIN T3 Rechteckbecken als unbelüfteter Sandfang mit Räumer Abwasserreinigung Sandfang 12

38 eines Absetzbeckens Q H Q L B Abwasserreinigung Sandfang 13 Oberflächenbeschickung q A O Q H Q Absetzraum Schlammzone L B t sink - t fließ - L - Beckenlänge B - Beckenbreite H - Beckenhöhe O - Beckenoberfläche = eines Partikels bis zum Boden eines Partikels bis zum Beckenende Abwasserreinigung Sandfang 14

39 Zum Absetzen innerhalb der Fließstrecke erforderlich : t sink = t fließ = V / Q v sink = H / t sink v sink = H / = H / (H*L*B / Q) gekürzt = Q / (L*B) = Q / O = q A (Oberflächenbeschickung) Abwasserreinigung Sandfang 15 Bemessung Zulässige Oberflächenbeschickung q A (nach Kalbskopf) Zulässige q A [m/h] 0, ,4 11 0, ; , , Quellen : 1 WH 26, S. 1057, Tafel 83 2 Schneider 13, S Abwasserreinigung Sandfang 17 Bemessungsziel Ein Absetzbecken wird so dimensioniert, daß die kleiner oder gleich der der zu eliminierenden absetzbaren Stoffe ist : Abwasserreinigung Sandfang 16 Zulässige (max.) q A (cm/s) Abscheidegrad % Korndurchmesser > ,125 0,1 0,17 0,22 0,29 0,160 0,16 0,26 0,33 0,45 0,200 0,3 0,48 0,59 0,75 0,250 0,55 0,82 1 1,2 0,315 0,88 1,23 1,47 1,7 Quelle : Untersuchungen der Uni Hannover Abwasserreinigung Sandfang 18

40 Sinkgeschwindigkeit von Sand Abwasserreinigung Sandfang 19 Richtwerte für die Sandfangbemessung Fließgeschwindigkeit Sandrinne soll Sandmenge speichern können : 0,04-0,23 l/(e*w) Sandfanglänge Abwasserreinigung Sandfang 21 Belüfteter Sandfang Die Längsgeschwindigkeit sollte unter liegen. Durch das Einblasen von Luft wird eine Querwalze im Becken mit erzeugt, so daß unabhängig von der Zulaufwassermenge die gewünschte resultierende Geschwindigkeit von ca. eingestellt werden kann. Abwasserreinigung Sandfang 20 Erforderliche in s Abscheidegrad [%] Korndurchmesser > , , , , , Quelle : Untersuchungen der Uni Hannover erf V = max Q m * t R Querschnitt A = max Q m / v L Abwasserreinigung Sandfang 22

41 Belüfteter Sandfang mit Fettfang Abwasserreinigung Sandfang 23 Sandrinne mit Räumer Abwasserreinigung Sandfang 25 Fettfang Abwasserreinigung Sandfang 24 Räumer Abwasserreinigung Sandfang 26

42 Sandfangabmessungen nach Passavant A B H T S b1 b2 b3 b4 b5 b6 h1 h2 L Typ in m² in m SFbS ,0 1,4 1,90 0,3 2,3 0,3 0,4 0,55 0,15 0,3 0,5 0,35 0,1 10 bis 20 SFbS ,0 2,0 2,65 0,4 3,5 0,4 0,6 0,80 0,20 0,3 1,1 0,50 0,1 15 bis 25 SFbS ,0 2,4 3,30 0,5 4,3 0,6 0,6 1,00 0,20 0,4 1,5 0,55 0,2 15 bis 30 SFbS ,0 2,8 3,80 0,6 5,2 0,6 0,8 1,15 0,25 0,4 2,0 0,65 0,2 15 bis 35 SFbS ,0 3,2 4,20 0,7 6,0 0,7 0,9 1,25 0,35 0,5 2,4 0,75 0,3 15 bis 40 SFbS ,0 3,6 4,60 0,8 7,0 0,8 1,0 1,40 0,40 0,5 3,0 0,85 0,3 15 bis 40 Quelle : WH 26, S.1058, Tafel 85 Abwasserreinigung Sandfang 27 Literatur, Richtlinien ATV-Handbuch Mechanische Abwasserreinigung, S.95 ff Wendehorst 26, S Schneider 13, S Boës, M.: Anordnung u. Bemessung der Luftzufuhr von belüfteten Sandfängen KA7,'90, S Londong: Ein Beitrag zur Bemessung belüfteter Sandfänge KA 1;88, S DIN T3 (8.78) Rechteckbecken als Sandfänge mit Saugräumer Abwasserreinigung Sandfang 28

43 Fachhochschule Augsburg - Siedlungswasserwirtschaft - Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Belüfteter Sandfang Aufgabenstellung Zu bemessen ist ein belüfteter Sandfang (BSF) mit folgenden Belastungsdaten : Regenwetterabfluß Q m = 750 (m 3 /h) Sandanfall (pro 100 m 3 Abwasser) S= 50 (L) Bei Regenwetter soll der Abscheidegrad der Körnung > 0,2 mm = 100 % sein. Lösungsweg Für den angestrebten Abscheidegrad und die gewählte Körnung aus Tabellen ablesen : Oberflächenbeschickung q A (cm/s) und Aufenthaltszeit t R (s) Erforderliche Oberfläche O (= sichtbarer Wasserspiegel) des BSF O = Q m / q A (m 2 ) Volumen V des BSF = Q m *t R (m 3 ) Querschnittsfläche A aus A = Q m / v längs mit v längs <= 0,2 (m/s) Mit A aus Passavant-Tabelle Typ wählen : z.b. Typ mit zugehörigen Abmessungen Nachweis der Fließgeschwindigkeit für RW v = Q m / A < v längs = 0,2 (m/s) Erforderliche BSF-Länge L=O/B (m) Volumen V des BSF V = L*A (m 3 ) Nachweis der Aufenthaltszeit hier bei Regenwetter : t RW = V/Q m > t Tabelle! Sandanfall : V Sand = Q m *S Volumen Sandrinne (Länge*Breite*Tiefe) V Sandrinne =L*B SR *T ; B SR = (b 2 +b 5 )/2 Räumzyklus t = V Sandrinne / V Sand Erforderliche Aufenthaltszeit t R in s Korndurchmesser mm > Abscheidegrad [%] , , Abscheidegrad [%] 0, , , Zulässige Oberflächenbeschickung q A (cm/s) Korndurchmesser mm > Typ Abscheidegrad % ,125 0,1 0,17 0,22 0, ,16 0,26 0,33 0,45 0,2 0,3 0,48 0,59 0,75 0,25 0,55 0,82 1 1,2 0,315 0,88 1,23 1,47 1,7 Aus WH : BSF mit Fettfang, Abmessungen nach Passavant A B H T S b1 b2 b3 b4 b5 b6 h1 h2 L in m 2 in m SFbS ,0 1,4 1,90 0,3 2,3 0,3 0,4 0,55 0,15 0,3 0,5 0,35 0,1 10 bis 20 SFbS ,0 2,0 2,65 0,4 3,5 0,4 0,6 0,80 0,20 0,3 1,1 0,50 0,1 15 bis 25 SFbS ,0 2,4 3,30 0,5 4,3 0,6 0,6 1,00 0,20 0,4 1,5 0,55 0,2 15 bis 30 SFbS ,0 2,8 3,80 0,6 5,2 0,6 0,8 1,15 0,25 0,4 2,0 0,65 0,2 15 bis 35 SFbS ,0 3,2 4,20 0,7 6,0 0,7 0,9 1,25 0,35 0,5 2,4 0,75 0,3 15 bis 40 SFbS ,0 3,6 4,60 0,8 7,0 0,8 1,0 1,40 0,40 0,5 3,0 0,85 0,3 15 bis Seminar Belüfteter Sandfang

45 Vorklärung Absetzvorgang Zulaufverteilung Absetzraum Überlaufrinne Räumer Schlammabzug Beckenformen Bemessung. Abwasserreinigung Vorklärbecken 1 Rezirkulation Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Belebungsbecken DN N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Funktionsskizze Vorklärung Sandfang Belebungsbecken Abwasserreinigung Vorklärbecken 3 Sie befinden sich hier... Stapel behälter Schlammwasser Faul behälter Eindicker Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Vorklärbecken 2 Absetzbare und Schwebstoffe im Ablauf des Sandfangs Schwimmstoffe Schwebstoffe Sand + evtl. andere absetzbare Stoffe Abwasserreinigung Vorklärbecken 4

46 Abnahmerate für einzelne Parameter Abwasserreinigung Vorklärbecken 5 Absetzvorgang Abwasserreinigung Vorklärbecken 7 Erkenntnisse Zur Elimination der im Abwasser verbliebenen Schweb und absetzbaren Stoffe ist eine gegenüber dem Sandfang bis zu erforderlich. Maßnahme : Abwasserreinigung Vorklärbecken 6 Funktionsschema Rechteckbecken Abwasserreinigung Vorklärbecken 8

47 Funktionsschema Rundbecken Quelle : Wendehorst 26/1055 Abwasserreinigung Vorklärbecken 9 Zulaufbauwerke Rundbecken Abwasserreinigung Vorklärbecken 11 Zulaufbauwerke Rechteckbecken Quelle : Handbuch für Ver und Entsorger, Band 3 Abwasser Abwasserreinigung Vorklärbecken 10 Räumerbrücke Abwasserreinigung Vorklärbecken 12

48 Überlaufrinne Abwasserreinigung Vorklärbecken 13 Absetzraum Abwasserreinigung Vorklärbecken 15 Getauchtes Rohr mit Tauchwand Abwasserreinigung Vorklärbecken 14 Schildräumer Abwasserreinigung Vorklärbecken 16

49 Saugräumer Abwasserreinigung Vorklärbecken 17 Vertikalbecken Abwasserreinigung Vorklärbecken 19 Bandräumer Abwasserreinigung Vorklärbecken 18 Literatur, Richtlinien ATV Handbuch Mechanische Abwasserreinigung, S.159 ff ATV Arbeitsblatt A 131 Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen mit Anschlußwerten ab 5000 Einwohnerwerten Wendehorst 26, S Schneider 13, S DIN T1 Kläranlagen; Rechteckbecken mit Schildräumer DIN T2 Kläranlagen; Rechteckbecken mit Bandräumer DIN T4 Kläranlagen; Rechteckbecken mit Saugräumer DIN T1 Kläranlagen; Rundbecken mit Schildräumer DIN T2 Kläranlagen; Rundbecken mit Saugräumer DIN T3 Kläranlagen; Rundbecken als Eindicker mit Zentralantrieb DIN Überfallwehr und Tauchwand Abwasserreinigung Vorklärbecken 20

50 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Vorklärbeckens Das Volumen eines Vorklärbeckens wird anhand des Trockenwetterzuflusses bemessen. Wassermengen Für die Bemessung werden stündliche Zuflüsse [m 3 /h] benötigt. Häusliches Abwasser Q h Tageszufluss zur Kläranlage : Q h,d = E * w s [E]*[l/(E*d)] > [l/d] > [m 3 /d] Spitzenstundenzufluss : Q hx = E * w s * 1/x [d/h] [l/h] > [m 3 /h] b) t R = 2 h (nachfolgender Tropfkörper) das jeweilige Volumen des VKB: V VK = Q tx * t R Konstruktive Gestaltung Rechteckbecken Tiefe H : 2-2,5 m + 0,3 m Schlammzone Länge L : m Breite B : 4-10 m H : L ca. 1 : 15 bis 1 : 10 B : L ca. 1 : 6 bis 1 : 8 Rundbecken Tiefe H = 1,6-3,5 m + 0,3 m Schlammzone Durchmesser D : 20 m H : D = 1 : 16 (günstig) gewählt : V VK = wirksame Tiefe H eff = m, Gesamttiefe = H eff + 0,3 m = m Länge L= 15 * H eff = m, Breite B = L/7 = m q A = Q t /O = 645/ = m/s w s Gewerbl./industr. Abwasser Q g bzw. Q i [m 3 /h] Mit Q g ist meistens Q gx gemeint. Mengen sind abhängig von Produktionszeiten und Wasserverbrauch. Fremdwasserzufluss Q f [m 3 /h] Aus Nachtmessungen oder Schätzungen, häufig angegeben in % vom Trockenwetterzufluss, Anfall kontinuierlich über 24 h/d. Trockenwetterzufluss Q t [m 3 /h] Mit Q t ist meistens Q tx gemeint. Q tx = Q hx + Q gx + Q f Fremdwasserzufluss Q f = 20 l/s Für Tropfkörper ist eine besonders hohe Sedimentationsleistung erwünscht : Die Länge wird erhöht um einen Störzonenzuschlag = 2*wirksame Tiefe H eff = m, daraus Gesamtlänge = L + m = m B = m Gesamtvolumen V = m 3 q A = Q t /O = m/s Zulässige Belastungswerte Rechnerische Oberflächen Durchflußzeit beschickung t R [h] bei Q t q A [m/h] Belebungsverfahren 0,5-1 2,5-4 Tropfkörperverfahren 1,5-2 h 0,8-1,5 Aufgabe : Zu berechnen sind für eine Aufenthaltszeit von a) t R = 0,5 h (nachfolgendes Belebungsbecken) und 072 s bemessung vkb

51 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz Zulauf : Q t =645 m 3 /h Bemessungsbeispiel Gesucht : Volumen V VK fürs Belebungsverfahren gewählt : t R =0,75 h und Rechteckbecken Volumen : V VK = t R *Q t = 0,75*645 = 484 m 3 gewählt : V VK = m500 3, wirksame Tiefe H eff = 2,5 m, Länge L=15 * 2,5 = 37,5 m, BreiteB = L/7 = 5,40 m Gesamttiefe = 2,5 + 0,3 (Schlammzone) = 2,8 m q A = Q t /O = 645/(37,5*5,4) = 3,19 m/s : ok Bemessungsbeispiel V VK fürs Tropfkörperverfahren gewählt : t R = 2 h und Rechteckbecken V VK = t R *Q t = 2*645 =1290 m 3 H eff = 2,0 m, Gesamt = 2,30 m L = 40 m, B = 5,50 m 3 Becken Für Tropfkörper ist eine besonders hohe Sedimentationsleistung erwünscht : Störzonenzuschlag = 2*wirksame Tiefe H eff = 2*2 m = 4 m, daraus Gesamtlänge = L + 4 m = 44 m Gesamtvolumen V = 44 * 2,3 * 5,5 * 3 = 1670 m 3 q A = Q t /O = 645/(44*5,5*3) = 0,9 m/s : ok 072 s bemessung vkb

52 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz Schmutzfrachten im Ablauf des Vorklärbeckens Abhängig von den Tagesschmutzfrachten im Ablauf der Vorklärung wird die nachfolgende biologische Reinigungsstufe bemessen. Wassermengen und Frachten im Zulauf des Vorklärbeckens seien bekannt. Häusliche Schmutzfrachten der Überwachungsparameter xxx im Zulauf (Spalte Rohabwasser ) und Ablauf (mittlere und rechte Spalte) des Vorklärbeckens in [g/(e*d)] in Abhängigkeit von der Durchfluss bzw. Aufenthaltszeit t R [h] (s. a. ATV A 131/2000, Tabelle 1 ) : Parameter Frachten im Rohabwasse Durchflusszeit t R in der Vorklärung bei Q t Ablauffracht Ablauffracht en nach 0,5- en nach 1,5 xxx r 1,0 h 2 h BSB CSB TS TKN P 1,8 1,6 1,6 Die täglichen Schmutzfrachten B d,häuslich,xxx [g/d] für die einzelnen Parameter xxx im Ablauf des Vorklärbeckens berechnen sich wie im Beispiel für BSB 5 : B d,häuslich, BSB5 = BSB 5 Ablauffracht * E Schmutzfrachten gewerblich Häufig haben Schmutzstoffe industrieller Abwässer ein anderes Absetzverhalten als die aus häuslichem Abwasser. Daher kann obige Tabelle für industrielle Abwässer nur in Ausnahmefällen verwendet werden. Die Absetzraten für die einzelnen Parameter können im Labor versuchsweise ermittelt und z.b. in Prozent der Zulauffrachten angegeben werden : B d, Ablauf = B d,zulauf * (100 Absetzrate)/100 Gesamtschmutzfrachten Für die Bemessung der nachfolgenden biologischen Reinigungsstufe müssen die Summen der Ablaufschmutzfrachten der einzelnen Parameter aus häuslichem und gewerblichem Abwasser ermittelt werden, z.b. B d, BSB5 = B d,häuslich, BSB5 + B d,industrie, BSB5 Aufgabe Einwohnerzahl und Gewerbeabwasser siehe Aufgabe Schmutzfrachten im Zulauf der Vorklärung Zu berechnen sind die Gesamt Schmutzfrachten im Ablauf des Vorklärbeckens (VKB) a) für eine Aufenthaltszeit von t R = 0,5 h (nachfolgendes Belebungsbecken) und b) t R = 2 h (nachfolgender Tropfkörper) Laboruntersuchungen des Gewerbeabwassers ergaben : BSB 5 wird im VKB um 14,5 % und TS um 8 % reduziert unabhängig von der Aufenthaltszeit. Alle anderen Stoffe sind 100 % gelöst. Literatur : DIN T1 (12.75) Kläranlagen; Rechteckbecken mit Schildräumer, T2 (11.75) mit Bandräumer, T4 (05.84) mit Saugräumer DIN T1 (09.72) Kläranlagen; Rundbecken mit Schildräumer, T2 (12.75) mit Saugräumer DIN (03.75) Überfallwehr und Tauchwand ATV Arbeitsblatt A 131 Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen ATV Arbeitsblatt A 135 Grundsätze für die Bemessung von Tropfkörpern und Rotationstauchkörpern 073 s schmutzfrachten ablauf vkb.sdw

54 Biologische Verfahren, Stoffwechsel Belebtschlamm organismen Abwasserreinigung Stoffwechsel 1 Rezirkulation Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Belebungsbecken Belüftung Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Stoffwechsel Vorgang Mikroorganismen zersetzen in Molekülketten bis zu Endprodukten (CO 2, H 2 O,...) Ziel des Stoffwechsels Gewinnung von und aus den Abbauvorgängen (chemische Reaktion von z.b. H und O) Einsatz der gewonnenen Baustoffe und Energie als, zur Fortpflanzung und Bewegung Abwasserreinigung Stoffwechsel 3 Sie befinden sich hier... Stapel behälter Schlammwasser Faul behälter Eindicker P Elimination Stoffwechsel Entsorgung Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Klärtechnischer Einsatz Umwandlung von Nährstoffen in Unkritisches Abwasserreinigung Stoffwechsel 4

55 Nährstoffe = Zellbestandteile Störstoffe Abwasserreinigung Stoffwechsel 5 Reaktionsbedingungen O 2 gelöst O 2 gebunden 1) Milieu Vorgang 1) O 2 gebunden = NO 3, SO 4... Abwasserreinigung Stoffwechsel 7 Voraussetzungen für einen schnellen Stoffwechsel Anzahl von Mikroorganism en Temperatur Günstiger ph-wert Geeigneter von Nährstoffen Gute Abwasserreinigung Stoffwechsel 6 Enzym-Stoffwechsel S E S S E Ca. 40 aufeinander folgende Enzym Reaktionen umfaßt der Stoffwechsel, Enzym = Protein, wirkt als Katalysator Enzym Substrat Enzym Abwasserreinigung Stoffwechsel 8

56 Störung des Stoffwechsels Substrat Inhibitor Enzym Der Stoffwechselvorgang verlangsamt sich oder kommt zum Erliegen. Die Abwasserinhaltsstoffe werden dann als Abwasserreinigung Stoffwechsel 9 bezeichnet. Kohlenstoff Abbau durch Bakterien Nährstoffe Substrat CHONPS Stoffwechsel Abfall Atmung Abwasserreinigung Stoffwechsel 11 Stoffwechsel in der Zelle Abwasserreinigung Stoffwechsel 10 Nährstoffe = CHONPS Bakterien Kohlenstoff Abbau, heterotrophe, höhere Organismen Stoffwechsel Abfall NH 3 CO 2 H 2 O N 2 O 2 NO 3 Atmung Abwasserreinigung Stoffwechsel 12

57 Kohlenstoff Abbau durch Organismen, die sich heterotroph = Bakterien Generationszyklus kurz Schlammalter t TS klein Bakterienfresser Generationszyklus lang Schlammalter t TS groß Abwasserreinigung Stoffwechsel 13 Stickstoff Abbau Phase 1 Nährstoffe Substrat Stoffwechsel Abwasserreinigung Stoffwechsel 15 Schlammalter t TS einer Belebtschlammflocke in der biologischen Reinigungsstufe TS Trockensubstanz Abwasserreinigung Stoffwechsel 14 Stickstoff Abbau Phase 2 Stoffwechsel Abfall Abwasserreinigung Stoffwechsel 16

58 Stickstoff Abbau Bakterien Generationszyklus = erforderliches t TS ist länger (ca. ) als das der heterotrophen Ernährung : NH3, NH4, CO2, NO2 Abwasserreinigung Stoffwechsel 17 I BSB-Abbau und biologische Interpretation II III I Primärreaktionen : Abbau durch Bakterien II Sekundärraktionen : BSB Zeit, Abbau der Räuber Abwasserreinigung Stoffwechsel 19 Biozönose hochbelastet S B Biozönose = Lebensgemeinschaft = S organische Substanz B Bakterien bestehend aus und Organismen Abwasserreinigung Stoffwechsel 18 Konzentration O2 Verbrauch I II III, Abbau von Ziliaten durch andere Räuber III Tertiärraktionen : S B Biozönose schwachbelastet H 2 O Schlamm zuwachs H 2 O CO 2 Überschußschlamm NH 3 CO 2 NH 3 Schlamm zuwachs NO 2 Schlamm zuwachs NO 3 Reinigungsziel, t TS, Anlagengröße, Kosten Abwasserreinigung Stoffwechsel 20

60 Bemessung eines nach ATV A131 Sie befinden sich hier... Zulauf Rechen Sandfang Vorklärung Belebungsbecken DN Rezirkulation N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Faulbehälter Stapelbehälter Schlammwasser Eindicker Abwasserreinigung Belebung 1 Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Belebung 2 Belebung Abwasserreinigung Belebung 3 Abwasserreinigung Belebung 4

61 Belebungsverfahren Abwasserreinigung Belebung 5 Fließschema VK-BB-NK NK Belebungsbecken mit Abwasserreinigung Belebung 7 Q Bd BSB5 Bd TS0 VK BB Q TS e TS BS QRS TS RS QÜS TS ÜS Abwasserreinigung Belebung 6

62 Atmungsbedingungen und Stoffelimination bei der Nitrifikation Ablaufkonzentrtionen Zulauf Roh-Abwasser (CHONPS) und Rücklaufschlamm(NO 3 ) Nitrifikation und C-Abbau NH 4 NO 3, C CO 2 Elektronenakzeptor : O 2 Abwasserreinigung Belebung 8 Atmungsbedingungen und Stoffelimination O 2 C Ablaufkonzentrtionen Zulauf Roh-Abwasser (CHONPS) und Rücklaufschlamm(NO 3 ) Nitrifikation und C-Abbau NH 4 NO 3, C CO 2 Elektronenakzeptor : O 2 DeNitrifikation NO 3 NO 2 N 2 mit C CO 2 Elektronenakzeptor : NO 3 Abwasserreinigung Belebung 9

63 2. Versuch : Denibecken Nitrifikation O 2 = 0 NO 3 > 0 anoxisch O 2 > 0 aerob Ablaufkonzentrtionen Zulauf Roh-Abwasser (CHONPS) und Rücklaufschlamm (wenig NO 3 ) DeNitrifikation NO 3 NO 2 N 2 mit C CO 2 Elektronenakzeptor : NO 3 Nitrifikation NH 4 NO 3 Elektronenakzeptor : O 2 Abwasserreinigung Belebung 10

64 in der Denitrifikation Abwasserreinigung Belebung 11 Vorgeschaltete Denitrifikation S NO3,D = C N,ZB - S orgn,an - S NH4,AN - S NO3,AN - X orgn,bm C X orgn,bm = N,ZB CBSB,ZB 0,05*C BSB,ZB S NO3,D NKB zulässiger Überwachungswert : C Nges,ÜW = S orgn,an + S NH4,AN +S NO3,AN Abwasserreinigung Belebung 13 Vorgeschaltete Denitrifikation Abwasserreinigung Belebung 12 Bemessung nach Voraussetzungen Eingangswerte (Zulaufvolumenstrom, Konzentration an Abwasserinhaltsstoffen, Frachten etc.) werden als über die Zeit angenommen. CSB/BSB5 = ca. Die Stundenspitzen der Frachten sollen nicht größer als das fache des Stundenmittels der Tagesfracht sein Abwasserreinigung Belebung 14

65 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 für Nitrifikation Skizze zur Orientierung Q d = [m 3 /d] S anorgn,üw Aufgabe : Das Belebungsbecken BB soll für das Reinigungsziel Nitrifikation bei 12 C bemessen werden. Ermittlung der erforderlichen Anlagengröße = BSB-Fracht im Zulauf der Kläranlage ( aus dem Seminar Schmutzfrachten im Zulauf ) B d,bsb5,z = [kg/d] Zugehöriges Bemessungschlammalter Bemessungsschlammalter t TS [d] abhängig von Reinigungsziel, Temperatur und Anlagengröße (Zwischenwerte abschätzen) (aus ATV-Arbeitsblatt A 131, Tabelle 2) Reinigungsziel Anlagengröße B d, BSB, Z bis 1200 kg/d über 6000 kg/d Bemessungstemperatur 10 C 12 C 10 C 12 C ohne Nitrifikation 5 4 mit Nitrifikation 10 8,2 8 6,6 mit Stickstoffelimination V D / V BB = 0,2 Schlammstabilisierung einschl. Stickstoffelimination 12,5 10,3 10 8,3 0,3 14,3 11,7 11,4 9,4 0,4 16,7 13,7 13,3 11 0, , ,2 25 nicht empfohlen t TS,aerob,Bem = 8,2 ( -1200)/( )*(8,2-6,6) = d 092 sa nitrifikation :15

66 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 für Nitrifikation Zugehörige maximal zulässige Ablaufkonzentrationen im Ablauf der Nachklärung Zulässige Ablaufkonzentrationen der Überwachungsparameter nach der allgemeinen RahmenAbwVwV, 2001 Größenklasse kg BSB 5 /d CSB mg/l BSB 5 mg/l (RahmenAbwVwV RahmenAbwasserVerwaltungsVorschrift) Max. zul. Stickstoffkonzentration im Ablauf der KA : S anorgn,üw = N anorg (aus Tabelle) = 18 mg/l Erläuterung der Abkürzung S anorgn,üw NH 4 -N mg/l N anorg = C Ne mg/l < < < < Solution anorganisch N (= NH 4 + NO 3 ) ÜberwachungsWert P ges mg/l Tägliche Wassermenge im Zulauf der Kläranlage aus dem Seminar Bemessung eines Vorklärbeckens Q d = [m 3 /d] Tägliche Überschussschlammproduktion ÜS d ÜS d = ÜS d,c + ÜS d,p ÜS d,c = Schlammproduktion aus Kohlenstoffelimination ÜS d,p = Schlammproduktion aus Phosphorelimination B = [kg/d] d,ts,z Schlammproduktion ÜS d,c aus Kohlenstoffelimination BSB-Konzentration im BB-Zulauf: 092 sa nitrifikation :15

67 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 für Nitrifikation C BSB5,ZB = B d,bsb5,zb / Q d = mg/l TS-Konzentration im BB-Zulauf : X TS,ZB = B d,ts,zb / Q d = mg/l Dann folgt mit X TS,ZB / C BSB5,ZB = und t TS = d aus der folgenden Tabelle : Tabelle 5 : Spezifische Schlammproduktion ÜS C, BSB [kg TS / kg BSB 5 ] bei 10 bis 12 C Schlammalter in Tagen ,4 0,79 0,69 0,65 0,59 0,56 0,53 0,6 0,91 0,81 0,77 0,71 0,68 0,65 0,8 1,03 0,93 0,89 0,83 0,8 0,77 1 1,15 1,05 1,01 0,95 0,92 0,89 1,2 1,27 1,17 1,13 1,07 1,04 1,01 X TS, ZB / C BSB, ZB ÜS C, BSB = ca. ÜS d,c = ÜS C,BSB * B d,bsb,zb = kg/d Schlammproduktion ÜS d,p aus biologischer Phosphorelimination 1 Gramm biologisch eliminierter Phosphor (X P,BioP ) ergibt ca. 3 g TS (= 3 g Organismenzuwachs). Zum Zellaufbau benötigen Mikroorganismen einen Mix aus 1 Anteil P und 100 Anteilen BSB5, d.h. ein festes Massenverhältnis von X P,BioP / C BSB5,ZB = 1 / 100, also X P,BioP 0,01 * C BSB5,ZB Es wird also 1 % der eliminierten BSB5-Konzentration in Form von Phosphor in die Zelle eingebaut. Daraus ergibt sich : ÜS d,p = Q d * 3 * X P,BioP / 1000 = * 3 * 0,01 * C BSB5,ZB / 1000 = m /d * kg / m = kg/d Gesamte Überschussschlammproduktion ÜS d ÜS d = ÜS d,c + ÜS d,p = (ohne P-Fällung, d.h. ohne Fällschlamm) Trockensubstanzgehalt im Belebungsbecken kg/d 092 sa nitrifikation :15

68 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 für Nitrifikation normalerweise aus Bemessung des Nachklärbeckens (Da diese hier noch nicht durchgeführt wurde, hier angenommen mit ) : TS BB = 3,6 kg/m 3 Erforderliche Feststoffmasse im Belebungsbecken : M TS,BB = ÜS d * t TS,Bem = kg Volumen des Belebungsbeckens : V BB = M TS,BB / TS BB = m 3 Vergleichsgrößen zu älteren Kläranlagen BSB 5 Raumbelastung: B R = B d,bsb,zb / V BB = kg BSB 5 /(m 3 *d) Schlammbelastung: B TS = B R / TS BB = kg/(kgts d) 092 sa nitrifikation :15

69 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 Denitrifikation Aufgabe : Das Belebungsbecken BB soll für das Reinigungsziel Denitrifikation bei 12 C bemessen werden Lösung Schritt 1 : Ermittlung der Anlagengröße B d,bsb5,z aus den täglichen Schmutzfrachten im Zulauf der Kläranlage B d,bsb,z = 4800 kg/d => Größenklasse : < 6000 kg/d B d,bsb,z Daraus zulässige Gesamtstickstoffkonzentration im Ablauf aus folgender Tabelle: Zulässige Ablaufkonzentrationen der Überwachungsparameter nach der allgemeinen RahmenAbwVwV, 2001 Größenklasse kg BSB 5 /d CSB mg/l BSB 5 mg/l NH 4 -N mg/l P ges mg/l N anorg = C Ne mg/l < < < < > N anorg = C Ne = S anorgn,üw =18 mg/l = C gesn,üw Schritt 2 : Zu eliminierende NO 3- Konzentration S NO3,D Dafür maßgebende tägliche Schmutzfrachten im Zulauf zum Belebungsbecken (Index ZB) übernommen aus dem Seminar Schmutzfrachten im Ablauf des Vorklärbeckens : S NO3,D = C N,ZB - S orgn,an - S NH4,AN - S NO3,AN - X orgn,bm C N,ZB = B d,n,zb / Q d = mg/l mit Q d = Q h,d + Q g,d + Q f = [m 3 ] aus Seminar Schmutzfrachten im Zulauf 093 SA denitrifikation :15

70 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 Denitrifikation S orgn,an = C Nges,ÜW - S anorgn,üw (d.h. C Nges,ÜW S anorgn,üw = Überwachungswert, s. Tabelle 1, Nges) und : S anorgn,üw = S NH4,AN + S NO3,AN S orgn,an Erfahrungswert = 2 mg/l S NH4,AN sicherheitshalber mit 0 angenommen = 0 mg/l = zulässiger Ablaufwert für Ammonium (s. Tabelle 1, NH4-N) S NO3,AN = 0,8 * S anorgn,üw = 0,8 * 18 = 14 mg/l, d.h. z.b. 80% NO 3 und 20% NH 4 Annahme hier : geringe Schwankungen der Zulauffrachten, daher 0,8 sonst 0,6 X orgn,bm = 0,05 * C BSB5,ZB = mg/l C BSB5,ZB = B d,bsb5,zb / Q d = mg/l (X orgn,bm = N-Einbau in Biomasse von ca. 5 % der abgebauten BSB 5 -Fracht) S NO3,D = C N,ZB - S orgn,an - S NH4,AN - S NO3,AN - X orgn,bm = mg/l Schritt 3 : Erforderliche Denitrifikationskapazität erf. S NO3,D / C BSB,ZB = Tabelle 3 : Richtwerte für die Bemessung der Denitrifikation für Trockenwetter bei Temperaturen von 10 bis 12 C und durchschnittlichen Verhältnissen (kg zu denitrifizierender Nitratstickstoff pro kg zugeführtem BSB 5 ) V D /V BB S NO3,D / C BSB,ZB vorgeschaltete Denitrifikation und vergleichbare Verfahren Simultane und intermittierende Denitrifikation 0,2 0,11 0,06 0,3 0,13 0,09 0,4 0,14 0,12 0,5 0,15 0,15 Gewählt : Vorgeschaltete Denitrifikation, dafür abgelesen aus Tab. 3 : 093 SA denitrifikation :15

71 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 Denitrifikation V D / V BB <, gewählt Schritt 4 Erf. aerobes Schlammalter t TS,aerob für die Bemessungstemperatur von 12 C (=Aufenthaltszeit im belüfteten Bereich des Belebungsbeckens) : t TS,aerob interpoliert aus A131, Tabelle 2 : Bemessungsschlammalter t TS [d] abhängig von Reinigungsziel, Temperatur und Anlagengröße (Zwischenwerte abschätzen) (aus ATV-Arbeitsblatt A 131, Tabelle 2) Reinigungsziel Anlagengröße B d,bsb,z bis 1200 kg/d über 6000 kg/d Bemessungstemperatur 10 C 12 C 10 C 12 C ohne Nitrifikation 5 4 mit Nitrifikation 10 8,2 8 6,6 mit Stickstoffelimination V D / V BB = 0,2 12,5 10,3 10 8,3 0,3 14,3 11,7 11,4 9,4 0,4 16,7 13,7 13,3 11 0, , ,2 Schlammstabilisierung einschl. Stickstoffelimination 25 nicht empfohlen t TS,aerob = 8,2 -( -1200)/( )*(8,2-6,6) = d und das Bemessungsschlammalter (=gesamte Aufenthaltszeit im belüfteten und nicht belüfteten Bereich des Belebungsbeckens): t TS,Bem = t TS,aerob * 1 / (1-(V D / V BB )) = [d] 093 SA denitrifikation :15

72 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 Denitrifikation Schritt 5 Täglicher Überschussschlammanfall ÜS d = ÜS d,c + ÜS d,p ergibt sich aus der Überschussschlammproduktion aus Kohlenstoff-Elimination ÜS d,c und der P-Elimination ÜS d,p Spezifische Überschussschlammproduktion aus Kohlenstoff-Elimination C BSB,ZB = mg/l X TS,ZB = B d,ts / Q d = mg/l mit X TS,ZB / C BSB,ZB = Tabelle 5 : Spezifische Schlammproduktion ÜS C,BSB5 [kg TS / kg BSB 5 ] bei 10 bis 12 C Schlammalter t TS in Tagen ,4 0,79 0,69 0,65 0,59 0,56 0,53 0,6 0,91 0,81 0,77 0,71 0,68 0,65 0,8 1,03 0,93 0,89 0,83 0,8 0,77 1 1,15 1,05 1,01 0,95 0,92 0,89 1,2 1,27 1,17 1,13 1,07 1,04 1,01 X TS,ZB / C BSB,ZB abgelesen : ÜS C,BSB = ÜS d,c = [kg BSB/d] * [kg TS/kg BSB] = [kg TS/d] Spezifische Überschussschlammproduktion aus Phosphor-Elimination ÜS d, P Q d 3 X P, BioP 6,8 X P, Fäll, Fe 5,3 X P, Fäll, Al 1000 kg d In diesem Berechnungsbeispiel soll nur biologische Elimination angenommen werden. Daraus ergibt sich für X P,BioP 0,01*C BSB,ZB, ( 1% der BSB-Masse als P eingebaut) X P,BioP 0,01* mg/l = mg/l ÜS d,p = Q d * 3 * X P,BioP [m 3 ] * 3 * mg/l = [kg/d], damit folgt : 093 SA denitrifikation :15

73 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schulz Bemessung eines Belebungsbeckens nach ATV A 131 Denitrifikation Gesamter Schlammanfall : ÜS d = ÜS d,c + ÜS d,p = [kg TS/d] + [kg/d] = [kg/] Schritt 6 : Erforderliche Feststoffmasse im Belebungsbecken M TS,BB = t TS,Bem * ÜS d = kg Schritt 7 : TS BB aus Bemessung des Nachklärbeckens (hier angenommen) : TS BB = 3,6 kg/m 3 Schritt 8 : Volumen des Belebungsbecken V BB = M TS,BB / TS BB = m SA denitrifikation :15

75 Nachklärbecken Abwasserreinigung Nachklärung 1 Zulauf Rechen Sandfang Vorklärung Belebungsbecken DN Rezirkulation N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Nachklärbecken Abwasser Belebtschlamm NKB Abwasserreinigung Nachklärung 3 Sie befinden sich hier... Faulbehälter Stapelbehälter Schlammwasser Eindicker Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Nachklärung 2 Aufgaben von NKBs : des Belebtschlamms in Absetzbares und Wasser des Belebtschlamms zum Belebungsbecken von Belebtschlamm bei Mischwasserzufluss Abwasserreinigung Nachklärung 4

76 Gebräuchliche Formen von NKB durchströmte sowie durchströmte Trichterbecken (sog. Dortmundbrunnen) Abwasserreinigung Nachklärung 5 Funktionsschema Rundbecken Quelle : Wendehorst 26/1055 Abwasserreinigung Nachklärung 7 Blick in ein NKB Wasser Schlamm Abwasserreinigung Nachklärung 6 Funktionszonen eines Nachklärbeckens Abwasserreinigung Nachklärung 8

77 Zonen und Tiefen von Längsbecken Abwasserreinigung Nachklärung 9 Ablaufrinnen Abwasserreinigung Nachklärung 11 Vertikal durchströmtes Trichterbecken (A 131 S. 31) Abwasserreinigung Nachklärung 10 Grösse der Nachklärung Maßgebend für die Grösse von Nachklärbecken beim Belebtschlammverfahren ist der ISV das VSV und das RV zur Belebung Abwasserreinigung Nachklärung 12

78 1000 ml Belebtschlamm ISV, VSV, TS BB VSV [ml / l] = V S (1+n) VSV [ml] V S 250 ml /l filtrieren und abwiegen Trockensubstanzgehalt [mg / l] berechnen Schlammindex [ml / g] Abwasserreinigung Nachklärung 13 Ziel der Bemessung Belebungsbecken und TS-Gehalt im möglichst Ablauf aus dem Nachklärbecken Abwasserreinigung Nachklärung 15 Schlammindex ISV Der Schlammindex ISV sagt aus, nach 30 Minuten Absetzzeit in ml einnimmt. Abwasserreinigung Nachklärung 14 Grenzwerte für die Schlammvolumenbeschickung q SV Ziel : Horizontal durchströmte Nachklärbecken : q SV l/(m 2 h) Vertikal durchströmte Nachklärbecken und bei Ausbildung eines geschlossenen Flockenfilters : q SV l/(m 2 h) Abwasserreinigung Nachklärung 16

79 Grenzwerte der Flächenbeschickung q A [m/h] q q SV A VSV VSV TS BB ISV l m l 3 oder ml VSV= Vergleichsschlammvolumen in ml/l q SV = Schlammvolumenbeschickung in l/(m 2 h) mit TS BB = Trockensubstanzgehalt im Belebungsbecken [g/l] q A < m/h ( durchströmt) und q A < m/h ( durchströmt)! Abwasserreinigung Nachklärung 17 Erforderliches Rücklaufverhältnis RV (ATV A 131, Bild 1) Abwasserreinigung Nachklärung 19 Rücklaufverhältnis RV Für die Bemessung der Rücklaufschlammeinrichtung sollte in der Regel ein Rücklaufverhältnis bzw. ein Rücklaufstrom gewählt werden. Belebung Nachklärung Räumer RV Q RS TS BB RV TS 1,5oder :TS RS Q t TS RS TS BB BB 1 RV Abwasserreinigung Nachklärung 18 Saugräumer TS RS TS BS Schildräumer TS RS TS BS TS RS =TS-Gehalt im Rücklaufschlamm in kg/m 3. Durch Absaugen wird die Dichte des an der Beckensohle abgesetzten Schlammes auf % reduziert, durch die Räumbewegung des Schildes und Aufwirbelung des Schlammes auf 70 %. Abwasserreinigung Nachklärung 20

80 Rücklaufschlammkonzentration TS RS TS RS ist abhängig vom Trockensubstanzgehalt an der Nachklärbeckensohle TS BS. Es gilt grundsätzlich: räumer TS RS TS BS und für räumer TS RS TS BS Belebung Nachklärung TS RS Abwasserreinigung Nachklärung 21 TS BS TS BS an der Nachklärbeckensohle t E Abwasserreinigung Nachklärung 23 TS BS = TS-Gehalt [kg/m 3 ] an der Sohle des Nachklärbeckens Mit ISV und t E lässt sich TS BS berechnen : t E soll 2 h nicht überschreiten, weil durch anoxische Verhältnisse im NKB-Schlamm Denitrifikation mit Ausgasung von N 2 eintreten kann. Durch die Gasbläschen wird der Schlamm an die Wasseroberfläche transportiert und kann evtl. über die Zahnschwelle in den Ablauf gelangen. Dadurch erhöhen sich u.a. die BSB-Ablaufwerte. Abwasserreinigung Nachklärung 22 Eindickzeit t E Eindickzeiten im Nachklärbecken sollen vermieden werden : wegen Denitrifikation, die Schlammauftrieb bewirken könnte. A131/2000, Tab.10 : Art der Abwasserreinigung Eindickzeit t E in h Belebungsanlagen ohne Nitrifikation 1,5 2,0 Belebungsanlagen mit Nitrifikation 1,0-1,5 Belebungsanlagen mit Denitrifikation 2,0 (2,5) Abwasserreinigung Nachklärung 24

81 Bemessungsregeln und -grenzen Längen und Durchmesser Schlammindex Vergleichsschlammvolumen Rücklaufschlammstrom Rücklaufschlammstrom TS im Zulauf Nachklärbecken Abwasserreinigung Nachklärung 25 Beckentiefe h A131/2000, S.30 Klarwasserzone h 1 0,50 m Trennzone h 2 0,5 0,5 = q A 1 RV 1 VSV 1000 mit VSV TS BB ISV 1,5 = 1,5 0,3 TS Speicherzone h BB ISV q A 1 RV ,3 = 30 % des TS aus 500 Eindick und Räumzone h 4 TS BB q A 1 RV t E TS BS Abwasserreinigung Nachklärung 27 Funktionszonen des Nachklärbeckens Funktionszonen: h 1 : Klarwasserzone h 2 : Trennzone h 3 : Speicherzone h 4 : Eindick- und Räumzone Beckentiefe h = h 1 +h 2 +h 3 +h 4 Abwasserreinigung Nachklärung 26 Beckenvolumen V NB = A NB * h V NB : Volumen A NB : Oberfläche h : Beckentiefe Abwasserreinigung Nachklärung 28

82 Literatur Schlammräumungssysteme Bemessung siehe Arbeitsbericht ATV-Fachausschuß 2.5, Korrespondenz Abwasser, 35, 3, 1988, Seite 263 Abwasserreinigung Nachklärung 29

83 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. Wolfgang Schulz Bemessung Nachklärbecken Literatur : ATV A131, S.30 Gegeben : Entwässerungssystem Einwohner E Schlammindex ISV [ml/g] 90 q sv [l/m 2 *h] 450 Eindickzeit t E Schlammräumer Mischsystem 2 h Saug Rücklaufverhältnis RV 0,75 Zu bemessen ist das erforderliche Nachklärbeckenvolumen (horizontal durchströmt) Mit ISV und t E folgt der Trockensubstanzgehalt an der Beckensohle des Nachklärbeckens : TS BS = 1000 ISV t E 1 3 = kg/m 3 in ml/g einsetzen! Formel nicht dimensionsecht Wegen Saugräumer ist der Trockensubstanzgehalt im Rücklaufschlammstrom : TS RS... * TS BS =...kg/m 3 und mit RV =... im Belebungsbecken : TS BB = RV * TS RS / (1+ RV) =...=... kg/m 3 Die Oberflächenbeschickung q A = q SV [l/m 2 *h] / (TS BB [kg/m 3 ]*ISV[ml/g]) soll... m/h nicht überschreiten (Grenzwerte für horizontal durchströmte NKB : q SV =... l / (s*ha), q A =... m / h ) q A =... muss < max q A sein! in h einsetzen! Problembehebung z.b. : RV =... wählen : TS BB =... kg/m 3 q A =... < 1,6!! Beckentiefe Teiltiefen der Funktionszonen h 1 =0,50 m h 2 =... h 3 =... h 4 =... Gesamttiefe =... m Beckentiefe h A131/2000, S.30 Klarwasserzoneh 1 =0,50 m 0,5 = Aufenthaltszeit in h q Trennzoneh 2 = 0,5 A (1 RV ) (1 (VSV 1000)) mitvsv =TS BB ISV 1,5 = Aufenthaltszeit in h Speicherzoneh 3 = 1,5 0,3 TS BB ISV q A (1 RV ) 500 0,3 = 30 % des TS aus dem Belebungsbecken sollen bei Regenwetter im Nachklärbecken aufgenommen werden. Eindick und Räumzone h 4 = TS BB q A (1 RV ) t E TS BS Erforderliche NKB Oberfläche A NB ANB = Qm / qa Qm = 2* Qsx + Qf Qsx = Qhx + Qgx = Qf = m3³/h Qm = m3³/h A = NB /... =... m3³/ Beckenvolumen V NB = h * A NB =... m3 500 l/m 3 nach 30 Minuten m3³/ h 102 s nkb.sdw

85 Abwasserreinigung mittels Biofilmverfahren im Tropfkörper Abwasserreinigung Tropfkörper 1 Zulauf Rechen Sandfang Vorklärung Belebungsbecken DN Rezirkulation N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Fließschema 1 Abwasserreinigung Tropfkörper 3 Sie befinden sich hier... Schlammwasser Eindicker Tropfkörper Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Tropfkörper 2 Fließschema 2 Faulbehälter Stapelbehälter Schlammabzug Abwasserreinigung Tropfkörper 4

86 Tropfkörper- Gebäude Querschnitt Füllmaterial nach DIN Abwasserreinigung Tropfkörper 5 Abwasserreinigung Tropfkörper 6 Abwasserreinigung Tropfkörper 7 Abwasserreinigung Tropfkörper 8

87 Überschussschlamm Aufwuchsfläche Zeit Abwasserreinigung Tropfkörper 9 Abwasserreinigung Tropfkörper 10 Konzentration verschiedener Inhaltsstoffe Richtung und Geschwindigkeit der Luftströmung im TK 0,3 0,275 0,25 0,225 0,2 0,175 0,15 0,125 0,1 0,075 0,05 0, ,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 Luft- minus Abwassertemperatur ( C) Abwasserreinigung Tropfkörper 12 Abwasserreinigung Tropfkörper 11 Luftströmung (m/min)

88 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. W. Schulz Tropfkörper (TK) Aufgabe Beispiel Tropfkörperbemessung Angaben Q d = [m 3 /d] Brockenfüllung Reinigungsziel : Nitrifikation Tagesbelastung B d,bsb5 am Tropfkörperzulauf siehe Seminar»Vorklärung«Tagesbelastung B d,tkn am Tropfkörperzulauf siehe Seminar»Vorklärung«Lösung Berechnungsgang für TK Bei der Bemessung wird das Volumen für die Kohlenstoff und die Stickstoffelimination getrennt ermittelt. TK Volumen für BSB Abbau : V TK,C = B d,bsb,zb / B R,BSB = B R,BSB (s. Tabelle) TK Volumen für N Abbau : V TK,N = B d,tkn,zb / B R,TKN = B R,TKN (s. Tabelle) ZB = Zulauf zum Bioreaktor TKN = Total Kjeldahl Nitrogen = org.n +NH4 Brocken und Kunststofffüllung mit einer theoretischen Oberfläche von min. 100 m 2 /m 3 nach A 281 Reinigungsziel Parameter Bezeichnung Dimension C Abbau Nitrifikation B R,BSB BSB 5 Raumbelastung kg/(m 3 *d) 0,4 B R,TKN TKN Raumbelastung kg/(m 3 *d) 0,1 Bei Kunststofffüllungen mit einer theoretischen Oberfläche von mehr als 100 m 2 / m 3 sind auch höhere Raumbelastungen möglich (s. A281, S.11). Dazu sind Versuche erforderlich. a) Gesamtvolumen : V TK = V TK,C + V TK,N = 8, ,354 = 15, m 3 b) Mittlere durchschnittliche Konzentration am Drehsprenger ohne Rückführzufluss : C BSB,ZB = B d,bsb,zb / Q d [mg / l] = c) Erforderliches Rückführverhältnis RV t bezogen auf Q tx zur Einhaltung von 150 mg/l BSB am Drehsprenger : 112 sa tk a

89 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr. Ing. W. Schulz Tropfkörper (TK) Aufgabe RV t = Q RF /Q t B d,bsb5, C BSB,ZB, Q t Q RF, C BSB,RF Q TK = Q t + Q RF C BSB,ZB,RF V NB = Q NB *t NB A NB = Q NB /q A,NB q A,NB 0,8 m/h VKB TK V TK A R NK Durch Rückpumpen des NB Ablaufes ist die BSB 5 Konzentration C BSB,ZB,RF (RF = Rückführ ) am Drehsprenger 150 mg/l einzustellen. Hierfür und zum Ausgleich größerer Schwankungen des Zuflusses genügt normalerweise ein Rückführverhältnis RV t 1. RV t C BSB,ZB C BSB,ZB,RF 1= 93 / 150) 1 = 0,73 d) Maximale Beschickung aus Trockenwetterzufluss und Rückführverhältnis Q TK = Q tx * (1+RV t ) = 1002 * (1+0.73) = 1, m 3 /h e) Wahl einer Tropfkörperhöhe h TK h TK = V TK /A TK = ca. 4 m hat sich bewährt, bei Kunststofffüllung auch größere Höhen. f) Erforderliche Tropfkörperoberfläche : A TK = V TK / h TK = 15,201.50/4 = 3, m 2 g) Prüfung der Oberflächenbeschickung q A, (1+RV) = q A,TK = Q tx *(1+RV t ) /A TK = q A, (1+RV) Brockenfüllung m/h 0,4 Kunststofffüllung m/h 0,8 Bei Nichteinhaltung von q A, (1+RV) Höhe unter e) oder RV unter c) ändern, Berechnung erneut durchführen h) Anzahl a der Drehsprengerarme =... und Drehzahl n [1 / h] =... unter Beachtung der Spülkraft SK = q /(a*n)*1000 [mm/arm], wobei A,TK 4 < SK < 8 [mm/arm] Werte für SK von 4 bis 8 mm haben sich für einen ausreichenden Schlammaustrag aus dem Tropfkörper bewährt. 112 sa tk a

91 Schlammbehandlung ATV-Handbuch Klärschlamm, Verlag Ernst & Sohn Abwassertechnik, Hosang/Bischof, 10. Auflage,1993, S.514 ff Abwasserreinigung Faulung 1 Rezirkulation Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Belebungsbecken DN N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Schlammarten nach Herkunft wird durch mechanische Verfahren in der 1. Reinigungsstufe der KA abgetrennt (Vorklärung). wird durch biologische Verfahren in der 2. Reinigungsstufe der KA abgetrennt (Überschußschlamm, Tropfkörperschlamm, Nachklärung). wird durch chemische Verfahren in der 3. Reinigungsstufe der KA abgetrennt (Schlamm aus Phosphat-Fällung und ggfs. Filtration). Abwasserreinigung Faulung 3 Sie befinden sich hier... Faulbehälter Stapelbehälter Schlammwasser Eindicker Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Faulung 2 Schlammarten nach Behandlungsart : unbehandelter Schlamm Schlamm : Biologische Aktivität wurde durch anaerobe oder aerobe Verfahren weitgehend zum Abschluss gebracht (stabilisiert). Schlamm : Entwässerbarkeit wurde verbessert durch Erhitzen oder Gefrieren oder durch Zugabe von Chemikalien oder Asche Schlamm : wurde z.b. durch Pasteurisierung, thermophile Faulung seuchenhygienisch unbedenklich gemacht Abwasserreinigung Faulung 4

92 Problematische Schlammeigenschaften Abwasserreinigung Faulung 5 Ziele und Maßnahmen der Schlammbehandlung durch Ausfaulen Stabilisieren Entseuchen Entwässern Abwasserreinigung Faulung 7 Wohin mit dem Schlamm? Stabilisieren Entseuchen Entwässern Abwasserreinigung Faulung 6 Faulungsprozesse Polymere Substrate (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiß) Bruchstücke und gelöste Polymere H 2 CO 2 organ. Säuren Essigsäure Alkohole Essigsäure Methan CH 4 Schema des mehrstufigen, anaeroben Abbaus (nach Mudrack) Abwasserreinigung Faulung 8

93 Beteiligte Bakterienarten Abwasserreinigung Faulung 9 Faulzeit / Temperatur Abwasserreinigung Faulung 11 Temperaturbereiche Biozönose ( ) Kommt aufgrund der niedrigen Umsatzraten der Biozönose nicht mehr zur Anwendung (>Emscherbrunnen). Biozönose ( ) Das Optimum dieser Biozönose ist im Temperaturbereich zwischen 30und40 C relativ konstant. Biozönose ( ) Die thermophile Biozönose besitzt ein ausgeprägtes Leistungsoptimum zwischen 53und57 C. Pathogene Keime werden zum größten Teil abgetötet. Abwasserreinigung Faulung 10 Faulungsprodukte Der Kohlenstoff aus dem Schlamm wird in und der Anaerobier umgewandelt. Abwasserreinigung Faulung 12

94 Faulbehälter-Formen Abwasserreinigung Faulung 13 Großlappen Abwasserreinigung Faulung 15 Faulbehälter-Formen Abwasserreinigung Faulung 14 Dietersheim/München II Abwasserreinigung Faulung 16

95 Faulbehälter Abwasserreinigung Faulung 17 des Schlammes Abwasserreinigung Faulung 19 Faulgas Abwasserreinigung Faulung 18 Gasbehälter- Konstruktionen Druckbehälter Abwasserreinigung Faulung 20

96 Druckloser Gasbehälter Abwasserreinigung Faulung 21 Druckloser Gasbehälter Abwasserreinigung Faulung 23 Druckloser Gasbehälter Abwasserreinigung Faulung 22

97 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. W. Schulz Abwasserreinigung Schlammbehandlung Aufgabe Schlammbehandlung Für eine Stadt mit EW sind die Faulbehälter zu dimensionieren. (A) Die Raumbelastung B R,oTR soll 3,5 kg/(m 3 *d), die Aufenthaltszeit t R = 20 d betragen. Pro Einwohner fallen 2 L Schlamm pro Tag an. Die TS-Fracht pro Einwohner und Tag ist 80 g. Der organische Trockenrückstand im Schlamm beträgt 66 %. Weiterhin ist zu ermitteln : Gesamtwärmebedarf (B) Gasproduktion (C) Heizwert des Faulgases (D) Energiegewinn (E) Feststofffracht nach Ausfaulung (F) Die Außentemperatur beträgt 4 C, die Reaktortemperatur soll 35 C nicht unterschreiten, der Rohschlamm hat eine Temperatur von 8 C. Bemessung des Faulbehältervolumens (A) Richtwerte zur Faulraumbemessung : Anschlusswert Schlammverweilzeit t R [d] Raumbelastung B R,oTR [kg otr/(m 3 d)] < EW 20 2, EW ,0-3,5 > EW 15 3,5-5,0 Bemessung nach Schlammverweilzeit t R: Tage Q schlamm = [m 3 / d] erf. V FB = t R [d] * Q schlamm [m 3 / d] = [m 3 ] Bemessung nach organischer Raumbelastung B R,oTR: 3,5 [kg otr/(m 3 d)] (Angabe!) erf. V FB = B d, otr /B R,oTR kg B d, TR = [kg/d] B d, otr = d kg m 3 d = m3 [kg/d] V FB = [m 3 ] also : V FB = größerer Wert maßgeblich! Gesamtwärmebedarf (B) a) Wärmebedarf H R zum Aufheizen des Rohschlammes: H R = C p * Q Schlamm * ΔT [MJ/d] = [MJ/d] mit: C p 4,19: spez. Wärmekapazität [MJ/(m 3 * K)] 122 s faulung und energie50000.sdw

98 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. W. Schulz Abwasserreinigung Schlammbehandlung ΔT = T e - T 0 Temp.-Differenz zwischen Roh- (T 0) und Faulschlamm (T e) ΔT = b) Wärmebedarf HL zum Ausgleich der Verluste: H L = A R * α * (T R - T L) * 10-3 = [MJ/h] mit: AR: Reaktoroberfläche [m 2 ] Für Faulbehälter ist A R 0,58*V bei (V = 1500 m3) bis 0,4 *V bei (V = 3000 m3) T R = Reaktortemperatur [ C] T L = Lufttemperatur [ C] α 4,0: Wärmeübergangskoeffizient [kj/(m 2 * h * K)] c) Gesamter Wärmebedarf Hges = HR + (HL * 24 h/d) 1 kwh = 3,6 MJ = [MJ/d] Gasproduktion (C) Bei der Faulung entsteht ca. 35 % CO 2 und 65% Methangas (CH 4), das zur Aufheizung des Rohschlammes verwendet werden kann sowie zum Ausgleich der Abstrahlverluste des Faulbehälters. q GoTR Spezifische Gasmenge q GoTR (CH 4) in Abhängigkeit von der Aufenthaltszeit t R nach Fair und Moore Die absolute Gasproduktion errechnet sich zu: Q Gas = q GoTR * Q Schlamm * otr 0 [m 3 /d] q GoTR = Gasentwicklung [m 3 /kg] aus Diagramm otr 0 = organ. Trockenrückstand [kg/m 3 ] im Zulauf des Faulbehälters 122 s faulung und energie50000.sdw

99 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. W. Schulz Abwasserreinigung Schlammbehandlung oder = B d, otr * q GoTR / 1000 [m 3 /d] Heizwert des Faulgases HU (D) H U = 35,9 MJ/(Nm 3 CH 4 ) * Q Gas * f CH4 [MJ/d] mit f CH4 : Methananteil im Gas = ca. 65 Vol.-%, hier = 100 %, da Diagramm die Methangasausbeute zeigt und nicht den Gesamtgasanfall H U = Zum Vergleich Heizwerte verschiedener Brennstoffe Energiegewinn (E) Der Wirkungsgrad der Gasmotoren beträgt zur gleichzeitigen Erzeugung von : Wärme: ηtherm = 43 % Strom: η elektr = 30 % Wärmeerzeugung: H U * ηtherm = Stromerzeugung: [1 kwh = 3,6 MJ] H U * η elektr.= Feststofffracht nach Ausfaulung (F) B d, TRe = B d, TR0 - B d, otr * η otr TRe = TR im Ablauf des Faulbehälters, TR0 = TR im Zulauf des Faulbehälters η otr = Abbaurate [%] in Abhängigkeit der Faulzeit (siehe Diagramm) η otr (t R = 20 d) = B d, TRe = 122 s faulung und energie50000.sdw

100 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. W. Schulz Abwasserreinigung Schlammbehandlung η otr Primärschlamm Überschussschlamm η otr = Abbaurate [%] otr= organischer TR t F = Faulzeit [d] 122 s faulung und energie50000.sdw

101 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. W. Schulz Abwasserreinigung Schlammbehandlung Schlammliste nach Möller s. Wendehorst und Schneider zur überschlägigen Berechnung der Schlammmengen 122 s faulung und energie50000.sdw

103 Volumenverringerung durch Entwässerung? % Wasser Abwasserreinigung Entwässerung 1 Rezirkulation Rechen Sandfang Vorklärung Zulauf Belebungsbecken DN N Nachklärung Primärschlamm Rücklaufschlamm Ziel der Entwässerung Abwasserreinigung Entwässerung 3 Sie befinden sich hier... Faulbehälter Stapelbehälter Schlammwasser Eindicker Gasbehälter Überschussschlamm Gasverwertung Filter Vorfluter Abwasserreinigung Entwässerung 2 Wasserarten im Schlamm Abwasserreinigung Entwässerung 4

104 Abwasserreinigung Entwässerung 5

105 Formel Abwasserreinigung Entwässerung 6 Statische Eindickung Abwasserreinigung Entwässerung 8 Technische Möglichkeiten der Entwässerung Eindickung Eindickung Siebbandpresse Kammerfilterpresse Zentrifuge Abwasserreinigung Entwässerung 7 Durchflusseindicker mit Abwasserreinigung Entwässerung 9

106 Siebbandpresse Schema Abwasserreinigung Entwässerung 11 Prinzip : Filtration Siebbandpresse Konditionierung mit organischen Flockungsmitteln Durchsatzleistung : bis 20 m 3 /h Geeignet für kleine bis mittlere Kläranlagen Bandbreite : 1-2,5 m Der entwässerte Schlamm ist in der Regel nicht deponierbar. Abwasserreinigung Entwässerung 13 Schlamm vor und nach der Entwässerung Abwasserreinigung Entwässerung 12 Kammerfilterpresse Abwasserreinigung Entwässerung 14

107 Prinzip : Filterpressen arbeiten chargenweise ( diskontinuierliches Verfahren Filtrationsdruck : bar Filtrationsdauer je nach Schlamm : 1-4 Stunden Konditionierung : anorganisch (Metallsalze und Kalk), organische Flockungsmittel Maximaler Feststoffgehalt : mit anorganischen Zuschlägen %TR, mit Polymeren %TR Durchsatzleistung Q F : 3-15 kgtr/(m 2 h) Plattenzahl bis 150 Stück Prinzip Abwasserreinigung Entwässerung 16 Prinzip Prinzip : Kontinuierliches Verfahren System gekapselt Konditionierung mit organischen Flockungsmitteln Beschleunigung g Durchsatz bis zu 50 m 3 /h Erreichbarer TR-Gehalt : Abwasserreinigung Entwässerung 18 Zentrifuge Abwasserreinigung Entwässerung 17 Bemessung eines Schlammstapelbehälters Eine landwirtschaftliche Verwertung des stabilisierten Schlammes ist nur in bestimmten Monaten erlaubt. Der anfallende, ggf. eingedickte Schlamm ist daher bis zu zwischenzuspeichern. Das Behältervolumen ergibt sich zu: V ST = t s * Q E [m 3 ] mit t s : erforderliche Speicherzeit [d] Abwasserreinigung Entwässerung 19

108 Literatur Handbuch der anaeroben Schlamm- und Abwasserbehandlung, Dohmann, Dauber, Springer-Verlag, 1992 Abwasserreinigung Entwässerung 21

109 Fachhochschule Augsburg Siedlungswasserwirtschaft Prof. Dr.-Ing. W. Schulz Abwasserreinigung Schlammentwässerung Schlammentwässerung. Aufgabe Der ausgefaulte Schlamm einer Belebungsanlage hat einen TS-Gehalt von 4 %. Es fallen täglich 35 t Schlamm an. Durch Entwässerung im Nacheindicker kann der TS-Gehalt auf 6 % gesteigert werden. Die nachfolgende Entwässerung mit Kammerfilterpresse erhöht den TS-Gehalt auf 35 %. Wie groß muß der auf 120 Tage bemessene Schlammstapelbehälter sein? Welche Wassermengen müssen aus dem Nacheindicker, welche aus der Kammerfilterpresse in die Belebung zurückgeführt werden? Q Schlamm = t/d Q Schlamm = t/d Q Schlamm = t/d FB Nachein Kammer TS = % dicker TS = % filterpresse TS = % Schlamm stapel behälter V Speicher = m 3 Qrück = m 3 Qrück = m 3 Volumenreduktion (= Entwässerung) VS 1 = [t] oder [m3³] ³ Ein VS 2 = [ t] oder [m3]³ TS 1 = % dicker TS 2 = % Dichte ca. 1, daher 1 t 1 m3³ Qrück = VS 1 VS 2 [m3³] Es gilt : VS 1 TS 1 =VS 2 TS 2 oder : VS 2 = VS TS 1 1 m3 oder : TS 2 = VS TS 1 1 TS VS 2 2 m3 Daraus folgt z.b. für die obige Aufgabe unterhalb Nacheindicker :. VS 2 = VS TS 1 1 m3 = 35 0,04 =23,3 m3 TS 2 0, s entwässerung.sdw

111 Exkursion zur Kläranlage Augsburg Treffen am Parkplatz der Kläranlage Bitte in Teilnehmerliste eintragen!