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Kläranlage Eine Kläranlage, in der Schweiz auch ARA (Abwasserreinigungsanlage) genannt, dient der Reinigung von Abwasser, das von der Kanalisation gesammelt und zu ihr transportiert wurde. Zur Reinigung der unerwünschten Bestandteile der Abwässer werden mechanische (auch physikalische genannt), biologische und chemische Verfahren eingesetzt. Moderne Kläranlagen sind dementsprechend dreistufig, wobei in jeder Reinigungsstufe eine Verfahrensart im Vordergrund steht. Anlagenteile Regenbecken und/oder Regenentlastung Falls Regen- und Schmutzwasser in einem Kanal der Kläranlage zugeleitet werden, muss in der Regel ein Teil des Regenwassers entweder bereits im Kanalnetz oder auf der Kläranlage gespeichert und/oder entlastet werden, um die Kläranlage nicht hydraulisch zu überlasten. Rechen In der Rechenanlage wird das Abwasser durch einen Rechen oder ein Sieb geleitet. Im Rechen bleiben die groben Verschmutzungen wie Fäkalstoffe, Damenbinden, Toilettenpapier, Steine, aber auch Laub und tote Ratten hängen. Diese Grobstoffe würden erstens Swarovski Pumpen auf der Kläranlage verstopfen und zweitens das Reinigungsergebnis optisch verschlechtern. Je schmaler der Durchgang (reicht von wenigen mm bis zu mehreren cm) für das Abwasser, desto weniger Grobstoffe enthält das Abwasser nach dem Rechen. Das Rechengut wird zum Entfernen der Fäkalstoffe maschinell gewaschen, mittels Rechengutpresse entwässert (Gewichtsersparnis) und anschließend verbrannt, kompostiert oder auf einer Deponie entsorgt. Sandfang Ein Sandfang ist ein Absetzbecken mit der Aufgabe, große, absetzbare Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen, so z.B. Sand, Steine, Glassplitter oder Gemüsereste. Diese Stoffe würden zu betrieblichen Störungen in der Anlage führen (Verschleiß, Verstopfung). Neben dem · unbelüfteten Langsandfang kommt ein · belüfteter Langsandfang, in dem zugleich Fette und Öle an der Oberfläche abgeschieden werden, oder ein · Rundsandfang zum Einsatz. Die Fliessgeschwindigkeit im Langsandfang, die Belüftung im belüfteten Sandfang bzw. die Strömung im Rundsandfang sind derart ausgelegt, dass vorwiegend Sand und grobes organisches Material abgeschieden werden. Bei modernen Anlagen wird das Sandfanggut nach der Entnahme aus dem Sandfang gewaschen, d.h. von organischen Inhaltsstoffen befreit, um eine bessere Entwässerung und anschließende Verwertbarkeit (z.B. im Straßenbau) zu ermöglichen. Vorklärbecken Das Schmutzwasser fließt sehr langsam durch das Vorklärbecken. Dadurch setzen sich die Fäkalstoffe (absetzbare Stoffe) am Boden ab. Etwa 30% der organischen Belastung können damit entfernt werden. Es entsteht "Primärschlamm", der weiter zu behandeln ist. Bei modernen Anlagen mit Stickstoffentfernung entfällt dieser Anlagenteil oft oder ist klein bemessen, da die organische Belastung des Abwassers als Kohlenstoffquelle zur Stickstoffentfernung (Reduktion des NO3 zu N2) im anoxischen Teil resp. der anoxischen Phase der biologischen Stufe benötigt wird. Ebenso wird dieser Anlagenteil bei Kläranlagen mit simultaner, aerober Schlammstabilisierung in der biologischen Stufe nicht verwendet, da sonst weiterhin nicht stabiliserter Primärschlamm anfallen würde. Belebungsbecken Durch Belüften von mit Bakterienschlämmen vermischtem Abwasser werden Abbauprozesse zur Entfernung von (gelösten) Abwasserinhaltsstoffen vorgenommen. Dabei werden Kohlenstoffverbindungen zu Biomasse und Kohlendioxid und der Nährstoff Stickstoff durch Nitrifikation (biologische Oxidation von Ammonium zu Nitrat unter Beisein von Sauerstoff) und Denitrifikation (Reduktion von Nitrat zu Stickstoffgas (wie auch zu 78% in der Luft enthalten) unter Abwesenheit gelösten Sauerstoffs) abgebaut. Durch die Zugabe von Fällmitteln kann mittels chemischer Reaktionen außerdem der Nährstoff Phosphor entfernt werden. Dies verbessert auch die Absetzeigenschaften des Belebtschlammes im Nachklärbecken. Nachklärbecken Das Nachklärbecken bildet eine Prozesseinheit mit dem Belebungsbecken. In ihm wird der Bakterienschlamm (Belebtschlamm) durch Absetzen aus dem Abwasser abgetrennt. Der Schlamm wird in das Belebungsbecken zurückgeführt. Der Belebtschlamm muss daher gute Absetzeigenschaften aufweisen. Ist dies nicht der Fall (z.B. durch massenweises Wachstum fadenförmiger Mikroorganismen, Blähschlammbildung) treibt der Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken in das Gewässer ab. Damit wird nicht nur das Gewässer beeinträchtigt. Da nicht genug Schlamm im System Belebungsbecken/Nachklärbecken gehalten werden kann, sinkt die Reinigungsleistung. Das Schlammalter, d.h. die mittlere Aufenthaltsdauer der Biomasse im System, nimmt ab. Zuerst sind daher von einem derartigen Versagen die langsam wachsenden Bakterien (z.B. die Nitrifikanten, die Ammonium zu Nitrat umbauen) betroffen. Besonders leicht abbaubares Abwasser (z.B. aus der Lebensmittelindustrie) neigt zur Blähschlammbildung. Die Vorschaltung kleiner, nicht oder gering belüfteter Becken vor dem Belebungsbecken (Selektoren) kann die Blähschlammbildung vermeiden. Eine spezielle Form des Nachklärbeckens ist der trichterförmige Dortmundbrunnen. Der durch den Abbau der Abwasserinhaltsstoffe entstehende Biomassezuwachs (der Überschussschlamm) ist zu entsorgen. Reinigungsprozesse Physikalische Verfahren bilden zumeist die erste Reinigungsstufe. Hier werden ca. 20-30% der festen (ungelösten) Schwimm- und Schwebstoffe entfernt. In der weitergehenden Abwasserreinigung und der Industriewasserwirtschaft werden unter anderem Adsorption, Filtration und Strippung eingesetzt. Biologische Verfahren werden in der zweiten Reinigungsstufe kommunaler Abwasserreinigungsanlagen und für den Abbau org. hochbelasteter Abwässer in der anaeroben Abwasserreinigung eingesetzt. Sie verwenden mikrobiologische Abbauvorgänge. Dabei sollen abbaubare organische Abwasserbestandteile möglichst vollständig mineralisiert werden, d.h. bis zu den anorganischen Endprodukten Wasser, Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat und Sulfat in der aeroben, bzw. organische Säuren und Methan in der anaeroben Abwasserreinigung umgewandelt werden. Üblicherweise werden damit die Kohlenstoffverbindungen aus dem Abwasser entfernt. Ebenso erfolgt die Entfernung von organischem Stickstoff und Ammonium durch biologische Nitrifikation und Denitrifikation. Zunehmend wird in großen Kläranlagen auch der Phosphor biologisch eliminiert. Chemische Verfahren bedienen sich chemischer Reaktionen wie Oxidation und Fällung. Sie dienen in der kommunalen Abwasserreinigung vor allem der Entfernung von Phosphor durch Fällungsreaktionen. Dieser Prozess hat große Bedeutung zur Vermeidung der Eutrophierung der Vorfluter. Zudem werden chemische Verfahren zur Fällung in der Industriewasserwirtschaft und zur weitergehenden Abwasserreinigung (z.B. Flockung/Fällung/Filtration) eingesetzt. Die Prozesse in Kläranlagen können mathematisch durch ihre Reaktionskinetik beschrieben werden. > Tabelle Belastungskenngrößen Die Belastung von Kläranlagen wird nach Einwohnerwerten (EW), das ist die Summe aus den tatsächlichen Einwohnern (Einwohnerzahl, EZ) und den Einwohnergleichwerten (EGW), bestimmt. Der Einwohnergleichwert ist die Vereinbarungsgröße der für einen "Standardeinwohner" anzusetzenden Emission. Für gewerbliche, industrielle und landwirtschaftliche Produktion werden auf Produktionsgrößen bezogenen Belastungen (z.B. 10 EW BSB5 pro ha Weinbaufläche) angegeben. Zu beachten ist, dass sich jedoch die Verhältnisse zwischen den einzelnen Parametern verschieben können. Abwässer können höher konzentriert sein (weniger Abwassermenge bei gleicher Schmutzfracht), oder sie können z.B. reich an organischen Kohlenstoffverbindungen und dafür nährstoffarm sein. Für den biologischen Abbau muss ein Nährstoffverhältnis von BSB5:N:P entpricht ca. 100:5:1 gegeben sein, um die Mikroorganismen ausreichend mit Stickstoff und Phosphor zu versorgen. Dies fußt auf der Annahme, dass etwa 50% der abgebauten Belastung zum Biomassewachstum verwendet wird und Biomasse ca. zu 10% aus Stickstoff und zu 2% aus Phosphor besteht. Ein Einwohnerwert entspricht folgenden Größen: Abwassermenge: 150-200 Liter pro Ew. und Tag Dieser Wert berücksichtigt die in Mitteleuropa bei dichten Kanalnetzen übliche Werte. Für die Bemessung der Kläranlage wird jedoch in der Regel ein Zuschlag für das Fremdwasser (undichte Kanäle, Einleitungen von Drainagen etc.) zu berücksichtigen sein. Dieser kann durchaus das Doppelte betragen. Dieser Wert gilt auch nicht für Mischkanalisationen (Regenwasser und Schmutzwasser in einem Kanal). Dort wären auch entsprechende Zuschläge zur Abarbeitung des Regenwassers zu berücksichtigen. Für die hydraulische Berechnung der Kläranlage ist zudem der Tagesgang der Belastung von Bedeutung. Die durchschnittliche Tagesfracht ist daher zur Bemessung nicht durch 24 Stunden, sondern durch eine geringere Zahl (10-14) für den max. Stundenwert zu teilen. Verschmutzung BSB5 Biochemischer Sauerstoffbedarf während einer Messzeit von 5 Tagen. Mit dem BSB5 wird jener Sauerstoffbedarf erfasst, der durch die Oxidation von Kohlenstoffverbindungen durch Mikroorganismen entsteht. Er gehört zu den so genannten Summenparametern, da damit keine Einzelsubstanzen bestimmt werden können. Die biologische Oxidaton von Ammonium (NH4+) und auch Nitrit (NO2-) zu Nitrat (NO3-), auch Nitrifikation genannt, soll dagegen nicht erfasst werden und wird im Versuch durch einen Hemmstoff z.B. Allylthioharnstoff (ATH) unterbunden. 60 g pro Ew. und Tag Davon können ca. 20 g in der Vorklärung durch Sedimentation entfernt werden. CSB Chemischer Sauerstoffbedarf. Er gehört zu den so genannten Summenparametern, da damit keine Einzelsubstanzen bestimmt werden können. Der CSB wird mittels der Oxidation der Abwasserinhaltsstoffe durch Kaliumdichromat bestimmt. Er umfasst den Sauerstoffbedarf zur Oxidation eines Großteils der Kohlenstoffverbindungen. Sind im Abwasser auch anorg. Verbindungen wie z.B. Sulfite enthalten, werden diese ebenfalls beim CSB miterfasst. Dieser Parameter kann zur Bilanzierung der Anlage herangezogen werden. 120 g pro Ew. und Tag Stickstoff Liegt im Rohabwasser hauptsächlich als organisch gebundener Stickstoff, als Ammonium-Stickstoff, NH4+-N, und zu geringen Anteilen als NO3--N und NO2---N vor. 10 bis 12 g pro Ew. und Tag Phosphor Liegt als organisch gebundener Phosphor oder PO4-P vor. ca. 2,5 g pro E und Tag.
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