Abwasserreinigung

Aufgaben der Abwasserreinigung Überblick über das Ganze und dessen Teile Prozesse kennen Verfahren und einfache Dimensionierungs-

modelle verstehen

Regen-becken

Quelle

Grund-wasser

Aufbereitung

Reservoir

See

Schlamm-behandlung

Deponie

Landwirt-schaft

Meteor-wasser

Versi-ckerung

Industrie

Kläranlage

Vorflut

Regen

Siedlung

Aufgabe der Abwasserreinigung

Unerwünschte Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernen

Anfallende Schlämme aufbereiten und definitiv entsorgen oder einer Nutzung zuführen

Zuverlässig und ökonomisch

Einzugs-Gebiet

Vorflut

Zulauf Ablauf

BevölkerungIndustrieRegenEntlastungenPlanung...

GesetzlicheGrenzwerte

Kläranlage:ÖffentlicherEigentümer

Randbedingungen: KlärschlammVorinvestitionenImmissionen'Weihnachten'Wetter...

Unerwünschte Schadstoffe Zeit Phänomen Stoff 1920 Verschlammung TSS 1950 Bakterienwachstum BSB5

1965 Eutrophierung der Seen TP 1975 Fischtoxizität NH4

+

1980 Schadstoffe in der Schwer-Landwirtschaft Metalle

1990 Eutrophierung der NO3-

Nordsee

Unsere Anforderungen steigen mit denwirtschaftlichen und technischen Möglichkeiten

80 % oder 4/5 Proben

Einleitbedingung

Leistung

Prozent der Zeit100 %0 %

TrockenwetterAusnahmeBetrieb

Zuverlässig: Verfügbarkeit der Leistung

0 %

100 %

80 %

Ziel

Normalbetrieb

Wasserbilanz im CH Mittelland6 Mio. Einwohner, 40'000 km2 150 E km-2

Im Mittelland (ca. 30%) 500 E km-2

Abwasserproduktion 500 E km-2 100 m3 E-1 a-1 50'000 m3 km-2 a-1

Fremdwasser 30'000 m3 km-2 a-1

Total 80'000 m3 km-2 a-1 2.5 s-1 km-2

Regen 1 m3 m-2 a-1 30 s-1 km-2

Q180 (Mittlerer Abfluss, 50 %) 15 s-1 km-2

Q347 (Niedrigwasser) 5 s-1 km-2

Verdünnung: An kleinen Fliessgewässern 1 : 6 bis 1 : 2An den grossen Fliessgewässern ?

Einleitbedingungen in g m-3

Verordnung über Abwassereinleitungen

Jahr 1966 1976 1996 MaximalTSSBSB5DOCAmmoniumNitrit (NO2

--N)Nitrat (NO3

--N)TP

2020--

0.3-

2020102

0.3-

1.0

55 - 10

101 - 20.3

10 - 150.2 - 0.8

1515102

0.3-

0.8Diese Werte müssen bei Trockenwetter in 4 von 5

Tagesproben im Ablauf der ARAs eingehalten werden.Ab 1.1.99 gelten neue, differenziertere Bestimmungen

Abwasser enthält Ressourcen Organische Stoffe als Energiequelle und

Humusbildner Stickstoff als Nährstoff für die Landwirtschaft Phosphor als Nährstoff für die Landwirtschaft Wärme als Reservoir für Wärmepumpen Wasser für Bewässerung, Vorflut, ...

Wir sollten diese 'Stoffe' als Ressourcen betrachtenund als solche in die Kreisläufe zurückführen.

Zur Nutzung(Landwirtschaft)ev. Entwässerung,Trocknung,Verbrennung,Deponie

mechanische Reinigung biologische Reinigung

RücklaufschlammRechengut Sand

Abtransport

Zulauf

Ablaufev. zurFiltration

FettPrimär-schlamm

SekundärschlammÜberschussschlamm

Belüftungs-becken

Nachklär-becken

Hygienisierung

Frischschlamm

Faulraum35°C

Schlammstapel

BiogasGasometer

Schlammbehandlung

Eindicker

Rechen Sand-fang

Fett-fang

Vorklär-becken

Rücklauf

Abwasserreinigung am Beispiel der ARA Werdhölzli, Zürich

Grosse und moderne Anlage, die alle heute üblichen Verfahrensstufen enthält:- Abwasserreinigung mit Nährstoffelimination und

Filtration: CSB, N, P, TSS- Schlammbehandlung mit Entwässerung und Trocknung, Nutzung und Verbrennung

Viele Daten verfügbar, Forschungsprojekte Besichtigung

Reinigungsstufen auf der ARA Werdhölzli der Stadt Zürich

Grobsandfang

Rechen

Fett- und Sandfang

Vorklärbecken

Nachklärbecken

Flockungsfiltration

Einleitbauwerk Limmat

Entlastungsbauwerk Schlamm-behandlung:

Eindickung,HygienisierungStabilisierung

StapelungEntwässerung

TrocknungNutzung

Belebungsbecken:Nitrifikation

DenitrifikationSimultanfällung

RechenZiel:

Schutz vor Verstopfungen, fernhalten von Plastikteilen insbesondere vom Klärschlamm

Grobrechen mit Durchlass von 30 - 60 mm Feinrechen mit Durchlass von 6 - 30 mm. Heute

werden immer geringere Stababstände eingesetzt. Rechengut: Anfall bei 6 mm Stababstand

ca. 0.01 m3 EG-1 a-1. Rechengut wird ev. gepresst, regelmässig abgeführt

und verbrannt.

Sandfang

Ziel:Schutz vor Ablagerungen in Leitungen,Abrasion von Pumpen, Schlammbehandlung

Abtrennen von Sand mit Sedimentations-geschwindigkeiten vS > 0.01 m s-1,das entspricht einer Korngrösse von 0.1 - 0.2 mm

Vermeidung der Ablagerung von organischenStoffen: Das kann mit einer Fliessgeschwindigkeitvf = 0.3 m s-1 gewährleistet werden

Grundriss

Schnitt

v = 30 cm s-1

Staublech

Sand

Längssandfang

vS

vf

Sandfang, Längsschnitt Querschnitt

Länge L

Höhe H

Breite B Durchfluss Q

Frage: Welche Dimensionen (L,B,H) muss der Sandfang haben,damit die Sandkörner mit einer Sedimentationsgeschwindigkeit vS gerade noch den Boden erreichen?

Gegeben: Durchfluss Q, Gesucht: L, H, Bvf = 0.3 m s-1

vS = 0.01 m s-1

Dimensionierung eines Sandfanges

vQ

B Hf

H

L

Q

B H

H

L

Q

B Lv f

v

v

L

Hf

S

vS

B L Oberfläche Q

B LvO hydraulische Oberflächenbelastung

v vS O

3 Gleichungen, 4 Unbekannte (L, B, H, vO):Es verbleibt 1 Freiheitsgrad in der Wahl von L, B, H:z.B. B : L < 1 : 10

vO

Sand

Zufluss Ablauf

Belüftung zur Anregung der Umwälzung

Fettflotierend

Sand

Belüfteter Fett-Sandfang

Rundsandfang

VorklärbeckenZiel:

Abtrennen von absetzbaren, organischen Stoffen, aufkonzentrieren des anfallenden Schlammes.

Abtrennen von Schwebestoffen (TSS) mit einer Sedimentationsgeschwindigkeit vS > 2 - 4 m h-1

Dimensionierung mit hydraulischer Oberflächenbelastung vO und hydraulischer Aufenthaltszeit: = 0.5 - 1.5 hh VKB ZuflussV Q /

Vorklärbecken, rechteckig

Zufluss Ablauf

Schlammtrichter

Ablauf

SchlammabzugZufluss

Zufluss Ablauf

Vorklärbeckenrund

Leistung von Vorklärbeckennach Sierp

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5Hydraulische Aufenthaltszeit

im Vorklärbecken in hrs

Elimination in %

BSB5

TSS

Grundwasser10°C

Der Emscherbrunnen:Vorklärung mit Schlammstabilisierung

Vorklärung

Schlammstabilisierungkalt, ev. mit Gasproduktion

Schlamm-abfuhr

Chemische AbwasserreinigungVorfällungZiel:

Verbesserte Abtrennung von suspendierten Stoffen (TSS) und Ausfällung von Phosphaten

Zugabe von Flockungsmitteln (häufig Eisen- oder Aluminiumsalze, ev. Polyelektrolyte)

Schnelle Einmischung und Reaktion Langsame Flockenbildung im gerührten Reaktor Sedimentation analog zur Vorklärung

Chemikalien Zugabe

Mischung Flockung Sedimentation

Schlammabzug

Chemische Abwasserreinigung

Champagner

FermentationC6H12O6 2 CO2 + 2 C2H5OH

CSB2 C2H5OH + 6 O2 4 CO2 + 6 H2OC6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

Batchreaktor

Stoff Zulauf Ab VKB Ziel, ELB Einheiten

TSS

BSB 5

CSB

TKN

NH4+-N

NO2--N

NO3--N

TP

Alkalinität

200

170

340

30

20

0.1

1

6

6

100

130

260

28

20

0.1

1

5.5

6

5

10

40

3

2

0.3

7

0.3

g TSS m -3

g O2 m-3

g O2 m-3

g N m -3

g N m -3

g N m -3

g N m -3

g P m -3

Mol m -3

Typische Schmutzstoffkonzentrationenim kommunalen Abwasser: 1 EG = 0.35 m3 d-1

Typische Konzentrationen im kommunalen Abwasser (1 EW 0.35 m3 d-1)Arbeitsblatt für GZ der Siedlungswasserwirtschaft

Stoff Zulauf Ablauf VKB Ziel, ELB Einheiten

TSS

BSB5

CSB

TKN

NH4+ - N

NO2- -N

NO3- -N

TP

Alkalinität

200

170

340

30

20

0.1

1

6

6

100

130

260

28

20

0.1

1

5.5

6

5

10

40

3

2

0.3

7

0.3

-

g TSS m-3

g O2 m-3

g CSB m-3

g N m-3

g N m-3

g N m-3

g N m-3

g P m-3

Mol m-3