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Biologische Abwasserreinigung l Gase:N 2, CO 2, CH 4 l Gelöste Stoffe:H 2 O, NO 3 -, HCO 3 - l Feststoffe:Biomasse, Flocken Ziel: Abwasserinhaltstoffe,

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Präsentation zum Thema: "Biologische Abwasserreinigung l Gase:N 2, CO 2, CH 4 l Gelöste Stoffe:H 2 O, NO 3 -, HCO 3 - l Feststoffe:Biomasse, Flocken Ziel: Abwasserinhaltstoffe,"—  Präsentation transkript:

1 Biologische Abwasserreinigung l Gase:N 2, CO 2, CH 4 l Gelöste Stoffe:H 2 O, NO 3 -, HCO 3 - l Feststoffe:Biomasse, Flocken Ziel: Abwasserinhaltstoffe, die im Gewässer unerwünschte Folgen haben, in Stoffe überführen, die nur geringen Schaden anrichten oder aus dem Abwasser einfach abgetrennt werden können:

2 Selbstreinigung in Fliessgewässern org.C O2O2 Bio- masse Biofilm oder festsitzende Biomasse

3 'Selbstreinigung' im Tropfkörper Biofilm Stein mit Aufwuchs Abwasser Luft

4 Das Belebtschlammverfahren Der Algenteich

5 Das Belebtschlammverfahren Zufluss Abfluss Überschuss- schlamm Rücklaufschlamm BelebungsbeckenNachklärbecken Belüftung

6 Abbau organischer Stoffe: BSB 5 5 CH 2 + ONHEnergieCHNOHOH CH CO 22 OOHOEnergie 22 Katabolismus / Abbau Anabolismus / Wachstum / Assimilation + 10 CH O COH 2222 ONHCHNOOH Total (von aussen beobachtet) CSB BSB Biomasse 320 g 160 g 14 g N 113 g TSS

7 Die Schlammbelastung B TS = Schlammbelastung in kg BSB 5 kg -1 TSS d -1 Q= Zufluss in m 3 d -1 BSB 5 = BSB 5 Konzentration im Zufluss in kg m -3 V BB = Volumen des Belebungsbeckens in m 3 TS BB = Belebtschlammkonzentration in kg TSS m -3 B QBSB VTS Food Mikroorganisms F M TS BB 5

8 Die Fressleistung der Mäuse ist abhängig vom Verhältnis Käse / Mäusen

9 Schlammbelastung B TS in kg BSB 5 kg TSS d Wirkungsgrad für die Elimination von BSB 5 % > 13°C < 11°C < 11°C > 13°C

10 Typische Werte Schlammbelastung: B TS = 0.3 kg BSB 5 kg -1 TSS d -1 für BSB 5 Elimination = 0.15 kg BSB 5 kg -1 TSS d -1 für Nitrifikation = 0.05 kg BSB 5 kg -1 TSS d -1 für Schlammstabilisierung Belebtschlammkonzentration: TS BB = 3.0 kg TS m -3 nach Vorklärung = 3.5 kg TS m -3 mit Simultanfällung (P Elimination) = 4.5 kg TS m -3 ohne Vorklärung Hydraulische Aufenthaltszeit ( BB = V BB / Q): BB = Stunden

11 Nitrifizierende Belebungsanlage l B TS = 0.15 kg BSB 5 kg -1 TSS d -1 l BSB 5 = 150 g m -3 l TS BB = 3 kg TSS m -3 Wie gross ist die hydraulische Aufenthaltszeit BB im Belebungsbecken? BB = V BB / Q h = V/Q = BSB / (B TS *TS) = 150/0.15*3000) = 0.33 d = 8 h

12 O 2 Verbrauch Biomassen Produktion CSB Zulauf abbaubar CSB Zulauf total Inert, nicht abbaubar CSB Erhaltung

13 Die Schlammproduktion Erfahrungswert: ÜS B kg TSS kg -1 BSB 5 SP B = Schlammproduktion als Folge des Abbaues von BSB 5 in kg TSS d -1 ÜS B = Spezifische Schlammproduktion in kg TSS kg -1 BSB 5 Q= Zufluss von Abwasser in m 3 d -1 BSB 5 = BSB 5 Konzentration im Zufluss in kg m -3 ÜS B SP B QBSB 5

14 Der Sauerstoffverbrauch Erfahrungswerte: OV B kg O 2 kg -1 BSB 5 je nach Temperatur und Belastung f B = OE B = Erforderlicher Sauerstoffeintrag im Betrieb als Folge des Abbaues von BSB 5 in kg O 2 d -1 OV B = Spezifischer Sauerstoffverbrauch in kg O 2 kg -1 BSB 5 Q = Zufluss von Abwasser in m 3 d -1 BSB 5 = BSB 5 Konzentration im Zufluss in kg m -3 f B = Stossfaktor, der den Tagesgang des Sauerstoff- Verbrauches berücksichtigt, dimensionslos QBSBOV B f B OE B max 5

15 Restverschmutzung (BSB 5 ) Länge des Reaktors Tagesgang

16 Sauerstoffbedarf im Belebungsbecken (Beispiel) in g m -3 d -1 Tageszeit in Std. hinten Mittel vorne

17 Die Stickstoffbilanz Die Phosphorbilanz TKNBSB TPBSB TKN TP = Stickstoffelimination durch Inkorporation in die Biomasse, Zulauf - Ablauf = Phosphorelimination durch Inkorporation in die Biomasse, Zulauf - Ablauf

18 Nitrifikation HOEnergie ( 2 NH 4 NO 2 H2 O 2 15.Nitrosomonas) Energie (NO 2 NO 3 O Nitritoxidierer) NOHOEnergie ( 32 NH 4 H2 O 2 20.Nitrifikanten) CO 2 EnergieBiomasse ( Nitrifikanten) HCOCOHO2H Nitrifikation heisst die mikrobiologische Oxidation von Ammonium über Nitrit zu Nitrat NH 4 NO 2 NO 3

19 Mikrobiologisches, exponentielles Wachstum N = Verdoppelungszeit t d NN tt d 0 2 / rX X

20 Wachstumsgeschwindigkeit der Nitrifikanten Temperatur °C max der Nitrifikanten d -1

21 Ein einfaches System Die allgemeine Bilanzgleichung System Volumen V Konzentration C Produktionsrate r Zufluss Q zu, C zu Abfluss Q ab, C ab V dC dt C dV dt QCQCrV zu ab

22 Q X in QXQX V X Der Rührkessel Im stationären Zustand (dX / dt = 0), mit X in = 0 ergibt sich: 00 QX VX Q V h 1 h 1 V dX dt QXQXXV in V dX dt QXQXXV in

23 Das Belebtschlamm- verfahren V BB X BB Q X in Q ÜS X ÜS QeXeQeXe Im stationären Zustand (dX / dt = 0), mit X in = 0 ergibt sich: 00 X 1 QXQX VX ee ÜS BB X 1 V dX dt QXQXQXXV BB inee ÜS BB V dX dt QXQXQXXV BB inee ÜS BB

24 Das Schlammalter Wenn sich im Belebungsbecken 1000 kg TSS befinden (V BB X BB ) und pro Tag 100 kg TSS abgezogen werden (Q X e + Q ÜS X ÜS ) verbleibt der Schlamm im Mittel während 10 Tagen im Belebungsbecken, das Schlammalter X beträgt 10 Tage. X BB VX e ÜS QXQX Schlammalter

25 Das Schlammalter X BB VX e ÜS QXQX Im stationären Zustand (oder im Durchschnitt) gilt: Schlammproduktion = Schlammabzug oder SP tot = und damit: e ÜS QXQX VX SP BB tot

26 Ablauf VKB Ablauf BB Ablauf Belebungsbecken g NH 4 + -N m -3 Ablauf Vorklärbecken g NH 4 + -N m -3 Uhrzeit Pilotversuche ARA Werdhölzli, 1975

27

28 NH 4 + NO 3 - O2O2 BSB 5 Nitrifikation

29 Dimensionierung für Nitrifikation SF X SF= Sicherheitsfaktor in Abhängigkeit der Belastungsvariation, dimensionslos 2 für grosse Anlagen für kleine Anlagen = Maximale Wachstumsgeschwindigkeit der Nitrifikanten in d d -1 bei 10°C d -1 bei 20°C = Schlammalter in d X

30 Sauerstoffbedarf OE tot max OE B max Q. f N 46 NO 3 = Maximal erforderlicher Sauerstoffeintrag in kg O 2 d -1 = maximal erforderlicher Sauerstoffeintrag für den Abbau des BSB 5 in kg O 2 d = Spezifischer Sauerstoffbedarf für die Nitrifikation in kg O 2 kg -1 NO 3 - -N = Zunahme der Nitratkonzentration in g N m -3, (Ablauf - Zufluss) f N = Stossfaktor für den Tagesgang der Nitrifikation je nach Grösse der Anlage OE tot max OE B max NO 3


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