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

Siedlung See Grund- wasser Vorflut Regen Landwirt- Quelle schaft Reservoir Industrie Deponie Siedlung Schlamm- behandlung Aufbereitung Regen- becken Kläranlage See Versi- ckerung Meteor- wasser Grund- wasser Vorflut

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 Ablauf Zulauf Kläranlage: Öffentlicher Eigentümer Zulauf Bevölkerung Industrie Regen Entlastungen Planung ... Randbedingungen: Klärschlamm Vorinvestitionen Immissionen 'Weihnachten' Wetter ... Gesetzliche Grenzwerte

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 den wirtschaftlichen und technischen Möglichkeiten

Zuverlässig: Verfügbarkeit der Leistung Normalbetrieb Leistung 80 % oder 4/5 Proben 100 % Ziel Einleitbedingung Ausnahme Betrieb » Trockenwetter 0 % 0 % 80 % 100 % Prozent der Zeit

Wasserbilanz im CH Mittelland 6 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 l s-1 km-2 Regen 1 m3 m-2 a-1 30 l s-1 km-2 Q180 (Mittlerer Abfluss, 50 %) 15 l s-1 km-2 Q347 (Niedrigwasser) 5 l s-1 km-2 Verdünnung: An kleinen Fliessgewässern 1 : 6 bis 1 : 2 An den grossen Fliessgewässern ?

Einleitbedingungen in g m-3 Verordnung über Abwassereinleitungen Diese 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 betrachten und als solche in die Kreisläufe zurückführen.

Sekundärschlamm Überschussschlamm mechanische Reinigung biologische Reinigung Sand- fang Fett- fang Vorklär- becken Belüftungs- becken Nachklär- becken Rechen Zulauf Ablauf ev. zur Filtration Rechengut Sand Rücklaufschlamm Primär- schlamm Fett Abtransport Rücklauf Sekundärschlamm Überschussschlamm Eindicker Gasometer Biogas Hygienisierung Zur Nutzung (Landwirtschaft) ev. Entwässerung, Trocknung, Verbrennung, Deponie Frischschlamm Faulraum 35°C Schlammstapel Schlammbehandlung

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

Eindickung, Hygienisierung Reinigungsstufen auf der ARA Werdhölzli der Stadt Zürich Schlamm- behandlung: Eindickung, Hygienisierung Stabilisierung Stapelung Entwässerung Trocknung Nutzung Entlastungsbauwerk Belebungsbecken: Nitrifikation Denitrifikation Simultanfällung Grobsandfang Rechen Nachklärbecken Fett- und Sandfang Flockungsfiltration Vorklärbecken Einleitbauwerk Limmat

Rechen Ziel: 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 organischen Stoffen: Das kann mit einer Fliessgeschwindigkeit vf = 0.3 m s-1 gewährleistet werden

Längssandfang Grundriss Staublech v = 30 cm s-1 Schnitt Sand

Sandfang, Längsschnitt Querschnitt vS vf Höhe H Breite B Länge L 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, B vf = 0.3 m s-1 vS = 0.01 m s-1

Dimensionierung eines Sandfanges v Q B H f = × ¬ v L H f S = H Q H Q ­ ® v = v f × = × = v O º S L B × H L B × L B L Oberfläche × = v S O = Q B L × v O º = hydraulisc he Oberflä chenbelast ung ® 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

Belüfteter Fett-Sandfang Zufluss Ablauf Rundsandfang Belüfteter Fett-Sandfang Belüftung zur Anregung der Umwälzung Fett flotierend Sand Sand

Vorklärbecken Ziel: 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 h q h VKB Zufluss V Q = /

Vorklärbecken, rechteckig Ablauf Zufluss Schlammtrichter

Vorklärbecken rund Zufluss Ablauf Ablauf Zufluss Schlammabzug

Leistung von Vorklärbecken nach Sierp Elimination in % 20 40 60 80 100 TSS BSB5 1 2 3 4 5 Hydraulische Aufenthaltszeit im Vorklärbecken in hrs

Der Emscherbrunnen: Vorklärung mit Schlammstabilisierung abfuhr Grundwasser 10°C Schlammstabilisierung kalt, ev. mit Gasproduktion

Chemische Abwasserreinigung Vorfällung Ziel: 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

Chemische Abwasserreinigung Chemikalien Zugabe Mischung Flockung Sedimentation Schlammabzug

Champagner Batchreaktor Fermentation C6H12O6 ® 2 CO2 + 2 C2H5OH CSB 2 C2H5OH + 6 O2 ® 4 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 ® 6 CO2 + 6 H2O

Typische Schmutzstoffkonzentrationen im kommunalen Abwasser: 1 EG = 0.35 m3 d-1 Stoff Zulauf Ab VKB Ziel, ELB Einheiten -3 TSS 200 100 5 g TSS m -3 BSB 170 130 10 g O m 5 2 CSB 340 260 40 g O m -3 2 TKN 30 28 3 g N m -3 NH + -N 20 20 2 g N m -3 4 - -3 NO -N 0.1 0.1 0.3 g N m 2 - -3 NO -N 1 1 7 g N m 3 -3 TP 6 5.5 0.3 g P m Alkalinität 6 6 Mol m -3