Das neue Arbeitsblatt DWA-A 131 Kein Thema für die Nachbarschaften?

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1 Das neue Arbeitsblatt DWA-A 131 Kein Thema für die Nachbarschaften?
Kanal- und Kläranlagen-Nachbarschaften Lehrerbesprechung Februar 2017, Landshut Das neue Arbeitsblatt DWA-A 131 Kein Thema für die Nachbarschaften? Dr.-Ing. Dieter Schreff

2 DWA-A131 – Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen
1991 2000 2016 Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

3 Kläranlagen in Bayern (1)
> Belebungsanlagen Anzahl Quelle: Abwasserentsorgung in Bayern, LfU, 2010 Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

4 Kläranlagen in Bayern (2)
> 2/3 aller EW-gesamt (Belebungsanlagen, einstufig) Kumulierte Ausbaugröße [EW] Quelle: Abwasserentsorgung in Bayern, LfU, 2010 Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

5 Inhalte des DWA-A 131(2016) Nachklärung (Zulauf / Vorklärung) Belebung
Inhalt DWA-A 131 Bemessung (Grundlagen) Planungshinweise/ Konstruktion Betriebliche Hinweise Nachklärung Belebung (Zulauf / Vorklärung) Quelle: BayernAtlas, Kläranlage Alt-/Neuötting Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

6 A131 - Bemessungsablauf Bemessungsgrundlagen, Verfahrenswahl, N-/P-Bilanz und Schlammalter Schlammmasse MTS,BB Schlammindex ISV / TS-Werte Oberfläche und Tiefe NKB Volumen Belebungsbecken Sauerstoffbedarf Ablauf wie bisher!

7 Beschreibung des Verfahrens und Ablauf der Bemessung
Weiterentwicklung gegenüber A-131 (2000) Ermittlung des Denitrifikationsanteils über CSB/OV-Bilanz Berücksichtigung eines leicht abbaubaren CSB-Anteils Berücksichtigung externe C-Quelle (Option) Erhöhte Denitrifikationskapazität bei vorgeschalteter Denitrifikation Die Bemessung erfolgt weiterhin über einen statischen Ansatz, es können keine Ablaufkonzentrationen (NH4-N) ermittelt werden. Die Berechnung der Schlammmasse ist die gemeinsame Grundlage aller einstufigen Belebungsverfahren. Konventionelle einstufige Belebung (DWA-A 131) Aufstau-Belebungsverfahren – SBR (DWA-M 210) Membranbioreaktor – MBR (DWA-M 227) OV: Sauerstoffverbrauch Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

8 Bemessungsrelevante Parameter
Abwassertemperaturen MIN/MAX (14-Tage-Gleitende Mittelwerte) Schmutzfrachten Bd,ZB,xxx (kg/d) und Konzentrationen CZB,xxx (mg/l): CSB, evtl. inkl. Angaben zur CSB-Fraktionierung Phosphor Stickstoff (KN, früher: TKN) Abfiltrierbare Stoffe (XTS) Abwasserzuflüsse (m³/d oder m³/h): Qd,Konz (zur Berechnung der Konzentrationen aus Frachten) QM (Auslegung der Nachklärung) QT,2h,max (bioP-Becken, interne Rezirkulation) Kein BSB5 mehr! ZB: Zulauf Belebung, ggf. Ablauf Vorklärung bzw. mechanische Vorreinigung Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

9 Bemessungsgrundlagen Fraktionierung des CSB (1)
S : gelöste Fraktionen X : ungelöste Fraktionen CCSB,ZB = SCSB,ZB + XCSB,ZB CCSB,ZB = SCSB,abb,ZB + SCSB,inert,ZB + XCSB,abb,ZB + XCSB,inert,ZB Feststoff und CSB im Zulauf Belebung hängen zusammen, gelöste Anteile des CSB beachten (z.B. gewerbliche Abwässer) Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

10 Bemessungsgrundlagen Fraktionierung des CSB (2)
CCSB,ZB = SCSB,ZB + XCSB,ZB CCSB,ZB = SCSB,abb,ZB + SCSB,inert,ZB + XCSB,abb,ZB + XCSB,inert,ZB Gelöster CSB: SCSB,ZB aus Messwerten (0,45 mm filtrierte Probe) bestimmen Partikulärer CSB: XCSB,ZB = CCSB,ZB – SCSB,ZB berechnen Abfiltrierbare Stoffe: XTS (AFS -> 0,45 mm filtrierte Probe) Glühverlust von XTS bestimmen -> XorgTS,ZB, XanorgTS,ZB Faktoren zur Ermittlung der CSB-Fraktionen müssen/können auch gewählt werden (siehe nächste Folie). Wesentliche CSB-Anteile aus üblichen Abwassermesswerten bestimmbar Zusammenhang zwischen CSB und abfiltrierbaren Stoffen beachten! S : gelöste Fraktionen X : ungelöste Fraktionen Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

11 Bemessungsgrundlagen Fraktionierung des CSB (3)
Abwasserzusammensetzung: CCSB,ZB = 400 mg/l CSB-Konzentration, homogenisiert Zulauf Belebung XTS,ZB = 175 AFS-Konzentration, Zulauf Belebung Parameter: fA = 0,30 - Inerter Anteil am partikulären CSB: 0,20 … 0,35 fB = Anorganischer Anteil der abfiltrierbaren Stoffe: 0,2 … 0,3 (ohne VK) fCSB = 0,20 Leicht abbaubarer Anteil des CSB (bez. auf abb. CSB): 0,15 … 0,25 fS = 0,05 Inerter Anteil des CSB (bez. auf gelösten CSB): 0,05 … 0,10 fCSB,oTS = 1,60 CSB-Gehalt bez. auf oTS Ergebnisse CSB-gesamt CCSB,ZB = 400 mg/l Gelöster CSB: SCSB = 204 Gelöster, inerter CSB: SCSB,inert = 20 Gelöster, abbaubarer CSB: SCSB,abb,ZB = 184 Partikulärer CSB : XCSB = 196 Partikulärer, inerter CSB : XCSB,inert,ZB = 59 Partikulärer, abbaubarer CSB : XCSB,abb,ZB = 137 Abbaubarer CSB : CCSB,abb,ZB = 321 Leicht abbaubarer CSB : CCSB,la,ZB = 64 Faktoren zur Ermittlung der CSB-Anteile können alternativ gewählt werden, hier können anlagenspezifische Einflüsse berücksichtigt werden.

12 CSB - Bilanz Sauerstoffbedarf Überschuss- schlamm
XCSB,abb,ZB CO2 + H2O CCSB,ZB SCSB,abb,ZB XCSB,inert,ZB biologischer Prozess XCSB,BM XCSB,inert,BM OVC XCSB,ÜS SCSB,inert,ZB SCSB,inert,AN Sauerstoffbedarf Überschuss- schlamm Biologischer Prozess beeinflusst Verhältnis zwischen Sauerstoffbedarf und Überschußschlamm (z.B. Schlammalter) CCSB,ZB = SCSB,inert,AN + XCSB,ÜS + OVC Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

13 Stickstoff-Bilanz SNH4,AN SNO3,D cN,ZB SorgN,AN SNO3,AN
XorgN,BM; XorgN,inert SNO3,D Ggfs. Rückbelastung aus Faulung: 0,5*0,07*XCSB,BM S : gelöste Fraktionen X : ungelöste Fraktionen mit: SNO3,D: zu denitrifizierende Nitrat-Stickstoff-Konzentration [mg/l] CN,ZB: Stickstoffkonzentration im Zulauf zur Belebung inkl. Rückbelastung [mg/l] SorgN,AN: Konzentration org. Stickstoff im Ablauf der Nachklärung [mg/l] (~ 2 mg/l) SNH4,AN: Ammoniumkonzentration im Ablauf der Nachklärung [mg/l] (hier i.d.R. 0 mg/l) SNO3,AN: Nitratkonzentration im Ablauf der Nachklärung [mg/l] (0,60,8 * SanorgN,ÜW) XorgN,BM: in Biomasse eingebaute Stickstoffkonzentration [mg/l] (0,07*XCSB,BM) XorgN,inert: gebunden an inerte, part. Fraktionen [mg/l] (0,03*(XCSB,inert,BM+XCSB,inert,ZB)) Anteil des zu denitrifizierenden Nitrats ergibt sich aus der N-Bilanz! Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

14 Phosphor-Bilanz Die Phosphorbilanz ist analog zur Stickstoffbilanz aufgebaut. mit: XP,Fäll: zu fällende Phosphorkonzentration [mg/l] CP,ZB: Konzentration Gesamtphosphor im Zulauf zur Belebung [mg/l] CP,AN: Konzentration Gesamtphosphor im Ablauf Nachklärung [mg/l] in Abhängigkeit der Überwachungswertes CP,ÜW: CP,AN = 0,6 bis 0,7 * CP,ÜW XP,BM: zum Zellaufbau heterotrophe Biomasse benötigter Phosphor [mg/l]: 0,005*CCSB,ZB XP,BioP: eliminierter Anteil durch biologische Phosphorelimination [mg/l]: 0,002 bis 0,007*CCSB,ZB Anteil des zu fällenden Phosphors ergibt sich aus der P-Bilanz! Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

15 Ermittlung aerobes Schlammalter (Bemessung)
Prozessfaktor PF = 1,5 … 2,8 abhängig von Ausbaugröße, Schwankungen der Stickstoff-frachten im Zulauf und dem ÜW-Wert für SNH4,AN. SF = 1,6 = konstant in Formel enthalten tTS,aerob,Bem = PF * 3,4 * 1,103(15 - T) Nitrifikanten sind temperaturempfindlich, bei kleineren Anlagen PF höher (Sicherheit wg. Schwankungen) Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

16 Ermittlung Gesamtschlammalter (Bemessung)
tTS,ges,Bem= tTS,aerob,Bem 1 −VD/VBB (d) tTS,ges,Bem= tTS,aerob,Bem 1 −tD/tBB oder: z.B. bei intermittierender DN z.B. bei vorgeschalteter DN Bei höheren DN-Anteilen ist das erforderliche Gesamtschlammalter für N/DN deutlich höher. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

17 Schlammalter im Betrieb
Reinigungs- leistung (qualitativ) Aerobe Schlammstabilisierung Denitrifikation Nitrifikation tTS= VBB x TSBB QÜS,d x TSÜS CSB- Abbau Schlammalter tTS (d) Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

18 aus CSB-, P- und N-Bilanzen
Ermittlung von VD/VBB aus CSB-, P- und N-Bilanzen CSB-Fraktionierung Aerobes Schlammalter Vorwahl VD/VBB Überschussschlammanfall Ende der Iteration zu denitrifizierendes Nitrat SNO3,D OV für C-Abbau OVC,D  1 = 1 Gesamtschlammalter berechnen P-Bilanz / Fällschlamm N-Bilanz / ext-C-Quelle? Zusammenhang zwischen aeroben und anoxischen CSB-Abbau Wenn x < 1, dann V_D/V_BB erhöhen oder ggf. ext-C-Quelle und wenn x > 1, dann V_D/V_BB kleiner wählen. Vergleich von O2-Verbrauch und O2-Dargebot Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

19 Berechnung der Schlammmasse Ermittlung von VBB
ÜSd = ÜSd,C + ÜSd,P Aus CSB-Bilanz und P-Bilanz (Fällung) MTS,BB Schlamm-Masse im Belebungsbecken tTS= VBB x TSBB QÜS,d x TSÜS ÜSd Überschußschlammanfall pro Tag VBB = MTS,BB / TSBB Abgestimmt auf Nachklärbecken! Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

20 Bemessung je nach Verfahren (Stickstoffelimination)
Neu: Auch Verfahrenskombination vorgeschaltete Deni. und simultane / intermittierende Denitrifikation. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

21 Nachklärung Neue Funktionszonen
Hauptströmungs- richtungen h1 Klarwasserzone h23 Übergangs- und Pufferzone bisher: Trenn- und Rückströmzone h2 bzw. Dichtestrom- und Speicherzone h3 h4 Eindick- und Räumzone Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

22 Einlaufbauwerk (1) Festlegung Volumen Einlaufbauwerk
Festlegung UK Einlaufschlitz Festlegung Volumen Einlaufbauwerk Erhöhte AFS-Werte im Ablauf Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

23 Einlaufbauwerk (2) Vorgaben für Geschwindigkeit im Eintrittsquerschnitt ins Becken Einleitung über die ganze verfügbare Breite/Umfang in horizontaler Richtung Eintrittsbereich möglichst tief (Eindick-/Räumzone), aber mind. 1,0 – 1,5 m über Trichteroberkante Aufenthaltszeit im Mittelbauwerk: mind. 1 Minute bei mäßiger Geschwindigkeit (< 40 cm/s) Verbesserung der Flockungseffekte durch Vorgabe eines Geschwindigkeitsgradienten G Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

24 Klarwasserabzug/Ablauf
Innen angeströmte Rinnen sind strömungstechnisch günstiger. Bei außen angeströmten Rinnen und Tauchrohren ist die Klarwasserzone zu erhöhen. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

25 Betriebliche Hinweise (Kap.8)
Zum Betrieb der Vorklärung (z.B. ÜS-Eindickung zusammen mit Primärschlamm) Schaum und Schwimmschlamm im Belebungsbecken (z.B. Tauchwände) Steuerung/Regelung interne Rezirkulation bei VDN. Nitritbildung! Hinweise zur biologischen P-Elimination Steuerung/Regelung des Rücklaufschlamms. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

26 Zusammenfassung Teil Belebung
Die statische Bemessung des Belebungsbeckens basiert nur noch auf einem CSB-Ansatz (Fraktionierung). Es können keine Ablaufkonzentrationen (z.B. NH4-N) ermittelt werden. ÜS-Schlammanfall und Sauerstoffbedarf werden aus einer geschlossenen CSB-Bilanz ermittelt (vergl. dynamische Simulation). Das Sicherheitskonzept für Nitrifikation wird aufgeteilt in Auswaschfaktor SF (fest) und Prozessfaktor PF (abhängig). Ermittlung des VD/VBB-Verhältnis erfolgt durch Iteration, möglich ist die Berücksichtigung des leicht abbaubaren CSB, einer ext-C-Dosierung und Vergrößerung des VD/VBB-Verhältnis auf max. 60%. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

27 Zusammenfassung Teil Nachklärung
Modellhafte Aufteilung der Beckentiefe in drei Funktionszonen. Einlaufbauwerk hat große Bedeutung für die Leistungsfähigkeit und Funktion eines Nachklärbeckens (Nachweis/Dimensionierung). Die Nachteile von außen angeströmten Ablaufrinnen und tangential angeordneten Tauchrohre werden bei der Definition der Klarwasserzone berücksichtigt. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /

28 DWA-Arbeitsblatt A131 ? Auch ein Thema für Kläranlagen !
Bei Bescheidsverlängerung wird Neuberechnung der Belebung mit DWA-Arbeitsblatt A131 (2016) erforderlich, daher im Vorfeld die richtigen Grundlagen ermitteln (Messprogramme durchzuführen): AFS im Zulauf Belebung(„XTS“), inkl. organischer Anteil CSB im Zulauf Belebung: homogenisiert und filtriert („X/SCSB“) CSB im Ablauf Nachklärung filtriert messen („SCSB,inert,AN“) Ermittlung der Stickstoff-Schwankungen im Zulauf durch Messung von 2-h-Proben („fN“)  für Ermittlung PF! Berechnung des tatsächlichen Schlammalters im Betrieb und ggf. Abgleich mit Bemessungswerten durchführen. Lehrertagung Landshut / Dr.-Ing. Dieter Schreff /