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Biologische Abwasserreinigung

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Präsentation zum Thema: "Biologische Abwasserreinigung"—  Präsentation transkript:

1 Biologische Abwasserreinigung
Ziel: Abwasserinhaltstoffe, die im Gewässer unerwünschte Folgen haben, in Stoffe überführen, die nur geringen Schaden anrichten oder aus dem Abwasser einfach abgetrennt werden können: Gase: N2, CO2, CH4 Gelöste Stoffe: H2O, NO3-, HCO3- Feststoffe: Biomasse, Flocken

2 Selbstreinigung in Fliessgewässern
O2 Bio- masse org.C Biofilm oder festsitzende Biomasse

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

4 Der Algenteich Das Belebtschlammverfahren

5 Das Belebtschlammverfahren
Belebungsbecken Nachklärbecken Zufluss Belüftung Abfluss Rücklaufschlamm Überschuss- schlamm

6 Abbau organischer Stoffe: BSB5
Katabolismus / Abbau CH O + O CO + H O + Energie 2 2 2 2 Anabolismus / Wachstum / Assimilation + + 5 CH O + NH + Energie C H NO + 3 H O + H 2 4 5 7 2 2 Total (von aussen beobachtet) + + 10 CH O + 5 O + NH C H NO + 5 CO + 8 H O + H 2 2 4 5 7 2 2 2 CSB BSB Biomasse 320 g g g N g TSS

7 Die Schlammbelastung B Q BSB V TS Food Mikroorgan isms F M º × =
BB × = 5 BTS = Schlammbelastung in kg BSB5 kg-1 TSS d-1 Q = Zufluss in m3 d-1 BSB5 = BSB5 Konzentration im Zufluss in kg m-3 VBB = Volumen des Belebungsbeckens in m3 TSBB = Belebtschlammkonzentration in kg TSS m-3

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

9 Wirkungsgrad für die Elimination von BSB % 100 80 60 40 20 > 13°C
5 % 100 80 60 40 20 > 13°C < 11°C < 11°C > 13°C 0.1 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2 4 6 8 10 Schlammbelastung B in kg BSB kg -1 TSS d -1 TS 5

10 Typische Werte Schlammbelastung:
BTS = kg BSB5 kg-1 TSS d-1 für BSB5 Elimination = 0.15 kg BSB5 kg-1 TSS d-1 für Nitrifikation = 0.05 kg BSB5 kg-1 TSS d-1 für Schlammstabilisierung Belebtschlammkonzentration: TSBB = 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 (qBB = VBB / Q): qBB = Stunden

11 Nitrifizierende Belebungsanlage
BTS = 0.15 kg BSB5 kg-1 TSS d-1 BSB5 = 150 g m-3 TSBB = 3 kg TSS m-3 Wie gross ist die hydraulische Aufenthaltszeit qBB im Belebungsbecken? qBB = VBB / Q qh = V/Q = BSB / (BTS*TS) = 150/0.15*3000) = 0.33 d = 8 h

12 CSB Erhaltung CSBZulauf O2 Verbrauch Biomassen Produktion
abbaubar total Inert, nicht abbaubar

13 Die Schlammproduktion
B SP = × Q BSB 5 SPB = Schlammproduktion als Folge des Abbaues von BSB5 in kg TSS d-1 ÜSB = Spezifische Schlammproduktion in kg TSS kg-1 BSB5 Q = Zufluss von Abwasser in m3 d-1 BSB5 = BSB5 Konzentration im Zufluss in kg m-3 Erfahrungswert: ÜSB = kg TSS kg-1 BSB5

14 Der Sauerstoffverbrauch
Q BSB OV B f OE max = × 5 OEB = Erforderlicher Sauerstoffeintrag im Betrieb als Folge des Abbaues von BSB5 in kg O2 d-1 OVB = Spezifischer Sauerstoffverbrauch in kg O2 kg-1 BSB5 Q = Zufluss von Abwasser in m3 d-1 BSB5 = BSB5 Konzentration im Zufluss in kg m-3 fB = Stossfaktor, der den Tagesgang des Sauerstoff- Verbrauches berücksichtigt, dimensionslos Erfahrungswerte: OVB = kg O2 kg-1 BSB5 je nach Temperatur und Belastung fB =

15 Restverschmutzung (BSB5)
Tagesgang Länge des Reaktors

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

17 Die Stickstoffbilanz Die Phosphorbilanz D TKN BSB = × 045 . D TP BSB =
045 5 . Die Phosphorbilanz D TP BSB = × 01 5 . D TKN = Stickstoffelimination durch Inkorporation in die Biomasse, Zulauf - Ablauf D TP = Phosphorelimination durch Inkorporation in die Biomasse, Zulauf - Ablauf

18 Nitrifikation Nitrifikation heisst die mikrobiologische Oxidation von
Ammonium über Nitrit zu Nitrat NH 4 + NO 2 - 3 H O Energie ( 2 NH 4 + NO - 1 5 . Nitrosomon as) 3 Nitritoxidierer) Nitrifikan ten) CO Energie Biomasse ( HCO

19 Mikrobiologisches, exponentielles Wachstum
/ t N = N × 2 d r X = × m Verdoppelungszeit td N =

20 Wachstumsgeschwindigkeit der Nitrifikanten
mmax der Nitrifikanten d-1 0.6 0.4 0.2 4 6 8 10 12 14 16 Temperatur °C

21 Die allgemeine Bilanzgleichung
Ein einfaches System Zufluss Qzu, Czu System Volumen V Konzentration C Produktionsrate r Abfluss Qab, Cab Die allgemeine Bilanzgleichung V dC dt C dV Q r zu ab × + = -

22 Der Rührkessel Q Xin V X Q X dX V × = Q × X - Q × X + m × X × V dt
Im stationären Zustand (dX / dt = 0), mit Xin = 0 ergibt sich: dX V × = Q × X - Q × X + m × X × V in dt Q × X Q 1 m = = = m × q = 1 h V × X V q h

23 Das Belebtschlamm- verfahren Q Xin QÜS XÜS Qe Xe dX V × = Q × X - Q ×
VBB XBB Q Xin QÜS XÜS Qe Xe Das Belebtschlamm- verfahren dX V × BB = Q × X - Q × X - Q × X + m × X × V BB in e e ÜS ÜS BB BB dt Im stationären Zustand (dX / dt = 0), mit Xin = 0 ergibt sich: V dX dt Q X BB in e ÜS × = - + m Q × X + Q × X 1 e e m = ÜS ÜS m × q = 1 X V × X q BB BB X

24 Das Schlammalter V X × q º = Schlammal ter Q X × +
BB V X × q X = Schlammal ter e ÜS Q X × + Wenn sich im Belebungsbecken 1000 kg TSS befinden (VBB × XBB) und pro Tag 100 kg TSS abgezogen werden (Q × Xe + QÜS × XÜS) verbleibt der Schlamm im Mittel während 10 Tagen im Belebungsbecken, das Schlammalter qX beträgt 10 Tage.

25 Das Schlammalter Im stationären Zustand (oder im Durchschnitt) gilt:
Schlammproduktion = Schlammabzug oder SPtot = und damit: e ÜS Q X × + BB V X × V X SP BB tot × q X = e ÜS Q X × +

26 Pilotversuche ARA Werdhölzli, 1975
Ablauf Vorklärbecken g NH4+-N m-3 Ablauf Belebungsbecken g NH4+-N m-3 10 20 5 10 Ablauf VKB Ablauf BB 12 24 Uhrzeit

27 Verhältnis der momentanen zur mittleren NH4+ Fracht
1 2 3 6 12 18 24 Uhrzeit Verhältnis der momentanen zur mittleren NH4+ Fracht 2000 Einw. 13.6 kg N d-1 350’000 Einwohner 2900 kg N d-1

28 O2 BSB5 NH4+ Nitrifikation NO3-

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

30 Sauerstoffbedarf OE OE NO D = + 4 . 6 × Q × f ×
tot max OE B max NO - 3 D = + 4 . 6 × Q × f N × = Maximal erforderlicher Sauerstoffeintrag in kg O2 d-1 = maximal erforderlicher Sauerstoffeintrag für den Abbau des BSB5 in kg O2 d-1 4.6 = Spezifischer Sauerstoffbedarf für die Nitrifikation in kg O2 kg-1 NO3--N = Zunahme der Nitratkonzentration in g N m-3, (Ablauf - Zufluss) fN = Stossfaktor für den Tagesgang der Nitrifikation je nach Grösse der Anlage OE tot max B NO - 3 D


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