Handout

Übung: Kläranlagenbemessung
1. Eingangsgrößen
 Fließschema einer Kläranlage
 Vorgaben zur Berechnung
Anschlusswert
Abwasseranfall wS,d
15.000 [E]
130 [L/(dE)]
QS,aM 
Zufluss Jahresmittel QS,aM
Trockenwetterzufluss QT
QT 
Fremdwasserzufluss QF,aM
Einzugsgebiet A
Regenwetterzufluss QM
BSB5
TKN
ges. P
w S,d  E
86.400
[L/s]
24
 QS,aM  QF ,aM [L/s]
x max
QM  fSp,S  QS,aM
0,15 [L/(sha)]
100 [ha]
 QF ,aM [m³/h]
60 [g/(Ed)]
11 [g/(Ed)]
1,8 [g/(Ed)]
 Gesucht:
a) Maximaler Trockenwetterzufluss QT
b) Regenwetterzufluss (Mischwasser) QR = QM
 Berechnung des Abwasseranfalls
QT,aM = QH,aM+QG,aM+QI,aM+QF,aM = QS,aM+QF,aM
QG,aM = QI,aM = 0
QS,aM 
15.000 E  130 dLE
 22,6 Ls
86.400 ds
QF ,aM  0,15 sLha  100 ha 15 Ls
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
1
abgelesen:
xmax = 14 [h/d]
fSp,S = 6 [-]
a) Maximaler Trockenwetterzufluss QT
QT 
24 dh
24
3
 QS,aM  QF ,aM 
 22,6 Ls  15 Ls  53,7 Ls ( 193,3 mh )
h
xmax
14 d
b) Regenwetterzufluss (Mischwasser) QR
QR  fSp,S  QS,aM  QF ,aM  6  22,6 Ls  15 Ls  150,6 Ls (  541,1 mh )
3
2. Mechanische Reinigung
2.1 Rechen
 Aufgabe des Rechens:
Rückhalt von groben Feststoffen (Holz, Plastik, Toilettenartikel,
Korken, etc.)
 Vorgaben zur Berechnung:
Ausführung:
maschinell geräumter Gegenstrom-Stabrechen
mit rechteckigem Stabquerschnitt
(Spaltweite Sp = 10 mm, Stabdicke St = 5 mm,
Neigungswinkel gegen die Horizontale: 75°)
Fließgeschwindigkeit: Mindestfließgeschwindigkeit im
aufgeweiteten Gesamtquerschnitt bei QT:
vmin = 0,5 m/s
Zulaufgerinne:
Rechteckgerinne mit flacher Sohle; bg = 0,4 m
 Gesucht:
a) Höhenverlust des unbelegten Rechenrostes
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
2
b) Kammerbreite der Rechenkammer und die Stabanzahl des
einzubauenden Rechens
c) Nachweis der minimalen Fließgeschwindigkeit bei Qt und einer
Füllhöhe von 0,1 m im aufgeweiteten Querschnitt
a) Berechnung: Höhenverlust des unbelegten Rechens
Formel nach KIRSCHMER [1928]
4
 St  3 v 2
h    
 sin
 
 Sp  2g
h
St
Sp
v²/2
g

[m]
[m]
[m]
[m]
Stauverlust
größte Stabdicke entgegen der Strömung
geringste lichte Stabweite
Geschwindigkeitshöhe vor dem Rechen
[°]

[-]
Neigungswinkel des Rostes gegen
Horizontale
Formfaktor des Rechenstabprofils
Abb. 2: Formfaktoren der jeweiligen Rechenstabprofile
 = 2,42 (rechteckiger Stabquerschnitt)
 0,005 m  3 0,5 ms 
h  2,42  
 sin 75  0,012 m 1,2 cm
 
 0,01 m  2  9,81 sm2
4
2
Anmerkung: bei v  2,0 ms  h  18,9 cm (unbelegt!!!)
b) Berechnung: Kammerbreite und Stabanzahl
Kammerbreite der Rechenkammer
 bg

KB  
 1   St  Sp   Sp
 Sp

n
KB
bg
St
Sp
[-]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
Stabanzahl
Kammerbreite
Gerinnebreite
Stabdicke
Spaltweite
Stabanzahl
n
bg
Sp
1
 400 mm

KB  
 1  (5 mm  10 mm)  10 mm  59 5 mm  59 ,5 cm
 10 mm

400 mm
n
 1  39
10 mm
alternativ: bg= 400 mm
 freier Querschnitt ≈ 400 mm
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
3
400 mm
 1  39
10 mm
 KB  39  5 mm  400 mm  59 5 mm  59 ,5 cm
 Stäbe: n 
c) Berechnung: Mindestfließgeschwindigkeit vmin
3
v min 
0,05 4 ms
QT

 0,9 ms  0,5 ms
KB  h 0,595 m  0,1 m
Anmerkung: Richtwert für die Bemessung: 0,7 ms  v  1,2 ms
2.2 Belüfteter Sandfang
 Aufgabe des Sandfangs:
Rückhalt von schweren mineralischen Sinkstoffen (Kies, Sand, etc.)
 Vorgaben zur Berechnung:
Aufenthaltszeit bei TW tS,T:
> 20 min
Aufenthaltszeit bei RW tS,R:
> 10 min
Querschnittsfläche AS, quer:
1 m 2  AS, quer  7 m 2
Länge des Sandfanges LS:
30 m  LS  60 m
Maße der Belüftungskammer: Breite / Tiefe > 0,8
(zzgl. Freibord: 0,5 m)
 Gesucht:
a) Mindestvolumen des Sandfanges bei Trocken- und
Regenwetter
b) Wahl des Querschnittes und Berechnung der Sandfanglänge
c) Berechnung der Breite und Tiefe der Belüftungskammer
a) Berechnung: Mindestvolumen des Sandfanges bei TW / RW
Mindestvolumen bei Trockenwetter ( tT  20 min  1 3 h )
VS,T  AS, quer  LS  QT  tT  193,3 mh  13 h  64,4 m3
3
Mindestvolumen bei Regenwetter ( t R  10 min  1 6 h )
VS, R  AS, quer  LS  QR  t R  541,1 mh  16 h  90,2 m3
3
gewählt: VS  100 m 3
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
4
b) Berechnung: Sandfanglänge
AS, quer  3 m2
Wahl des Querschnittes:
LS 
VS
100 m 3

 33,3 m
AS, quer
3 m2
gewählt: LS  35 m
c) Berechnung: Breite und Tiefe der Belüftungskammer
BS  TS  AS, quer  3 m2
TS 
BS
 0,8
TS
3 m2
 1,9 m
0,8

0,8  TS2  3 m2
gewählt: TS  2,5 m (+ 0,5 m Freibord)
BS  0,8  TS  0,8  1,9 m  1,5 m
gewählt: BS  1,5 m
2.3 Vorklärung
 Aufgabe der Vorklärung:
Rückhalt von suspendierter Organika
 Theoretische Zusammenhänge:
Sinkzeit: Fließzeit: Bedingung:
L
h
th  ts
t 
t 
s
vh 
Q
Q

A bh
daraus folgt:
eingesetzt t h 
v s  qA 
Lbh h

Q
vs
Q
AO
h
vs

vh
L  b AO
1


Q
Q vs
qA: Oberflächenbeschickung
 Vorgaben zur Berechnung:
Oberflächenbeschickung qA (bei TW): 3 m/h
Eliminationsgrad für BSB5 BSB5
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
25 %
5
Parameter
Rohabwasser
BSB5
CSB
TS
TKN
P
Durchflusszeit in der
Vorklärung bei Qt
0,5 bis 1,0 h
45
90
35
10
1,6
60
120
70
11
1,8
1,5 bis 2,0 h
40
80
25
10
1,6
Tab 1: Einwohnerspezifische Frachten in g/(Ed) (Quelle: ATV Arbeitsblatt A 131
 Gesucht:
a) Oberfläche des Vorklärbeckens
b) Volumen des Vorklärbeckens
a) Berechnung: Oberfläche des Vorklärbeckens
AVK
Q
193,3
 T 
qA
3 mh
m3
h
 64,4 m 2
gewählt: Becken 3 m (Breite) x 25 m (Länge)  AVK  75 m 2
b) Berechnung: Volumen des Vorklärbeckens
BSB5 = 25 %  25% von 60
 tVK, T

(bei 45
g
E d
g
E d
 15
g
E d
) aus Tabelle: tVK, T = 0,5-1,0 h
VVK  Qt  tVK ,T  193,3
m3
h
 1,0 h  193,3 m 3
gewählt: Becken 3 m (Breite) x 25 m (Länge) x 2,6 m (Tiefe)
VVK  195 m

3
3. Biologische Reinigung
3.1 Belebungsbecken
 Aufgabe des Belebungsbeckens:
Eliminierung von CSB, Stickstoff und Phosphor
 Theoretische Zusammenhänge:
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
6
Fracht:
m3 
 kg 
B d  Qd 
C  3 

m 
 d 
Raumbelastung BR:
BR 
tägliche BSB 5  Fracht (Bd )
Volumen des Belebungsb eckens (VBB )
 kg BSB
kg BSB 5 
d
 3 

m3  d 
 m
5
Schlammbelastung BTS:
BTS 
tägliche BSB 5  Fracht (Bd )
Feststoffm asse im Belebungsb ecken (VBB  TS BB )
Raumbeschickung qR: q R 
 kg BSB
kg BSB 5 
d
 3 kg TS 

kg TS  d 
 m  m
5
3
Qd
d -1 
VBB
Schlammalter tTS:
t TS 
Feststoffm asse im Belebungsb ecken VBB  TS BB
d

täglich abgezogene Feststoffm asse
Q ÜS  TS ÜS
Abb. 3: BSB5-Abbau in Abhängigkeit der Schlammbelastung
 Vorgaben zur Berechnung:
Anlagengröße:
15.000 EW
Verfahren
Belebtschlammverfahren mit
Nitrifikation
Trockensubstanzgehalt TSBB:
4 g/L
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
7
 Gesucht:
a) Konzentration von C, N2 und P im Zulauf des
Belebungsbeckens
b) Zulässige Schlammbelastung bei sichere Nitrifikation
c) Volumen des Belebungsbeckens
d) zugehöriges Schlammalter
a) Berechnung: Konzentrationen von C, N2 und P im Zulauf
Belebungsbecken
Qt  193 ,3
 24
m3
h
h
d
 4.640
m3
d
Ermittlung der Frachten:
BSB 5 Fracht  Bd , BSB  45
5
g
E d
 15 .000 EW  675
kg
d
(Anmerkung: reduzierte Werte  Vorklärung!!!)
675 kg BSB
d
 0,145
4.640 md
5
BSB5-Konzentration:
TKN-Konzentration:
P-Konzentration:
kg BSB5
3
150 kg TKN
d
 0,032
4.640 md
3
24 kgdP
 0,005
4.640 md
3
kg P
m3
kg TKN
m3
m3
 145
 32
mg
L
mg
L
 5 mLg
b) Ablesen: zulässige Schlammbelastung (sichere Nitrifikation)
5
Ablesewert aus Abb. 3: B TS  0,1 gg BSB
TSd
c) Berechnung: Volumen Belebungsbecken (VBB)
BTS 
VBB 
Bd .BSB
5
TSBB VBB
Bd .BSB
TS BB  BTS
gewählt:
675 kg BSB
d
 kg TS
 1.687 ,5 m 3
kg BSB
4 m  0,1 kg TS d
5
5
5
3
VBB  1.700 m 3
d) Ablesen: zugehöriges Schlammalter:
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
8
Ablesewert aus Abb. 3:
tTS  20 d
3.2 Nachklärbecken
 Aufgabe des Nachklärbeckens:
Abtrennung der Belebtschlammflocken vom Wasser und deren
Rückführung in das Belebungsbecken
 Begrifflichkeiten:
Schlammvolumen SV:
entspricht dem Volumen in mL, welches der Schlamm
nach einer 30-minütiger Absetzzeit in einem
1 L Standzylinder einnimmt, [mL/L]
Schlammindex ISV:
entspricht dem Volumen in mL, welches 1
Trockensubstanz des Schlammes einnimmt, [mL/g]
ISV 
g
SV
[ mLg ]
TS BB
Feststoffoberflächenbeschickung:
entspricht gedanklich der Masse
Feststoff, mit der die Oberfläche des Nachklärbeckens
unter Einhaltung der geforderten Ablaufqualität (hins.
Feststoffabtrieb) maximal beschickt werden darf.
TS
qTS  q A  TSBB [ kg
]
m h
2
Schlammvolumenbeschickung:
entspricht gedanklich dem Volumen
Schlamm, mit der die Oberfläche des Nachklärbeckens
unter Einhaltung der geforderten Ablaufqualität (hins.
Feststoffabtrieb) maximal beschickt werden darf.
qSV  q A  TS BB  ISV [ mLh ]
2
 Bemessungshinweise:
Bemessung auf TSBB:
3 - 5 g/L
Feststoffrückhalt der Nachklärbecken
sinkt im hydraulischen Lastfall
 Bemessung auf QR (RW)
Durchmesser der Nachklärbecken DNK: 20 m < DNK < 50 m
 Vorgaben zur Berechnung:
Schlammindex ISV:
150
Max. Schlammvolumenbeschickung qSV:
mL
g
500
L
m 2 h
Anmerkung: gilt für horizontal durchströmte Becken
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
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 Gesucht:
a) Schlammvolumen SV
b) Durchmesser der Nachklärbecken
a) Berechnung: Schlammvolumen
ISV 
SV
[ mLg ]
TS BB

(V )SV  ISV  TSBB  150
mL
g TS
 4 g LTS  600
mL
L
b) Berechnung: Durchmesser der Nachklärbecken
qSV  q A  TS BB  ISV 
QR
 TS BB  ISV
ANB
3

ANB
QR
541,1 mh

 TSBB  ISV 
 4 g LTS  0,15
m
qSV
0,5 m h
3
L
g TS
 649 ,3 m 2
2
gewählt: 2 Nachklärbecken
ANB 
649 ,3 m 2
 324 ,7 m 2
2

r  10 m  D  20 m
Übung Kläranlagenbemessung, 25. Juni 09
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