4_BioAbwasserreinigung

Biologische Abwasserreinigung
Arten der biologischen Abw asserreinigung
 Belebtschlammverfahren
 Tropfkörper
 Pflanzenkläranlagen
Belebtschlammverfahren
Abwässer (kommunale und betriebliche), die keine für die biologische Reinigung
störenden Bestandteile enthalten werden einer mechanisch- biologischen
Abwasserreinigung unterzogen.
Neutralisations- und Flockungsbecken: Durch Zugabe von Kalkmilch Ca(OH)2 erfolgt
die Neutralisation der sauren Abwässer, durch Zugabe von Eisensulfatpulver
(Flockungsmittel) die Ausflockung fein verteilter Schwebstoffe, als auch Teils gelöster
Stoffe (chemische Reinigung).
Vorklärbecken: Geringe Strömungsgeschwindigkeit (Verweildauer ca. 1 h), dadurch
sinken Schwebstoffe zu Boden und werden als Schlamm abgezogen (mech.
Reinigung).
Belebungsbecken: Das Abwasser wird mit Belebtschlamm vermischt. Der
Belebtschlamm besteht aus mikroskopisch kleinen, schleimartigen Flocken, die mit
einer Vielzahl von spez. Bakterien und Wimperntierchen besiedelt sind. Die Bakterien
nehmen die im Abwasser gelösten org. Verbindungen als Nahrung in ihre
Zellsubstanz auf und werden ihrerseits von den Wimpertierchen gefressen. So
werden die org. Verbindungen im Abwasser in pflanzl. und tierische org. Substanz
umgewandelt.
Zwecks optimale Lebensbedingungen für die Bakterien zu schaffen, wird Luft in das
Abwasser eingeführt, falls erforderlich werden Nährsalze zugegeben. Dies führt zur
rasanten Vermehrung und nach 20 h Verweildauer haben die Mikroorganismen die
im Abwasser gelösten org. Verbindungen in ihre Körpersubstanz aufgenommen. Das
Abwasser enthält nun einen hohen Anteil an Belebtschlamm und wird in
nacheinander angeordneten Nachklärbecken geleitet, wo sich der Belebtschlamm im
Laufe von Stunden absetzt. Das über einen Überlauf aus dem letzten
Nachklärbecken abfließende, gereinigte Abwasser wird nun in den natürlichen
Wasserkreislauf geleitet.
Ein Teil des Belebtschlamms (Rücklaufschlamm) wird in die Belebungsbecken
zurückgeführt und sorgt dort, durch die Vermehrung und den Stoffwechsel der
Mikroorganismen, wieder für den biologischen Abbau.
Kenngröße der Belebtschlammbiologie
1. mittleres Schlammalter: angegeben in Tagen
(spezielle für Bakterien mit langer Generationszeit wie Nitrifikanten)
2. Schlammbelastung: gibt an wie viel Substart von den vorhandenen Bakterien
umgesetzt werden kann.
Abbauprozesse
Phosphatelimination: Erfolgt entweder biologisch mit Belebtschlamm oder chemisch.
Hier bei wird dem Abwasser das Fällungsmittel zugegeben (Sauer: AlCl, AlSO 4;
Basisch: Kalkmilch, Kalkhydratpulver). Es folgt eine intensive Durchmischung und im
Anschluss beginnt das Flockenwachstum, Mikroflocken agglomerieren sich zu
Makroflocken. Diese Flocken werden mittels Sedimentation, Flotation, Filtration
abgeschieden.
Nitrifikation: Oxidative Umwandlung von Ammonium über Nitrit zu Nitrat.
Denitrifikation: Für eine ausreichende Denitrifikation muss im Belebungsbecken
Zonen ohne freien Sauerstoff vorhanden sein und eine ausreichende Durchmischung
von Abwasser mit Belebtschlamm. Weiters muss für heteretropen Bakterien
ausreichend Sauerstoff vorhanden sein.
Zwei unterschiedliche Verfahren: nachgeschaltete Denitrifikation
N- Becken: Wird belüftet, Abbau von org. Kohlenstoff; Umwandlung von NH 4 → NO3
bzw NH4+ → NH3; Dauer: zehn Tage
DN- Becken: nicht belüftet Nitrat wird abgebaut, brauche dafür aber eine künstliche
Kohlenstoffqulle; Dauer: zwei bis drei Wochen
Vorteil: kein NH4+ im Ablauf
Nachteil: brauche großes Becken
Vorgeschaltete Denitrifikation
DN- Becken: Nitrat durch RW
abbaubar
Vorteil: brauche keine künstliche
Kohlenstoffquelle
Nachteil: es kommt immer Nitrat
in den Vorfluter
Tropfkörperanlagen/Tropfkörperverfahren
Abwasserreinigung mit Hilfe von aeroben, schmutzabbauenden Mikroorganismen, die auf
fester Materie (Tropfkörperfüllung) angesiedelt sind (= biologischer Rasen). Der
Tropfkörper ist ein mit witterungsbeständigen Natursteinen (z. B. Lavaschlacke) oder
Kunststoff-Füllkörper gefülltes Bauwerk.
Das Abwasser wird im allgemeinem über Drehsprenger auf der Tropfkörperoberfläche
verteilt und passiert den Tropfkörper von oben nach unten, wobei die auf den Füllkörpern
angesiedelten Mikroorganismen unter Sauerstoffverbrauch die organischen Substanzen
abbauen. Anschließend wird das Abwasser in Nachklärbecken geleitet. Bei mehrstufigen
Kläranlagen werden Tropfkörperverfahren häufig als erste Stufe verwendet, während die
zweite Stufe aus Belebungsbecken besteht.
Forderungen an ungestörten TK-Betrieb
An den TK-Betrieb sind wichtige Forderungen zu stellen:
 Der gesamte TK muss gleichmäßig beschickt werden, weil die Biomasse optimal
ausgenutzt, der TK in jedem Bereich feucht gehalten und anaerobe Toträume
möglichst vermieden werden sollen.
 Es muss eine große Rieselfilmoberfläche erzeugt werden, um guten Kontakt zwischen
O2, Bakterien und Abwasser zu gewährleisten. Daraus folgt die Forderung nach
möglichst kleinen Füllkörpern. Die spezifische Rieseloberfläche liegt bei Füllkörpern
wie Lavaschlacke bei etwa 100m²/m³.
 Der Tropfkörper soll nicht verstopfen. Dies würde Flutung, Sauerstoffmangel und
anaerobe Zustände mit Geruchsproblemen mit sich bringen.
 Bakterienwachstum und Spülkraft müssen im Gleichgewicht sein. Das
Bakterienwachstum hängt von der Abwassermenge und der BSB 5-Belastung ab, die
Spülkraft nur von der Abwassermenge.
Unterschiede zw ischen B elebtschlamm- und Tropfkörperverfahren
Belebtschlammverfahren
 Aufbauend auf der natürlichen
Selbstreinigung der Gewässer durch
suspendierte Bakterien
 horizontale Durchströmung
 Bakterien in Schwebe (mobil),
gleichmäßig im Wasser verteilt




Tropfkörper
 Aufbauend auf dem Prinzip des
natürlichen Abbaus im Boden und an
besiedelten Oberflächen im Wasser
 vertikale Durchströmung
 Bakterien als biologischer Rasen an
der Oberfläche der Tropfkörperfüllung
festgelegt (stationär)
Künstliche Belüftung
 Natürliche Belüftung durch Konvektion
bei offener Bauweise (ggf. Künstliche
Belüftung bei geschlossener
Bauweise)
Kontinuierlicher Schlammaustrag und
 Nur geringer und z.T. periodischer
hoher Schlammanfall durch lebende
Schlammanfall durch überwiegend tote
und tote Bakterien
Bakterien
 ggf. periodische Selbstspülung durch
Wassereinstau nach Verstopfung
Rücklaufschlamm zur
 kein Rücklaufschlamm nötig
Aufrechterhaltung der
Bakterienpopulation nötig
Relativ hoher Flächenbedarf
 durch Bau in die Höhe relativ geringer
Flächenbedarf
Pflanzenkläranlage
Pflanzenkläranlagen eignen sich aufgrund ihrer Abbauleistungen vorzugsweise für die
Reinigung gering belasteter kommunaler Abwässer. Für belastetes Abwasser aus Gewerbe
und Industrie muss die Kläranlage an die Schadstofffracht durch hinreichender Größe
angepasst werden
Vorklärung: Zur mech. Vorklärung wird ein Absetzbecken verwendet. Die mechanische
Vorklärung des Abwassers ist sinnvoll, da der Verlauf der anfallenden Abwassermenge
gleichmäßiger wird. Darüber hinaus wird die Sedimentation ungelöster Abwasserinhaltsstoffe
in der Pflanzenstufe verhindert. Diese mechanische Entschlammung vermeidet zusätzlich
eine Verschlechterung der hydraulischen Eigenschaften des Bodenkörpers. Hygienische
Probleme können so vermieden werden.
Beschickung: Mittels einer Pumpe oder Gefälle wird die Anlage mit dem Abwasser versorgt
Klärung: Die Klärung erfolgt im einem ein Meter tiefen, mit Folie abgedichteten Becken. Die
oberste Schicht ist mit Schilf bepflanzter Schotterdeck von 10cm Stärke (Korngröße 1-4 mm),
dessen Aufgabe es ist das Abwasser zu verteilen und Laub, Schmutz fernhalten soll.
Darunter sind schichtweise Kies und Sand (=Filterkörper) aufgeschüttet, die auch als
Lebensraum der Mikroorganismen dienen. Zur aeroben Verwertung beziehen sie den
Sauerstoff aus den Pflanzen und aus intermittierten Beschickung.
Kontrolle: Das geklärte Abwasser gelangt über Drainage in eine Kontrollschacht. Die hier
gezogenen Proben werden auf BSB5, CSB, Stickstoff und Phosphor überprüft.
Neben der Verrieselung von Abwasser, Filtergräben und Filterbeeten bieten die
Pflanzenkläranlagen das einfachste Prinzip der Abwasserreinigung und können in
bestimmten Einsatzbereichen als Alternative zu Belebungsanlagen und Tropfkörperanlagen
betrachtet werden.
Der Nachteil gegenüber den kompakten Behälteranlagen ist der vergleichsweise hohe
Platzbedarf. Je nach Verfahren werden mindestens 2-5 m² Fläche pro Einwohnergleichwert
benötigt (oft sogar 8 - 10 m²/E). Die Mindestfläche eines Pflanzenbeetes wird mit 25 m²
angegeben. Um eine große Oberfläche für die zahlreichen Umwandlungsprozesse zur
Verfügung zu stellen, ist eine ausreichend tiefe Durchwurzelung notwendig. Rohrschilf zum
Beispiel erreicht eine Durchwurzelung bis in 1,20 m Tiefe. Für die meisten
Pflanzenkläranlagen ist eine Wurzeltiefe von ca. 60 cm jedoch ausreichend.
Typen der Pflanzenkläranlagen
Horizontales Verfahren
Das Abwasser wird über die Mehrkammerabsetzgrube unterhalb der Beetoberfläche in die
Anlage eingeleitet. Das Abwasser durchfließt den Bodenkörper und wird auf der Sohle am
Ende der Anlage in Filterrohren aufgesammelt und über einen Kontrollschacht in ein
Gewässer geleitet oder im Untergrund versickert. Für horizontal durchflossene Anlagen
werden mindestens 5 m² Pflanzfläche angesetzt. Bei der Berechnung der notwendigen
Fläche müssen der Zu- und Ablaufbereich mitberücksichtigt werden.
Vertikales Verfahren
Beim vertikalen System wird das Abwasser über ein Verteil-System auf der Pflanzfläche in
den Bodenkörper eingebracht. Das Wasser wird gleichmäßig über die gesamte Pflanzfläche
verteilt und rieselt aus den Verteilerrohren in den Bodenkörper. Auf der Sohle der Anlage wird
das gereinigte Wasser gesammelt und ebenfalls über einen Kontrollschacht in ein Gewässer
geführt oder im Untergrund verrieselt.
Was ist der BSB5 ?
Der biologische Sauerstoff Bedarf5 gibt an, wie viel Sauerstoff in fünf Tagen in einem Liter
Wasser von Bakterien bei 20 °C veratmet wird. Der Grund für den Sauerstoffverbrauch der
Bakterien liegt im Abbau der in der Probe gelöst vorliegenden, abbaufähigen organischen
Inhaltsstoffe. Der BSB5 ist ein wichtiger Parameter zur Beurteilung des Grades der Belastung
den ein Abwasser für die Umwelt darstellt. Den für die Oxidation notwendigen Sauerstoff
entziehen die Mikroorganismen dem Wasser. Dadurch kann es zum Absterben O 2-atmender
Lebewesen durch Sauerstoffmangel kommen.
Was ist der CSB?
Der chemische Sauerstoff Bedarf ist die Masse an Sauerstoff, die notwendig ist, um alle in
einem Liter Wasser befindlich organischen Stoffe vollständig zu lösen.
Was ist der EGW?
Der Einwohnergleichwert dient als Referenzwert der Schmutzfracht. Er kann auf den
biologischen Sauerstoffbedarf, den chemischen Sauerstoffbedarf, den Stickstoff, den
Phosphor, den totalen organischen Kohlenstoff, die Schwebstoffe oder auf den
Wasserverbrauch bezogen werden. Er gibt jeweils das Äquivalent der Tagesmengen dieser
SToffe bzw. Verbräuche im Abwasser eines Einwohners an.