16 SWW Abwasserreinigung, Vorreinigung
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Abwasserreinigung Aufgaben der Abwasserreinigung Überblick über das Ganze und dessen Teile Prozesse kennen Verfahren und einfache Dimensionierungsmodelle verstehen Regen Quelle Landwirtschaft Reservoir Industrie Schlammbehandlung Siedlung Aufbereitung See Deponie Regenbecken Kläranlage VersiMeteorckerung wasser Grundwasser Vorflut Aufgabe der Abwasserreinigung Unerwünschte Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernen Anfallende Schlämme aufbereiten und definitiv entsorgen oder einer Nutzung zuführen Zuverlässig und ökonomisch EinzugsGebiet Zulauf Bevölkerung Industrie Regen Entlastungen Planung ... Gesetzliche Grenzwerte Vorflut Kläranlage: Öffentlicher Eigentümer Ablauf Randbedingungen: Klärschlamm Vorinvestitionen Immissionen 'Weihnachten' Wetter ... Unerwünschte Schadstoffe Zeit 1920 1950 1965 1975 1980 1990 Phänomen Verschlammung Bakterienwachstum Eutrophierung der Seen Fischtoxizität Schadstoffe in der Landwirtschaft Eutrophierung der Nordsee Stoff TSS BSB5 TP NH4+ SchwerMetalle NO3- Unsere Anforderungen steigen mit den wirtschaftlichen und technischen Möglichkeiten Zuverlässig: Verfügbarkeit der Leistung Normalbetrieb Leistung 80 % oder 4/5 Proben 100 % Ziel Einleitbedingung Trockenwetter 0% 0% 80 % 100 % Prozent der Zeit Ausnahme Betrieb Wasserbilanz im CH Mittelland 6 Mio. Einwohner, 40'000 km2 Im Mittelland (ca. 30%) Abwasserproduktion 500 E km-2 100 m3 E-1 a-1 Fremdwasser Total 80'000 m3 km-2 a-1 150 E km-2 500 E km-2 50'000 m3 km-2 a-1 30'000 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 Jahr 1966 1976 1996 Maximal TSS 20 20 5 15 BSB5 20 20 5 - 10 15 DOC 10 10 10 Ammonium 2 1-2 2 Nitrit (NO2 -N) 0.3 0.3 0.3 0.3 Nitrat (NO3 -N) 10 - 15 TP 1.0 0.2 - 0.8 0.8 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. mechanische Reinigung Rechen Zulauf Rechengut Sandfang Fettfang biologische Reinigung Vorklärbecken Belüftungsbecken Sand Abtransport Primärschlamm Fett Rücklaufschlamm Nachklärbecken Ablauf ev. zur Filtration Sekundärschlamm Überschussschlamm Rücklauf Eindicker Gasometer Biogas Hygienisierung Frischschlamm Faulraum 35°C Schlammstapel Schlammbehandlung Zur Nutzung (Landwirtschaft) ev. Entwässerung, Trocknung, Verbrennung, Deponie 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 Reinigungsstufen auf der ARA Werdhölzli der Stadt Zürich Schlammbehandlung: Grobsandfang Belebungsbecken: Nitrifikation Denitrifikation Simultanfällung Rechen Nachklärbecken Fett- und Sandfang Flockungsfiltration Eindickung, Hygienisierung Stabilisierung Stapelung Entwässerung Trocknung Nutzung Vorklärbecken Einleitbauwerk Limmat Entlastungsbauwerk 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 Sedimentationsgeschwindigkeiten 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 Höhe H Breite B Querschnitt vf vS 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, vf = 0.3 m s-1 vS = 0.01 m s-1 Gesucht: L, H, B Dimensionierung eines Sandfanges Q vf = B H vf L = vS H H Q H Q vS = vf = vO = L B H L B L vS = vO B L = Oberfläche Q v O = hydraulische Oberflächenbelastung B L 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 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: q h = VVKB / Q Zufluss = 0.5 - 1.5 h Vorklärbecken, rechteckig Ablauf Zufluss Schlammtrichter Vorklärbecken rund Zufluss Ablauf Ablauf Zufluss Schlammabzug Leistung von Vorklärbecken nach Sierp Elimination in % 100 80 60 40 20 TSS BSB5 0 0 1 2 3 4 5 Hydraulische Aufenthaltszeit im Vorklärbecken in hrs Der Emscherbrunnen: Vorklärung mit Schlammstabilisierung Vorklärung Schlammabfuhr Schlammstabilisierung kalt, ev. mit Gasproduktion Grundwasser 10°C Chemische Abwasserreinigung Vorfällung Ziel: Verbesserte Abtrennung von suspendierten Stoffen (TSS) und Ausfällung von Phosphaten Zugabe von Flockungsmitteln (häufig Eisenoder Aluminiumsalze, ev. Polyelektrolyte) Schnelle Einmischung und Reaktion Langsame Flockenbildung im gerührten Reaktor Sedimentation analog zur Vorklärung Chemische Abwasserreinigung Chemikalien Zugabe Mischung Flockung Schlammabzug Sedimentation Champagner Batchreaktor Fermentation C6H12O6 2 CO2 + 2 C2H5OH CSB 2 C2H5OH + 6 O2 C6H12O6 + 6 O2 4 CO2 + 6 H2O 6 CO2 + 6 H2O Typische Schmutzstoffkonzentrationen im kommunalen Abwasser: 1 EG = 0.35 m3 d-1 Stoff TSS BSB 5 CSB TKN + NH 4 -N NO 2--N NO 3--N TP Alkalinität Zulauf Ab VKB 200 100 170 130 340 260 30 28 20 20 0.1 0.1 1 1 6 5.5 6 6 Ziel, ELB Einheiten 5 g TSS m -3 10 g O 2 m -3 40 g O 2 m -3 3 g N m -3 -3 2 gNm 0.3 g N m -3 7 g N m -3 0.3 g P m -3 Mol m -3 Typische Konzentrationen im kommunalen Abwasser (1 EW = 0.35 m3 d-1) Arbeitsblatt für GZ der Siedlungswasserwirtschaft Stoff Zulauf Ablauf VKB Ziel, ELB Einheiten g TSS m-3 TSS 200 100 5 BSB5 170 130 10 g O2 m-3 CSB 340 260 40 g CSB m-3 TKN 30 28 3 g N m-3 NH4+ - N 20 20 2 g N m-3 NO2- -N 0.1 0.1 0.3 g N m-3 NO3- -N 1 1 7 g N m-3 TP 6 5.5 0.3 g P m-3 Alkalinität 6 6 - Mol m-3
