Biologische Abwasserreinigung - HRPS-NB-610
Werbung
Die biologische Abwasserreinigung Grundlagen Kläranlage Germersheim • Inhalt Das Belebungsbecken Grundlagen Kohlenstoffabbau Nitrifikation Denitrifikation Stickstoffbilanz Die Belüftung • Das Belebungsbecken T = 4,50 m B = 19,00 m L = 64,00 m V = 5500 m³ Das Belebungsbecken verfügt über eine vorgeschaltete Denitrifikation. Ammoniumverbindungen gelangen deshalb unverändert durch die Denitrifikation und werden erst in der Nitrifikation zu Nitrat umgewandelt. Besteht aus zwei parallelen Straßen mit jeweils 5 Kaskadenkammern In den ersten beiden Kaskaden ist die so genannte Denitrifikationsstufe. Das Abwasser wird mit dem Nitrathaltigen Rücklaufschlamm und Rezirkulationswasser vermischt. Kaskade zwei kann sowohl als Deni- oder auch als Nitrifikationbecken verwendet werden. Die Kaskaden drei, vier und fünf sind die so genannte Nitrifikationsstufe und ist mit 3080 Tellerbelüftern ausgerüstet. • Grundlagen Die biologische Reinigung funktioniert wie die Selbstreinigung in den Gewässern, nur wird die Reinigung durch die Zuführung von O² und die Verdichtung der Organismen auf Stunden verkürzt. Organische Stoffe werden durch Kleinstlebewesen durch das Aufnehmen in ihr Plasma umgesetzt bis nur noch einfache, stabile Verbindungen übrig bleiben, wie Wasser Kohlensäure und Salze in Form von Nitraten, Sulfaten usw. Viele Bakterien brauchen aerobe Verhältnisse, andere können den O² aus Verbindungen abspalten (NO3), man nennt sie dann fakultativ anaerobe Organismen. Man unterscheidet zwischen natürlichen und technischen Verfahren Das Hauptmerkmal des natürlichen Verfahren ist das Fehlen von Steuereinrichtungen, z.B. bei Teichanlagen. Technische Verfahren benötigen Einrichtungen wie Räumer, Gebläse, Belüfter sowie Mess- und Regeleinrichtungen. Technische Verfahren sind Tropfkörper/Rotationstauchkörper und das Belebtschlammverfahren. • Kohlenstoffabbau Den Hauptbestandteil im Abwasser bilden Kohlenstoffverbindungen. Die wichtigsten, die durch Bakterien abgebaut werden können sind Kohlenhydrate, Eiweißkörper und Fette. Durch das hohe Nahrungsangebot steigt die Zahl der kohlenstoffabbauenden Bakterien stürmisch an, wodurch eine Menge O² benötigt wird. Sind die Kohlenstoffverbindungen weitestgehend abgebaut herrscht Nahrungsmangel und die kohlenstoffabbauenden Bakterien dienen als Nahrungsmittel für Bakterienfresser. • Nitrifikation In der Nitrifikation wird Ammonium bzw. Ammoniak zu Nitrat oxidiert, dieser Stickstoff kommt größtenteils in Form von Harnstoff aus den menschlichen Ausscheidungen. Der Stickstoff fängt schon auf dem Weg zur Kläranlage an zu Ammonium (NH4N) zu zerfallen. Bis das Belebungsbecken erreicht wird, ist ein Großteil des Stickstoffs in Ammonium zerfallen. Da das Ammonium nicht direkt zum Nitrat umgewandelt werden kann, wird es zuerst über diverse Zwischenprodukte zum Nitrit. Dies geschieht durch die Ammoniumoxidierer (Nitrosomonas) Danach oxidieren die Nitritoxidierer (Nitrobacter) das entstandene Nitrit zu Nitrat um. Für die Nitrifikation wird eine Menge O² benötigt, rund das vierfache welches für den Kohlenstoffabbau benötigt wird. Dieser O² muss extern zugeführt werden. NH4 + 2 O2 Æ NO3 + H2O + 2 H Es ist in der Abwassertechnik üblich nicht den Gehalt der gesamten Verbindung anzugeben sondern nur den des Stickstoffanteils. 1,29 mg/l NH 4,43 mg/l NO 3,29 mg/l NO 4 3 2 entsprechen 1 mg/l NH entsprechen 1 mg/l NO entsprechen 1 mg/l NO 4 3 2 -N -N -N • Die technische Nitrifikation ist unter anderem abhängig von: Die nitrifizierenden Bakterien sind sehr empfindlich und werden leicht von den kohlenstoffabbauenden Bakterien verdrängt. Die Nitrifikation wird bei Temperaturen unter 12°C verlangsamt und unter 8°C eingestellt. Optimal wären über 30 °C. Die Belebung erreicht im Sommer Temperaturen bis 23°C und läuft daher deutlich besser als im Winter. Der Sauerstoffgehalt sollte weder in der Belebung noch im Gewässer unter 1,5 mg/l fallen. pH-Wert, Pufferkapazität: starke Abhängigkeit, optimaler Bereich 7,5-8,3 Eine organische Belastung sollte als Nahrungsquelle vorhanden sein. Es müssen Ammonium und Nitrit im Abwasser enthalten sein. Hemmstoffe in der Nitrifikation sollten vermieden werden. Kontaktzeit zwischen nitrifizierender Biomasse und Abwasser • Denitrifikation Abbau von Nitrat zu molekularem Stickstoff durch Denitrifikanten, da das Nitrat im Gewässer unerwünscht ist, da es als Düngesalz dienen würde. Da nur begrenzt molekularer O² vorhanden ist nutzen die Denitrifikanen das Nitrat als Oxidationsmittel. Durch das Anbinden des im Nitrat enthaltenen O² bleibt nur das molekulare Stickstoffgas, welches dann in die Atmosphäre entweicht. 4 NO3 + 4 H + 5 C Æ 2 N2 + 2 H2O + 5 CO2 • Stickstoffbilanz Die im Kanalnetz und in der Kläranlage ablaufenden Stickstoffumsetzungsvorgänge können auch mengenmäßig erfasst werden. Bei einer guten Anlage liegt Nges unter 12 mg/l • Die Belüftung Die Belüftung des 5500m³ großen Belebungsbecken erfolgt durch 3300 Tellerbelüfter. Die Druckluft selbst kommt von den fünf Drehkolbenverdichtern mit einer maximalen Fördermenge von 5150 m³/h der Firma Aerzen. Ausreichend Sauerstoff und eine niedrige Schlammbelastung sind für eine gute Nitrifikation wichtig um ein hohes Schlammalter zu erreichen. Das Schlammalter NH4-N Abnahme % NH4-N Abnahme 120 sollte über 10 Tage 100 ausreichende NH4 –N liegen. Um eine Abnahme zu erreichen 80 60 40 20 0 0 10 20 30 Schlammalter d 40 50 60 Daten der KA Germersheim Einige Stichproben bezüglich Schlammbelastung (B TS) Volumen Belebungsbecken Formeln : Schlammbelastung : Schlammalter : BSB5(Ablauf Vorklärung), und Schlammalter (T TS) 5500 m3 B TS = BSB5*Zulauf / TS BB*V BB T TS = 1 / B TS oder T TS = TS BB* V BB / TS Üs* Q Üs BSB5 Belastung EW Zulauf TS BB B TS T TS TS Üs Q Üs 23.04.10 29.04.10 255 32400 5542 4,6 0,055 18 7,4 177 260 32700 5024 4,4 0,052 19 7,3 189 Monat 04/10 243 33200 6101 4,8 0,056 18 7,9 190 Literatur 200 – 400 mg/l bei 33000 EW 5700 m3 3-7 g/l 0,05 gBSB5/gTS*d >10 Tage ca.10 g/l --------m3
