Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 3 Abwasserreinigung 3.1 Rahmenbedingungen der Abwasserreinigung 3.2 Aufbau einer Kläranlage 3.3 Mechanische Reinigung 3.4 Biologische Verfahren 3.5 Nachklärung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 1 Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 3 Abwasserreinigung 3.1 Rahmenbedingungen der Abwasserreinigung 3.2 Aufbau einer Kläranlage 3.3 Mechanische Reinigung 3.4 Biologische Verfahren 3.5 Nachklärung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 2 Abwasserreinigungsanlagen in Deutschland Ende 2000 sind mehr als 10.000 kommunale Kläranlagen in Betrieb Größenklasse Anzahl Ausbaugröße in mio EW > 100.000 272 83,1 10.000 – 100.000 1.817 56,1 2.000 – 10.000 2.617 12,3 50 – 2.000 5.677 3,2 Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 3 Gesetzgebung Europa Richtlinie des Rates vom 21. Mai 1991 über die Behandlung von kommunalem Abwasser (91/271/EWG) EU Wasserrahmenrichtlinie Deutschland Wasserhaushaltsgesetz Abwasserverordnung Abwasserabgabengesetz Sachsen Sächsisches Wassergesetz Sächsisches Abwasserabgabengesetz Sächsische Kommunalabwasserverordnung Erlasse des SMUL Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 4 Mindestanforderungen an Kläranlagenablauf Größenklasse CSB (mg/l) BSB5 (mg/l) NH4-N (mg/l) N* (mg/l) Pges (mg/l) 1 < 1000 EW 60 kg BSB5 / d 150 40 - - - 2 < 5000 EW 300 kg BSB5 / d 110 25 - - - 3 < 10000 EW 600 kg BSB5 / d 90 20 10 - - 4 < 100000 EW 6000 kg BSB5 / d 90 20 10 18 2 5 > 100000 EW 6000 kg BSB5 / d 75 15 10 13 1 * N = Summe von NH4+, NO3-, und NO2Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 5 Belastungsschwankungen im Zulauf zur KA 70 6 NH4-Fracht 50 5 CSB-Fracht 40 30 3 Tagesmittel für CSB und NH4 20 2 10 0 00:00 4 NH4-Fracht (kg/h) CSB-Fracht (kg/h) 60 7 1 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 0 00:00 Uhrzeit (hh:mm) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 6 Ausstoß von NH4+ und TSS aus der Kanalisation 4 16 14 NH4 Fracht / (Q d·C 0) Abfluss 3 12 TSS Fracht 10 2 8 6 1 4 2 0 0 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Grundlagen der Abwassersysteme Q /Q d; TSS Fracht / (Q d·C 0) NH4 Fracht Kap. 3 Abwasserreinigung 0:00 2:00 © PK, 2009 – Seite 7 Abfluss KA-Belastung mit NH4+ durch Regenereignis Konz., Fracht Zeit Fracht Konzentration Grundlagen der Abwassersysteme Zeit Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 8 Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 3 Abwasserreinigung 3.1 Rahmenbedingungen der Abwasserreinigung 3.2 Aufbau einer Kläranlage 3.3 Mechanische Reinigung 3.4 Biologische Verfahren 3.5 Nachklärung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 9 Aufbau einer Kläranlage mechanische Stufe Rechen Vorklärbecken Sand-u. Fettfang biologische Stufe Prozesswasser Deni Belebungsbecken Fällmittel Nitri Nachklärbecken Gewässer, Filtration Rechengut Sand Primärschlamm MÜSE Rücklaufschlamm FHM Überschussschlamm Schlammbehandlung Frischschlamm Biogas Prozesswasser Fett Kehricht, Verbrennung Waschen, Deponie Grundlagen der Abwassersysteme Faulbehälter Nacheindicker Kap. 3 Abwasserreinigung Entwässerung Nutzung, Entwässerung, Trocknung, Verbrennung, Deponie © PK, 2009 – Seite 10 Beispiel: Kläranlage Chemnitz-Heinersdorf Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 11 Typische Aufenthaltszeiten in den Reaktoren Abwasser W (h) Schlamm S (d) Mechanische Vorreinigung 0,2 0,01 Vorklärung 1,5 1 Belebungsbecken Nachklärbecken 10 10 5 2 Schlammeindicker 2 Faulbehälter 20 Nachfaulraum, „Stapel“ 100 <1d Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung > 100 d © PK, 2009 – Seite 12 Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 3 Abwasserreinigung 3.1 Rahmenbedingungen der Abwasserreinigung 3.2 Aufbau einer Kläranlage 3.3 Mechanische Reinigung 3.4 Biologische Verfahren 3.5 Nachklärung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 13 Rechengutanfall in kommunalen Kläranlagen Rechenart Durchlassweite Spezifischer Anfall (m3/(E·a)) (mm) ungepresst (8% TS) gepresst (25% TS) Grobrechen 50 0,003 0,001 Feinrechen 15 0,012 0,004 3 0,022 0,007 Sieb Schwankungsbereich: -50% bis +100% Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 14 Harken-Umlaufrechen Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 15 Siebschnecke Hans Huber AG, Typ Ro9 Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 16 Regeln zur Gestaltung von Rechenbauwerken • Fließgeschwindigkeit: 0,6 v 2,5 m/s • Gerinne um Fläche der Rechenstäbe erweitern • Stauverlust d h e 4 3 v2 sin 2g d Stabdicke, e Durchlassbreite, Winkel gegen Horizontale, Formbeiwert, v Geschwindigkeit im ungestörten Querschnitt Zusätzlich Aufstau durch Verblockung mit Grobstoffen Gerinne mind. um hydraulischen Aufstau absenken • Betriebs- und Havariesicherheit (Doppelauslegung) • Einhausung (Frost, Geruch) teuer - alternativ: Kapselung der Anlagentechnik Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 17 Sedimentation: Flächenbeschickung qA = Q/A L U (Hazen, 1904) U Q H VS Grenzfall Absetzbedingung L U L H U VS VS VS H U BH Q LB ANB VS qA unabhängig von H ! Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 18 Sandfang • erforderlich bei Mischkanalisation • Wirkung von mineralischen Inhaltsstoffen: – Starker Abrieb an mechanischen, beweglichen Teilen (z.B. Pumpenlaufräder und Gehäuse) – Verstopfungen (Schlammtrichter, Rohrleitungen, Pumpen) – Ablagerungen (Faulräume, Belebungsbecken) • nur mit hohen Betriebsaufwendungen entfernbar Schlamm im Sand ist lästig, aber Sand im Schlamm ist schädlich ! Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 19 Empirisch ermittelte Absetzgeschwindigkeiten Korndurchmesser Absetzgeschwindigkeit [mm] = 100% [cm/s] = 90% [cm/s] = 85% [cm/s] 0,125 0,160 0,200 0,250 0,315 0,17 0,29 0,46 0,74 1,23 0,26 0,44 0,78 1,25 2,00 0,31 0,56 0,99 1,60 2,35 (Kalbskopf, 1966) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 20 Bemessung • Fließgeschwindigkeit: 0,3 m/s • Breite empirisch • Sandfanglänge: 5Q h h l vs u b • Sandsammelrinne: rd. 0,2 x 0,3 m (nicht zu groß) • Erweiterungswinkel (Gerinne Sandfang) < 8° • Venturigerinne zur Durchflussmessung nachschalten ! Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 21 Belüfteter Sandfang Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 22 Wirkungsgrad im Vorklärbecken 100 Wirkungsgrad (%) 90 absetzbare Stoffe 80 70 TSS 60 50 40 30 BSB5 20 10 0 0 1 2 3 4 5 Aufenthaltszeit (h) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 23 Veränderung der Abwasserzusammensetzung im VKB Stoff Zulauf Ablauf* TSS g TSS / m3 360 180 0,5 BSB5 g O2 / m3 300 230 0,23 CSB g O2 / m3 600 450 0,25 TKN g N / m3 60 56 0,067 NH4-N g N / m3 40 40 0 NO2-N g N / m3 0 0 0 NO3-N g N / m3 1 1 0 Ptot g P / m3 10 9 0,1 Alkalinität mol HCO3- / m3 * Czu Cab Czu Einheit = f( Trinkwasser) + NH4-N bei kurzer Aufenthaltszeit Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 24 Bsp. eines rechteckigen Absetzbeckens Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 25 Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 3 Abwasserreinigung 3.1 Rahmenbedingungen der Abwasserreinigung 3.2 Aufbau einer Kläranlage 3.3 Mechanische Reinigung 3.4 Biologische Verfahren 3.5 Nachklärung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 26 Biologische Verfahren Suspendierte Biomasse Belebtschlammverfahren • Durch Turbulenz in Schwebe gehalten • Schlammflocken 0,1 – 1 mm Durchmesser • Abbau spezifisch bezogen auf Biomasse suspendierte Biomasse aufkonzentrieren Sessile Biomasse Biofilmverfahren • Als Biofilm auf einer Aufwuchsfläche • Bakterien werden nur vereinzelt erodiert • Abbau spezifisch bezogen auf Bewuchsfläche spezifische Oberfläche erhöhen Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 27 Wesentliche mikrobiologische Prozesse Wachstum Einbau von C, N, P in die Biomasse Zerfall wenn zu wenig externe Nährstoffe Hydrolyse schwer leicht abbaubare Stoffe, durch Enzyme Aerober Abbau organischer Stoffe Nitrifikation NH4+ + 2 O2 NO3- + H2O + 2 H+ Denitrifikation 5 CH2O + 4 NO3- + 4 H+ 2 N2 + 5 CO2 + 7 H2O Grundlagen der Abwassersysteme CH2O + O2 CO2 + H2O Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 28 Bakterienwachstum Verdoppelungszeit tD 0·tD 1·tD 2·tD 3·tD i·tD ... n·tD 20 21 22 23 2i ... 2n Belebter Schlamm: 60 X /X 0 50 40 tD = 6 h 30 Schlammalter = 10 d 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 t /t D Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 29 Bakterienwachstum Wachstum ist limitiert durch Nahrungs- und Sauerstoffangebot d XB r XB dt spez. Wachstumsrate -1 (T ) Wachstum max,2/2 max,1/2 S max S KS XB max S KS = = = = KS, KS, 1 2 Substrat, Nährstoff, O2 Biomasse maximale spezifische Wachstumsrate Substratkonzentration Halbsättigungskonstante Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 30 Belebungsverfahren Belebungsbecken Nachklärbecken Luft, O2 Zulauf Sedimentation Ablauf Nährstoffe Bakterien Rücklaufschlamm Grundlagen der Abwassersysteme Überschussschlamm Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 31 Schlammhaushalt im Belebungsverfahren Belebungsbecken TSBB Q Nachklärbecken Q Q + QR TSBB TSe (QÜS) QR = R·Q TSR (TSÜS) Stoffflussbilanz im Gleichgewichtszustand TSR 1 R TSBB R Grundlagen der Abwassersysteme mit Kap. 3 Abwasserreinigung QR R Q © PK, 2009 – Seite 32 Fließschema des Belebungsverfahrens Hydraulische Verdrängung des Schlamm-Abwasser-Gemisches in das Nachklärbecken der Schlamm muss ins Belebungsbecken zurückgeführt werden Der belebte Schlamm wird 20 – 50 mal im Kreis geführt Biomassekonzentration im Belebungsbecken wird erhöht Der Überschussschlamm wird aus dem System abgezogen Gleichgewicht mit Schlammproduktion Bei erhöhter hydraulischer Belastung (bei Regenwetter) wird Schlamm ins Nachklärbecken verlagert Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 33 Schlammmasse (kg CSB) Dynamische Schlammverlagerung 3000 2500 2000 1500 1000 500 Belebungsbecken 0 0 0,5 1 1,5 2 1,5 2 Schlammmasse (kg CSB) Zeit (d) 1400 1200 Schlammbett 1000 800 600 400 200 0 0 Grundlagen der Abwassersysteme 0,5 1 Zeit (d)Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 34 Belüftung im Belebungsbecken Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 35 Dimensionierung mittels Schlammbelastung Schlammbelastung BTS Q BSB5,zu VBB TSBB kg BSB 5 in kg TSS d die BSB5-Zufuhr wird zur Schlammmasse im BB in Beziehung gesetzt BTS Schlammbelastung bezogen auf die Trockensubstanz Q Zufluss zum Belebungsbecken (m3/d) BSB5,zu Konzentration an BSB5 im Zufluss (kg BSB5 / m3) VBB Volumen des Belebungsbeckens (m3) TSBB Schlammkonzentration im Belebungsbecken, gemessen als TSS (kg TSS / m3) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 36 Dimensionierung mittels Schlammalter Schlammalter X VBB TSBB VBB TSBB 1 SP ÜSB Q BSB5,zu BTS ÜSB die Schlammproduktion wird zur Schlammmasse im BB in Beziehung gesetzt X Schlammalter in (d), 3 – 15 d ÜSB spezifische Schlammproduktion pro umgesetztem BSB5 (kg TS / kg BSB5) SP Schlammproduktion (kg TS / d) SP ÜSB Q BSB5,zu Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 37 Nährstoffbedarf von Mikroorganismen Stickstoff Phosphor iN = iP = 0.04 – 0.05 (g N / g BSB5) 0.01 – 0.02 (g P / g BSB5) Elimination von Nährstoffen Abwasserzusammensetzung im Zulauf 300 (g BSB5/m3) 60 (g TKN/m3) 12 (g TP/m3) Ablaufwerte bei 100%-igem Abbau von BSB5 TKNAb = TKNZU – iN·BSB5,Zu = 60 – 0.045·300 = 46,5 (g N / m3) TPAb = TPZU – iP·BSB5,Zu = 12 – 0.015·300 = 7,5 (g P / m3) Weitergehende Verfahren für Nährstoffelimination ! Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 38 Nitrifikation NH4+ NO3Die Nitrifikanten („autotrophe Biomasse“ TSA) haben eine geringe Wachstumsrate A mit Produktion autotropher Biomasse SPA rA VBB A TSA,BB VBB und Sicherheitsfaktor SF ergibt sich das nötige Schlammalter mit X VBB TSA,BB VBB TSA,BB 1 SF SF SF SPA A TSA,BB VBB A hohes Schlammalter, damit Nitrifikanten nicht aus dem System ausgewaschen werden Beckenvolumen VBB muss groß sein Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 39 Entwicklung des Belebungsverfahrens C-Elimination aerob Nitrifikation aerob Denitrifikation anoxisch aerob „Bio-P“ anoxisch anaerob Grundlagen der Abwassersysteme anoxisch aerob Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 40 Sauerstoffverbrauch Sauerstoffeintrag cs c OC R OVR f cs Eintrag Verbrauch OVR Spezifischer O2-Verbrauch (kg O2 / kg BSB5) cs O2-Sättigungskonzentration (g O2 / m3) c O2-Konzentration (g O2 / m3) f Spitzenfaktor für Schwankungen (-) OCR Spez. O2-Eintragsvermögen Reinwasser (kg O2 / (m3·h)) Reduktionsfaktor für Eintrag ins Abwasser (0,4) 0,6 – 0,8 Je geringer die aktuelle Sauerstoffkonzentration, desto effizienter der Sauerstoffeintrag Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 41 Spezifischer Sauerstoffverbrauch OVR (kgO2/kgBSB5) T Schlammalter in d (°C) 4 8 10 15 20 25 10 0,85 0,99 1,04 1,13 1,18 1,22 12 0,87 1,02 1,07 1,15 1,21 1,24 15 0,92 1,07 1,12 1,19 1,24 1,27 18 0,96 1,11 1,16 1,23 1,27 1,30 20 0,99 1,14 1,18 1,25 1,29 1,32 Spitzenfaktoren für C- und N-Abbau fC fN 1,30 1,25 1,20 1,20 1,15 1,10 - - - 2,50 2,00 1,50 > 100‘000 EW - - 2,00 1,80 1,50 - < 20‘000 EW Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 42 Dimensionierungswerte Anlagentyp X Keine Nitrifikation Nitrifikation >10°C Denitrifikation aerobe Schlammstabilisierung < 20‘000 EW 5 10 12 – 18 25 > 100‘000 EW 4 8 10 – 16 – 0,30 0,15 0,12 0,05 0,9 – 1,2 0,8 – 1,1 0,7 – 1,0 1,0 BTS (kg BSB5 / (kg TS · d)) ÜSB (kg TS / kg BSB5) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 43 Längsprofile in der Belebung QZu QRS QÜS O2 BSB5 NH4+ NO32Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 44 Tropfkörperverfahren Tropfkörper Vorklärung Biofilm auf Aufwuchsträger Nachklärung Rezirkulation Schlammabzug Grundlagen der Abwassersysteme Schlammrückführung Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 45 Dimensionierung des Tropfkörpers Flächenbelastung BA BA Q BSB5,zu a VTK Flächenbelastung der Kunststofffolien (g BSB5 / (m2·d)) ohne Nitrifikation 4 (g BSB5 / (m2·d)), mit Nitri. 2 (g BSB5 / (m2·d)) Q Zufluss zum Tropfkörper (m3/d) BSB5,zu Konzentration an BSB5 im Zufluss (kg BSB5 / m3) VTK Volumen des Tropfkörpers, mit Folien (m3) a spezifische Oberfläche der Folien (m2 Folien / m3 TK) 100 – 140 – 180 (m2 Folien / m3 TK) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 46 Stoffabbau im Tropfkörper Konzentration BSB5 Tropfkörperfolie NH4+ N03- C-Abbau und Nitrifikation laufen räumlich getrennt ab Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 47 Peter Krebs Grundlagen der Abwassersysteme 3 Abwasserreinigung 3.1 Rahmenbedingungen der Abwasserreinigung 3.2 Aufbau einer Kläranlage 3.3 Mechanische Reinigung 3.4 Biologische Verfahren 3.5 Nachklärung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 48 Aufgaben des Nachklärbeckens Trennen von Schlamm und gereinigtem Abwasser durch Sedimentation Klären möglichst niedrige Ablaufkonzentration Speichern des aus dem Belebungsbecken verlagerten Schlamms, insbesondere bei Regenwetter Eindicken möglichst hohe Rücklaufkonzentration Bauformen • • • • Grundlagen der Abwassersysteme Rund, von innen nach außen durchströmt Rechteckig, längs durchströmt Rechteckig, quer durchströmt Vertikal, von unten nach oben durchströmt Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 49 Nachklärbecken, idealisierte Funktionen Einlaufzone wirksamer Bereich Klarwasserzone Trennzone Speicherzone >3m Eindickzone ATV A131 (2000) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 50 Dimensionierung der Oberfläche von NKB Q qSV qSV A VSV TSBB ISV Flächenbeschickung qA Schlammvolumenbeschickung qSV qA TSBB ISV Grenzwerte qA qSV (m/h) (l/(m2·h) Horizontal durchströmte NKB 1,6 500 Vertikal durchströmte NKB 2,0 650 ATV A131 (2000) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 51 Dimensionierung der Wassertiefe von NKB Klarwasserzone h1 0,5 m Trennzone 0,5 q A 1 RV h2 1 VSV 1000 Speicherzone 1,5 0,3 qSV 1 RV h3 500 Eindickzone h4 TSBB q A 1 RV t E TSBS TSBS Konzentration im Bodenschlamm tE Eindickzeit Grundlagen der Abwassersysteme 1,5 – 2,0 ohne Nitrifikation 1,0 – 1,5 mit Nitrifikation 2,0 – (2,5) mit Denitrifikation Kap. 3 Abwasserreinigung TSBS 1000 1 3 tE ISV ATV A131 (2000) © PK, 2009 – Seite 52 Sedimentation Nachklärbecken, Sedimentationszone Vorklärbecken Freies Absetzen Konzentration niedrig Flockendes Absetzen Behindertes Absetzen Eindickung hoch keine Nachklärbecken, Schlammbett Nachklärbecken, Sohlbereich flockend Partikel-Interaktion Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 53 Schlammindex Schlammindex ISV ist ein Maß für die Voluminosität und die Absetzeigenschaften 0.5 h Vergleichsschlammvolumen VS VSV V0 X0 H V0 ISV VS Grundlagen der Abwassersysteme VSV X0 ml l hS H (ml / g TS) hS Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 54 Absetzversuch X0 hS X0 Absetzversuch 11 >X0 Ze it 14:31 cm unter Einfüllhöhe 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Grundlagen 105 14:38 14:45 hS hS 14:52 15:00 VS 15:07 hS f ( X0 ) t t der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 55 Absetzfunktion 8 VS V0 e n X 7 V S (m/h) 6 5 Einzelne Messung 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 X (g/l) Vesilind (1968) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 56 Phänomene, die den Wirkungsgrad beeinflussen Sedimentation Dichteeffekte Kurzschluss in den Ablauf in den Rücklauf Einmischung Schergradienten, Instabilitäten Erosion des Schlammbettes Turbulenz und Flockung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 57 Geschwindigkeitsfeld Anderson (1945) Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 58 Messungen in einem Rechteckbecken TS [g/l] 20 cm/s Profil y = 2,5 m 12 11 2 10 0 9 12 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 8 11 7 2 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6 10 5 9 4 3 8 Profil y = 1 m 2 2 7 1 0 0 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 4 Messungen ISI, NKB Kierspe Bahnhof, 2001 3 2 Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung 1 © PK, 2009 – Seite 59 Einfluss von Sedimentation und Dichteunterschieden Reine Advektion Sedimentation Dichtebeeinflussung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 60 Dichteeffekt P W X 0 P mit X0 = 3,5 P = 1500 W = 1000 kg/m3 kg/m3 kg/m3 = 1.17 kg/m3 (entspricht 1.17 ‰ !) Beispiel Zufluss U0 X0 H H0 H1 H1 = 2,5 m H0 = 0,5 m U0 = 0,03 m/s q0 = 0,015 m2/s ep0 = g H1 q0 Ek0 = 0.5 0 q0 U0 ep0 = 0,43 W/m Ek0 = 0,23 W/m x Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 61 Verweilzeitverteilung Kurzschluss Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 62 Minimierung des Energieinputs LEin Qzu U0 Uzu H0 F0' U0 1/ 2 g H 0 Grundlagen der Abwassersysteme 1 H 0m Kap. 3 Abwasserreinigung 1/ 3 2 q0 g © PK, 2009 – Seite 63 Flockenfilter Ablaufkonzentration Hoher Schlammspiegel wirkt als Flockenfilter 30 -0,1 x 28 abf. Stoffe [mg/l] Schlammspiegel 26 -0,7 x 22 20 xx x x x x x x x x x x x x xx x x x xx x 18 x x x 16 14 13 x x xx x x x xx xx x xx x x x xx x xx xx x x 10 x x xx x x x 8 -1,6 x -1,9 x x -2,2 x x -2,5 x xxx x x -1,3 x x x -1,0 x xxx xx Schlammspiegel 24 abfiltrierbare Stoffe [mg/l] -0,4 Klarwasserabzugsrohre -2,8 -3,1 6x -3,4 4 18-20 12-14 6-8 18-20 0-2 12-14 6-8 0-2 18-20 12-14 6-8 18-20 0-2 12-14 6-8 0-2 12-14 18-20 6-8 0-2 18-20 12-14 6-8 0-2 18-20 -4,0 12-14 0 6-8 -3,7 0-2 2 28.2.96 - 5.3.96 © Holthausen Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 64 Dynamische Belastung Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung (Armbruster et al., 2000) © PK, 2009 – Seite 65 Rundbecken mit Schild- oder Saugräumer Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 66 Längs durchströmtes Rechteckbecken mit Ketten-, Schild- oder Saugräumer Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 67 Quer durchströmtes Rechteckbecken mit Saugräumer Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 68 Vertikal durchströmtes Becken Grundlagen der Abwassersysteme Kap. 3 Abwasserreinigung © PK, 2009 – Seite 69
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