{n****** [*i$*@_********** **Y***Xf** ****x \***U* **`*** ***oW*E***%G

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:
5Q
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
•
•
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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