Referenzen
Wasserwerke und Kläranlagen
Wasserwerk
Ein Wasserwerk ist eine Anlage zur Aufbereitung und Bereitstellung von Trinkwasser.Wesentliche Bestandteile sind unter anderem Filter, Pumpen und oft auch ein (Frisch-)Wasserspeicher bzw. Wasserbehälter. Dazu kommen Hochbehälter, Armaturen und Schalträume, wo die Verteilung des Trinkwassers in das Leitungsnetz gesteuert und überwacht wird. In größeren Wasserwerken werden auch Laboratorien betrieben, die die chemische und biologische Zusammensetzung des Wassers kontrollieren.Erfolgt die Wasserversorgung aus dem Grundwasser, befindet sich das Wasserwerk meist direkt bei den Brunnen. Das Gelände ist meist als Zone I eines Trinkwasserschutzgebietes ausgewiesen. Auch Grundwasseranreicherungsanlagen, welche zusätzliches Fließwasser aus Flüssen oder Bächen in das Grundwasser einbringen (Uferfiltration), sind häufig Bestandteil eines solchen Wasserwerks.Wenn die Versorgung aus Quellen oder aus Oberflächenwasser (Seen, Fließwasser) erfolgt, wird das Wasser über Leitungen von den Quellfassungen zum Wasserwerk transportiert. Im letzten Fall sind auch Aufbereitungsanlagen zur Wasseraufbereitung im Wasserwerk notwendig, wo die chemische und biologische Qualität des Trinkwassers hergestellt wird.Das auffälligste Merkmal eines Wasserwerkes war früher der im Flachland häufig vorhandene Wasserturm. Heutzutage wird dieser meist durch Tiefbehälter mit entsprechenden Pumpengruppen ersetzt.Im Unterschied zum gewöhnlichen Trinkwasserwerk gibt es auch Wasserwerke, die für die Gewinnung von Betriebswasser ausgelegt sind.
Geschichte
In der griechischen Stadt Pergamon (Bergamar), etwa 100 Kilometer nördlich des heutigen Izmir in der Türkei, entstand schon rund 200 Jahre v. Chr. ein Wasserwerk, das die Bewohner mit Quell- und Oberflächenwasser aus bis zu 40 Kilometern entfernten Zuflüssen versorgte. Glanzstück war eine drei Kilometer lange Hochdruckleitung, die ein Tal nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren querte. Bisher hatte man in ähnlichen Fällen teure Aquädukte gebaut, so etwa schon um 800 v. Chr. im Süden des späteren Armenien, wo eine 56 Kilometer lange Leitung jährlich etwa 40 Millionen Kubikmeter reines Bergwasser in die Stadt Tuschpa der Urartäer brachte. Die assyrische Stadt Ninive wurde im 7. Jahrhundert v. Chr. über ein insgesamt 80 Kilometer Leitungen umfassendes System aus 18 Quellflüssen versorgt. Über ein Pumpwerk wurden die Hängenden Gärten von Semiramis in Babylon - um 600 v. Chr. - bewässert: Ein göpelbetriebenes Schöpfwerk hob eine endlose Kette mit Wasser gefüllter Eimer an den oberen Rand der abschüssigen Gärten. Bekannt sind die Aquädukte Roms um die Zeitenwende. Vitruv beschreibt im 1. Jahrhundert v. Chr. römische Treträder, die durch trampelnde Männer im oberen Teil in Betrieb gehalten wurden, die damit die Kraft des fließenden Wassers ersetzten und das Nass aus tiefer liegenden Becken in höher gelegene Rinnen "pumpten". Zu den Wasserwerken Córdobas gehörten um 900, als dieses Maurenzentrum die größte Stadt Europas war, haushohe Schöpfräder (Norias), die das Flusswasser in höhere gelegene Primärkanäle beförderten, von wo es über Sekundärkanäle flächendeckend verteilt wurde.In Bautzen hob ab dem Jahr 1496 ein wasserradgetriebenes System von Kolbenpumpen das Spreewasser in einen Hochbehälter, von wo es auf den höchsten Punkt der Stadt am Fleischmarkt und von dort schließlich in 86 Brunnen strömte. Im 16. Jahrhundert trieben in Deutschland an mehreren Orten große Mühlräder in fließenden Gewässern Wasserpumpen, die später Höhenunterschiede bis zu 250 Metern überwanden. Vor allem in Norddeutschland waren es vor allem die Brauer, die sich zu Gemeinschaften zum Bau solcher "Wasserkünste" zusammentaten. 1681 staunte die Welt über eine Wasserhebemaschine mit 14 gewaltigen Wasserrädern bei Marly an der Seine, die das Flusswasser in die sechs Kilometer entfernten Gärten von Versailles schickten. Frühe Wasserhebeanlagen sind auch aus Marburg an der Lahn, Bad Wildungen und Rothenburg ob der Tauber bekannt (1573-1599). 1696 staute der Philosoph und Techniker Gottfried Wilhelm Leibniz die Leine auf und nützte das herabstürzende Wasser als Energie für ein Wasserhebewerk, das die Herrenhäuser Gärten in Hannover versorgte.Für kleinere Wassermengen in hügeligen Gegenden wurden ab Ende des 18. Jahrhunderts hydraulische "Widder" eingesetzt: Dabei wird die Stoßkraft genutzt, die entsteht, wenn eine Leitung, durch die Wasser aus einer höher gelegenen Quelle strömt, plötzlich geschlossen wird. Ventile steuern die Stöße so, dass in einem teils mit Luft gefüllten Kessel ein höherer Druck entsteht, der das entweichende Wasser nach oben schießen lässt. Der französische Physiker Denis Papin pumpte mit Hilfe einer von ihm weiter entwickelten Dampfmaschine 1706 Wasser in einen Hochbehälter, das dann Brunnen und Fontänen des Kasseler Schlosses sprudeln ließ. Der preußische König Friedrich Wilhelm IV. ließ für die Wasserspiele am Schloss Sanssouci ein Pumpwerk im Stil einer maurischen Moschee bauen. Das Minarett verbirgt den 36 Meter hohen Schornstein der Dampfmaschine.Um 1600 existierten in 33 deutschen Städten und über 100 kleineren Orten "Wasserkünste" - meist technisch interessante Druckanlagen, die Wasser in Brunnen und in eine mehr oder weniger große Anzahl von Häusern und Gärten beförderten. Das erste deutsche Wasserwerk im heutigen Sinn errichtete Hamburg 1848 mit der "Zentralen Stadtwasserkunst" in Rothenburgsort. Zwei aus England importierte Dampfpumpmaschinen von je 70 PS schickten das gereinigte Elbwasser in einen 76 Meter hohen Wasserturm, der neben Behältern, Steig- und Fallleitungen auch den Schornstein für die Abgase der mit Kohle gefeuerten Dampfkessel umhüllte. Über 62 Kilometer Leitungen floss das Wasser dann auf die Dachböden von 4000 Stadthäusern (einem Drittel der vorhandenen). Berlin, das von leicht zu förderndem Grundwasser profitierte, folgte 1856, Frankfurt am Main 1873.
Literatur Hanno Trurnit: Geschichte(n) hinterm Hahn - Von Wasserkunst und Wasserwerk, Frank Trurnit & Partner Verlag GmbH, 2006, ISBN 3 - 98066986 - 6 - 1
Siehe auch
Wiktionary: Wasserwerk – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Kläranlage
Eine Kläranlage, in der Schweiz und Österreich auch ARA (Abwasserreinigungsanlage) genannt, dient der Reinigung von Abwasser, das von der Kanalisation gesammelt und zu ihr transportiert wurde.Zur Reinigung der unerwünschten Bestandteile der Abwässer werden mechanische (auch physikalische genannt), biologische und chemische Verfahren eingesetzt. Moderne Kläranlagen sind dementsprechend dreistufig, wobei in jeder Reinigungsstufe eine Verfahrensart im Vordergrund steht. Die erste Kläranlage auf dem europäischen Festland wurde 1882 in Frankfurt am Main in Betrieb genommen.
Beispielfließschema einer kommunalen Kläranlage mit Vorklärung:
Beispielhaftes Fließschema einer Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebungsverfahren. Dieses zeigt eine Anlage mit Vorklärbecken und biologischer Stufe (Belebungsbecken/Nachklärbecken). Der Schlamm wird in einer anaeroben Stabilisierung (Faulung) behandelt und in einer Schlammpresse entwässert. Die Entsorgung des Schlammes kann durch Deponierung oder durch (wenn die Qualität entspricht) landwirtschaftlichte Verwertung erfolgen.
Beispielfließschema einer kommunalen Kläranlage ohne Vorklärung
Beispielhaftes Fließschema einer Abwasserreinigungsanlage nach dem Belebungsverfahren. Dieses zeigt eine Anlage ohne Vorklärbecken und mit biologischer Stufe (Belebungsbecken/Nachklärbecken). Der Schlamm wird in der biologischen Stufe aerob stabilisiert. Dies erfordert eine entsprechend niedere Belastung der Anlage und eine lange Aufenthaltszeit des Schlammes im System (größer 25 Tage). Die Entwässerung des Schlammes kann in einer Schlammpresse vorgenommen werden. Die Entsorgung des Schlammes kann durch Deponierung oder durch (wenn die Qualität entspricht) landwirtschaftlichte Verwertung erfolgen.
Anlagenteile
Regenentlastung
Wenn Regen- und Schmutzwasser in einem Kanal der Kläranlage zugeleitet werden (Mischsystem), muss das Kanalnetz in der Regel durch ein Regenentlastungssystem, durch einen Regenüberlauf und/oder durch ein Regenüberlaufbecken entlastet werden, damit die Kläranlage nicht überlastet wird. Dies kann entweder bereits im Kanalnetz oder auch erst in der Kläranlage geschehen. Wenn keine derartigen Einrichtungen vorhanden sind, muss die Kläranlage eine höhere Leistung haben. Dem gegenüber steht das Trennsystem. Hier wird das Schmutzwasser in einer separaten Rohrleitung der Kläranlage zugeführt, während das Regenwasser durch einen eigenen Kanal, ggf. nach Reinigung in einem Regenklärbecken direkt zu einem Oberflächengewässer geleitet wird.
Mechanische Vorreinigung
Rechen → Hauptartikel: Rechen (Kläranlage)In der Rechenanlage wird das Abwasser durch einen Rechen oder eine Siebtrommel geleitet. Im Rechen bleiben die groben Verschmutzungen wie Artikel der Monatshygiene, Präservative, Steine, aber auch Laub und tote Tiere hängen. Diese Grobstoffe würden erstens Pumpen auf der Kläranlage verstopfen und zweitens das Reinigungsergebnis optisch verschlechtern. Je schmaler der Durchgang für das Abwasser, desto weniger Grobstoffe enthält das Abwasser nach dem Rechen. Man unterscheidet Feinrechen mit wenigen Millimetern und Grobrechen mit mehreren Zentimetern Spaltweite. Das Rechengut wird zum Entfernen der Fäkalstoffe maschinell gewaschen, mittels Rechengutpresse entwässert (Gewichtsersparnis) und anschließend verbrannt, kompostiert (Dünger) oder auf einer Deponie abgelagert.
Sandfang
→ Hauptartikel: Sandfang
Ein Sandfang ist ein Absetzbecken mit der Aufgabe, grobe, absetzbare Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen, so beispielsweise Sand, Steine, Glassplitter oder Gemüsereste. Diese Stoffe würden zu betrieblichen Störungen in der Anlage führen (Verschleiß, Verstopfung). Als Bauform ist ein
- Langsandfang, ein
- belüfteter Langsandfang, in dem zugleich Fette und Öle an der Oberfläche abgeschieden werden, ein
- Rundsandfang oder
- Tiefsandfang möglich.
Vorklärbecken
Das Schmutzwasser fließt langsam durch das Vorklärbecken. Ungelöste Stoffe (Fäkalien, Papier etc.) setzen sich ab (absetzbare Stoffe) oder schwimmen an der Oberfläche auf. Etwa 30 Prozent der organischen Stoffe können damit entfernt werden. Es entsteht Primärschlamm, der bei den meisten Kläranlagen in den sogenannten Voreindicker kommt (siehe Schema oben). Zusammen mit dem überschüssigen Schlamm aus der aeroben Belebungsanlage wird er dort eingedickt: Der Schlamm setzt sich ab und das überschüssige Wasser (Trübwasser) wird abgezogen, und dem weiteren Reinigungsprozess der Kläranlage zurückgeführt. Der eingedickte Schlamm wird zur weiteren anaeroben Behandlung in den Faulturm gepumpt.Bei modernen Anlagen mit Stickstoffentfernung entfällt dieser Anlagenteil oft oder ist klein bemessen, da die organischen Stoffe des Abwassers als Reduktionsmittel zur Stickstoffentfernung mittels Denitrifikation (Reduktion des NO3- zu N2) im anoxischen Teil beziehungsweise der anoxischen Phase der biologischen Stufe benötigt werden.Ebenso wird dieser Anlagenteil bei Kläranlagen mit simultaner aerober Schlammstabilisierung in der biologischen Stufe nicht verwendet, da sonst weiterhin nicht stabilisierter Primärschlamm anfallen würde.
Biologische Stufe
Die Vorgänge laufen wie bei der Selbstreinigung der Gewässer. Im Belüftungsbecken können Kleinstlebewesen unter ständiger Luftzufuhr die im Abwasser noch enthaltenen biologischen Verunreinigungen abbauen. In diesem Verfahrensteil werden durch Mikroorganismen die organischen Stoffe des Abwassers abgebaut und anorganische Stoffe teilweise oxidiert. Hierzu wird auch Luft (Sauerstoff) hineingepumpt. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche Verfahren entwickelt (zum Beispiel das Belebtschlammverfahren, das Tropfkörperverfahren, das Tauchkörperverfahren, das Festbettreaktorverfahren).'
Belebungsbecken
→ Hauptartikel: BelebtschlammverfahrenDer Großteil der kommunalen Kläranlagen in Mitteleuropa wird nach dem Belebtschlammverfahren betrieben. Damit werden in sogenannten Belebungsbecken durch Belüften des mit Belebtschlamm (Massen von flockig aggregierten Bakterien) versetzten Abwassers die Abwasserinhaltsstoffe des frischen Abwassers biotisch oxidativ abgebaut. Dabei werden von aeroben (Sauerstoff verbrauchenden) Bakterien und anderen Mikroorganismen Kohlenstoffverbindungen größtenteils zu Kohlenstoffdioxid abgebaut und teilweise zu Biomasse umgesetzt sowie der Stickstoff aus den organischen Verbindungen durch wieder andere Bakterien zunächst als Ammoniak abgespalten und dieses mit Sauerstoff zu Nitrat oxidiert (Nitrifikation). Das Belebtschlammverfahren wird zumeist mit kontinuierlichem Durchlauf betrieben, das heißt, in das Belebungsbecken läuft kontinuierlich Abwasser zu und kontinuierlich läuft im selben Maß Belebtschlamm enthaltendes Wasser ab. Durch die Zugabe von Fällmitteln kann mittels chemischer Reaktionen außerdem der Nährstoff Phosphor entfernt werden, gegebenenfalls durch Simultanfällung. Dies verbessert auch die Absetzeigenschaften des Belebtschlammes im Nachklärbecken.Es gibt verschiedene technische Ausführungsvarianten des Belebtschlammverfahrens, zum Beispiel vorgeschaltete und nachgeschaltete sowie simultane Denitrifikation. Hierbei finden die Nitrifikation und Denitrifikation entweder im selben oder in getrennten Becken, hier dann in unterschiedlicher Anordnung zueinander, statt. Eine Sonderform stellt das SBR-Verfahren dar (SBR = Sequence Batch Reactor), das die biologische Reinigung und die - nachfolgend beschriebene - Nachklärung in einem einzigen Becken vereinigt. Hierbei läuft das Abwasser nicht kontinuierlich zu, sondern immer nur eine begrenzte Menge, die dann nach dem Belebtschlammverfahren gereinigt wird (Nitrifikation und Denitrifikation), anschließend erfolgt im selben Becken die Absetzphase (also die Nachklärung), und abschließend wird der Zuwachs an Belebtschlamm abgefördert. Anschließend wird der nächste Abwasserschub eingeleitet und gereinigt. Beim SBR-Verfahren wird folglich ein vorgeschaltetes Pufferbecken benötigt, in dem die während des Reinigungsvorganges weiterhin zulaufende Abwassermenge zwischengespeichert wird.Welches der hier genannten Verfahren das beste ist, lässt sich nicht pauschal sagen. Es ist vom Planer zu prüfen, welche Reinigungsmethode im Einzelfall unter den gegebenen Voraussetzungen die geeignetste und kostengünstigste ist.
Nachklärbecken
Das Nachklärbecken bildet eine Prozesseinheit mit dem Belebungsbecken. In ihm wird der Belebtschlamm durch Absetzen aus dem Abwasser abgetrennt. Ein Teil des Schlammes wird in das Belebungsbecken zurückgeführt (Rücklaufschlamm), um die Konzentration an Mikroorganismen im Belebungsbecken ausreichend hoch zu erhalten. Anderenfalls wäre die Abbauleistung darin zu niedrig. Der Überschuss (Zuwachs an Biomasse, Überschussschlamm) wird zur Weiterbehandlung in der Regel zusammen mit dem Schlamm des Vorklärbeckens in den Voreindicker abgeführt.Der Belebtschlamm muss gute Absetzeigenschaften aufweisen. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise durch massenweises Wachstum fadenförmiger Mikroorganismen, was zur Blähschlammbildung führt, treibt der Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken in das Gewässer ab, in das das gereinigte Abwasser eingeleitet wird (sogenannter Vorfluter). Damit wird nicht nur das Gewässer beeinträchtigt. Da dann nicht genug Schlamm im System Belebungsbecken/Nachklärbecken gehalten werden kann, sinkt die Reinigungsleistung und das Schlammalter (die mittlere Aufenthaltsdauer der Biomasse im System) nimmt ab. Zuerst sind daher von einem derartigen Versagen die langsam wachsenden Bakterien (beispielsweise die Nitrifikanten, die Ammoniak zu Nitrat oxidieren) betroffen. Besonders Abwässer mit leicht abbaubaren organischen Stoffen (beispielsweise aus der Lebensmittelindustrie) neigen zur Blähschlammbildung. Die Vorschaltung kleiner, nicht oder gering belüfteter Becken vor dem Belebungsbecken (Selektoren) kann die Blähschlammbildung vermeiden. Eine spezielle Form des Nachklärbeckens ist der trichterförmige Dortmundbrunnen.
Festbettverfahren
→ Hauptartikel: FestbettverfahrenBeim Festbettverfahren dienen verschieden geformte Festkörper als Grundlage zum Aufwuchs von Mikroorganismen, die die Schmutzstoffe abbauen. Diese Festkörper werden abwechselnd in Abwasser und Luft getaucht, damit die Mikroorganismen sowohl mit den Schmutzstoffen wie auch mit dem zu deren oxidativen Abbau erforderlichen Sauerstoff in Kontakt kommen. Aus biochemischer Sicht geschieht hier im Grunde dasselbe wie beim obigen Belebtschlammverfahren.[1]
Faulturm
Der durch den Abbau der Abwasserinhaltsstoffe entstehende Biomassezuwachs wird als Klärschlamm beseitigt, meist aber in sogenannten Faulbehältern unter anaeroben (das heißt sauerstofffreien) Bedingungen durch anaerobe Bakterienstämme zu Faulschlamm und brennbarem Faulgas (im Wesentlichen ein Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid) abgebaut.
Es gibt vier Abbauphasen in dem Faulturm: Hydrolysephase, Versäuerungsphase, acetogene Phase und methanogene Phase.In der Praxis werden bei der Schlammfaulung die im Rohschlamm enthaltenen rund 70 Prozent organischen Stoffe bei der anaeroben Umsetzung auf etwa 50 Prozent organische Stoffe im Faulschlamm vermindert. Theoretisch ginge der Abbau noch weiter, verliefe aber sehr viel langsamer. Die restliche organische Substanz ist nämlich schwer abbaubar. Im technischen Sinne gilt der Schlamm mit einem Glühverlust von etwa 50% als sehr gut ausgefault und stabil.Als Abbauprodukt entsteht bei der Faulung Faulgas. Es handelt sich um ein Gasgemisch, das etwa folgendermaßen zusammengesetzt ist:
- Methan 60 bis 70 Prozent
- Kohlendioxid 26 bis 36 Prozent
- geringe Mengen Wasserstoff und Schwefelwasserstoff.
Reinigungsprozesse
1. Stufe: Mechanische Verfahren bilden zumeist die erste Reinigungsstufe. Hier werden etwa 20 bis 30 Prozent der festen (ungelösten) Schwimm- und Schwebstoffe entfernt. In der weitergehenden Abwasserreinigung und der Industriewasserwirtschaft werden unter anderem Adsorption, Filtration und Strippung eingesetzt.
2. Stufe: Biologische Verfahren werden in der zweiten Reinigungsstufe kommunaler Abwasserreinigungsanlagen und für den Abbau organisch hochbelasteter Abwässer in der aeroben und anaeroben Abwasserreinigung eingesetzt. Sie verwenden mikrobiologische Abbauvorgänge. Dabei werden abbaubare organische Abwasserbestandteile möglichst vollständig mineralisiert, das heißt in der aeroben Abwasserreinigung bis zu den anorganischen Endprodukten Wasser, Kohlenstoffdioxid, Nitrat, Phosphat und Sulfat abgebaut. In der anaeroben Abwasserreinigung werden sie zu organischen Säuren, Methan und Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Üblicherweise werden damit die Kohlenstoffverbindungen aus dem Abwasser entfernt. Ebenso erfolgt die Entfernung von organisch gebundenem Stickstoff und Ammonium durch bakterielle Nitrifikation und Denitrifikation. Zunehmend wird in mittleren und großen Kläranlagen auch der Phosphor bakteriell eliminiert.
3. Stufe: Abiotisch-chemische Verfahren bedienen sich chemischer Reaktionen wie Oxidation und Fällung ohne Beteiligung von Mikroorganismen. Sie dienen in der kommunalen Abwasserreinigung vor allem der Entfernung von Phosphor durch Fällungsreaktionen (Phosphorelimination). Dieser Prozess hat große Bedeutung zur Vermeidung der Eutrophierung der Vorfluter. Zudem werden abiotisch-chemische Verfahren zur Fällung in der Industriewasserwirtschaft und zur weitergehenden Abwasserreinigung (beispielsweise Flockung/Fällung/Filtration) eingesetzt.
4. Stufe: Seit etwa Ende der 1980er-Jahre sind teilweise weitergehende Reinigungsverfahren entwickelt worden, die zwar schon serienreif sind, die sich jedoch aufgrund ihrer teilweise sehr hohen Betriebskosten noch nicht durchsetzen konnten. Hier ist beispielsweise die Abwasserfiltration sowie die Entkeimung zu nennen.Die Prozesse in Kläranlagen können mathematisch durch ihre Reaktionskinetik (Makrokinetik) beschrieben werden.
| Prozess | Kläranlagenkomponente | Zweck |
| Physikalische Verfahren | ||
| Siebung | Rechen, Trommelsieb, Mikrosieb | Entfernung von größeren Feststoffen und Schwimmstoffen |
| Abscheidung | Schwimmstoff- beziehungsweise Ölabscheider | Entfernung von Fetten und Ölen |
| Sedimentation | Sandfang, Absetzbecken, Zentrifugalabscheider, Vor- und Nachklärbecken | Entfernung kleinerer Schwimmstoffe, Sand, geflockter Schwebstoffe |
| Separation | Nachklärbecken | Entfernung des Belebtschlamms aus dem gereinigten Abwasser |
| Filtration | Sandfilter | Entfernung von Schwebstoffen |
| Flotation | Flotationsbecken | Entfernung von feinen Schmutzpartikeln durch Einblasen von Luft |
| Adsorption | Aktivkohlefilter | Anlagerung von beispielsweise Halogenkohlenwasserstoffe (AOX) oder Farbstoffen |
| Thermodesinfektion (siehe Desinfektion) | Thermodesinfektionsanlage | Durch erhöhte Temperatur werden Krankheitserreger abgetötet (Krankenhäuser, Labore, Pharmaindustrie). |
| Strippen | Strippbecken | Entfernung durch Einblasen von Luft/Gasen. Damit werden in Entsprechung des Dampfdrucks gelöste Abwasserinhaltsstoffe in die gasförmige Phase übergeführt und somit aus dem Wasser entfernt. |
| Verminderung der Radioaktivität | Abklinganlage | Durch entsprechend lange Verweildauer vermindert sich die radioaktive Belastung von Abwässern entsprechend der Halbwertszeit der Radionuklide. Einsatz in Labors, Krankenhäusern etc. |
| Kühlung | Kühlturm, Kühlteich, Wärmeübertrager etc. | Verminderung der Temperatur, um nachfolgende Reinigungsprozesse oder die Einleitung in den Vorfluter zu ermöglichen. Kann auch zur Wärmerückgewinnung dienen. |
| Biologische Verfahren | ||
| Biochemische Oxidation | Belebtschlammverfahren, Tropfkörper | Aerober Abbau organischer Bestandteile zu anorganischen Endprodukten (H2O, CO2, NO3-, N2, PO4---, SO4--) durch Belebtschlämme (Belebungsbecken) beziehungsweise Bakterienrasen (Tropfkörper). Durch geeignete Betriebsführung bei Belebungsanlagen kann die Phosphoraufnahme in die Biomasse optimiert werden (Bio-P). Somit ist weniger Fällmittel zur Phosphorelimination erforderlich. Grundsätzliches Ziel ist stets, zu entfernende Abwasserinhaltsstoffe durch biologische Prozesse (Veratmung, Biomassewachstum) in Formen zu überführen, die durch Sedimentation oder Stripping (gasförmiges Austreiben) aus dem Abwasser entfernt werden können und zudem möglichst unschädlich sind. |
| Biochemische Oxidation bei Kleinkläranlagen | Pflanzenkläranlage, Sandfilterkläranlage, Belebtschlammverfahren, Tropfkörper | Aerober und anaerober Abbau in flachen Becken und anschließendem Bodendurchgang bei Pflanzenkläranlagen oder Abbau durch Belebtschlämme in Belebungsbecken oder durch Bakterienrasen in Tropfkörpern |
| Schlammfaulung | Faulturm | Anaerober Abbau organischer Bestandteile des Primär- beziehungsweise Überschusschlammes zu anorganischen Endprodukten: Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Ammoniak (NH3), Schwefelwasserstoff (H2S) |
| Anaerobe Abwasserreinigung | Reaktor | Anaerober Abbau organischer Bestandteile zu anorganischen Endprodukten: Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Ammoniak (NH3), Schwefelwasserstoff (H2S). Besonders für organisch hochbelastete Abwässer geeignet (beispielsweise Lebensmittelindustrie, Tierkörperbeseitigung). |
| Chemische Verfahren | ||
| Flockung | Flockungsbecken | Entfernung von Kolloidstoffen und feinen Schmutzpartikeln durch Flockungsmittelzugabe beziehungsweise Einstellung des pH-Wertes |
| Neutralisation/pH-Wert-Einstellung | Neutralisationsbecken | Einstellung des gewünschten pH-Wertes durch die Zugabe von Säure oder Base. |
| Fällung | Fällungsbecken | Ausfällung von Phosphationen (PO43-) mit Eisen- und Aluminiumsalzen |
| Simultanfällung | Belebungsbecken/Nachklärbecken | Entfernung von Phosphor (als Phosphat) durch Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen zum Belebtschlamm. |
| Vorfällung | Mischbecken/Vorklärbecken | Entfernung von Phosphor (als Phosphat) durch Zugabe von Eisen- oder Aluminiumsalzen vor dem Vorklärbecken. |
| Nachfällung | Mischbecken/Absetzbecken nach dem Nachklärbecken | Entfernung von Phosphor (als Phosphat) durch Eisen- oder Aluminiumsalzen nach dem Vorklärbecken. |
| Abiotische Oxidation | Sonderbecken | Zerstörung biotisch nicht abbaubarer organischer Verbindungen beispielsweise durch Ozon oder Ultraviolettstrahlung. Gegebenenfalls mit dem Ziel, die Reste biotisch abbauen zu können (beispielsweise Entfärbung von Abwasser) |
| Desinfektion | Sonderbecken | Abtötung von Krankheitserregern durch Chlor- oder Ozonzugabe oder durch Ultraviolettstrahlung |
Belastungskenngrößen
Die Belastung von Kläranlagen wird nach Einwohnerwerten (EW) bestimmt. Dabei handelt es sich um die Summe aus den tatsächlichen Einwohnern (Einwohnerzahl, EZ) und den Einwohnergleichwerten (EGW). Der Einwohnergleichwert ist die Vereinbarungsgröße der für einen "Standardeinwohner" anzusetzenden Emission an Abwasser. Für gewerbliche, industrielle und landwirtschaftlicheProduktion werden auf Produktionsgrößen bezogenen Belastungen (beispielsweise 10 EW BSB5 pro ha Weinbaufläche) angegeben. Zu beachten ist jedoch, dass sich die Verhältnisse zwischen den einzelnen Parametern verschieben können. Abwässer können höher konzentriert sein (weniger Abwassermenge bei gleicher Schmutzfracht), oder sie können beispielsweise reich an organischen Kohlenstoffverbindungen und dafür nährstoffarm sein. Der Gehalt an biotisch abbaubaren Stoffen wird mit dem Summenparameter Biochemischer Sauerstoffbedarf, abgekürzt BSB, quantifiziert. In der Regel wird er mit dem biochemischen Sauerstoffverbrauch in Milligramm innerhalb von fünf Tagen unter Standardbedingungen gemessen und als BSB5 bezeichnet (siehe unten). Für den biotischen Abbau muss ein Nährstoffverhältnis von BSB5:N:P von etwa 100:5:1 gegeben sein, um die Mikroorganismen ausreichend mit Stickstoff und Phosphor zu versorgen. Dies fußt auf der Annahme, dass etwa die Hälfte der abgebauten organischen Stoffe zum Biomassewachstum verwendet werden und Biomasse in der Trockensubstanz zu etwa zwölf Prozent aus Stickstoff und zu etwa zwei Prozent aus Phosphor besteht.Ein Einwohnerwert, abgekürzt EW, entspricht folgenden Größen:
Abwassermenge
Als Belastung der Kläranlage mit Abwasser wurde früher ein Schmutzwasseranfall von 150 bis 200 Liter pro Einwohner und Tag angesetzt. Der Schmutzwasseranfall entspricht etwa dem Wasserverbrauch. Für Neuplanungen oder Vorausplanungen wird inzwischen der ortsspezifische Wasserverbrauch ermittelt und eine Abschätzung für die Zukunft versucht. Üblicherweise werden Schmutzwassermengen um die 130 Liter pro Einwohner und Tag angesetzt.Dieser Wert berücksichtigt die in Mitteleuropa bei dichten Kanalnetzen üblichen Werte. Für die Bemessung der Kläranlage wird jedoch in der Regel ein Zuschlag für Fremdwasser (undichte Kanäle, Einleitungen von Drainagen und dergleichen) berücksichtigt. Dieser kann bis 100 Prozent des Schmutzwasseranfalls betragen. Die Fremdwassermenge wird auf die angeschlossene versiegelte Fläche bezogen und sollte nicht mehr als 0,15 l/(s×ha) betragen.Bei Mischkanalisationen (Regenwasser und Schmutzwasser in einem Kanal) sind entsprechende Zuschläge zur Abarbeitung des Regenwassers zu berücksichtigen, die meist mit 100 Prozent der Tagesspitze bei Trockenwetter angesetzt werden.Für die hydraulische Berechnung (Zahl und Größe der Förderpumpen) der Kläranlage ist zudem der Tagesgang der Belastung von Bedeutung. Die durchschnittliche Tagesfracht ist daher zur Bemessung nicht durch 24 Stunden, sondern durch eine kleinere Zahl (10 bis 14) für den maximalen Stundenwert zu teilen.
Verschmutzungsgrad
BSB5 Beim BSB5-Wert, dem biochemischen Sauerstoffbedarf während einer Messzeit von fünf Tagen bei 20 °C, wird jener Sauerstoffbedarf erfasst, der durch die Oxidation von organischen Stoffen durch aerobe Mikroorganismen entsteht. Er gehört zu den so genannten Summenparametern, da damit nicht der Abbau von Einzelverbindungen bestimmt werden kann.
Die bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH3), Ammonium (NH4+) und Nitrit (NO2-) zu Nitrat (NO3-), Nitrifikation genannt, soll nicht erfasst werden und wird bei der Messung durch einen Hemmstoff, beispielsweise Allylthioharnstoff (ATH) oder Natriumhydroxid-Plätzchen, unterbunden.Als üblicher Wert für den BSB5 werden 60 Gramm pro Einwohnerwert und Tag angesetzt. Davon können etwa 20 Gramm in der Vorklärung durch Sedimentation entfernt werden. Für Bestimmung des BSB sind folgende Voraussetzungen notwendig:
- Die angesetzte Probe muss während der gesamten Zehrungszeit ausreichend Sauerstoff, das sind mindestens zwei Milligram pro Liter, enthalten
- Die angesetzte Probe muss genügend Bakterien enthalten. Sie sind im normalen Abwasser reichlich vorhanden. Bei speziellen Abwässern gewerblicher Betriebe (z. B. Deponie-Sickerwasser-Reinigung) müssen Bakterien zugesetzt werden. Man „impft“ mit 0,3 Milliliter häuslichem Abwasser je Liter angesetzter Probe.
- In der angesetzten Probe muss genügend Stickstoff und Phosphat als Nährstoffe enthalten sein.
- Die angesetzten Proben müssen während der fünf Tage möglichst genau bei 20 °C und im Dunkeln, am besten in einem Thermoschrank, aufbewahrt werden.
Dieser Parameter wird ebenfalls zur Bilanzierung der Anlage herangezogen.Für den chemischen Sauerstoffbedarf wird ein Wert von 120 Gramm pro Einwohnerwert und Tag angesetzt.
Stickstoff
liegt im Rohabwasser hauptsächlich organisch gebunden (zum Beispiel in Proteinen, Nukleinsäuren, Harnstoff) und in Form von Ammonium-Ionen (NH4+) sowie in geringen Anteilen auch in Form von Nitrat- (NO3-) und Nitrit-Ionen (NO2-) vor.Angesetzt werden hier etwa zehn bis zwölf Gramm pro Einwohnerwert und Tag.
Phosphor
Phosphor liegt organisch als Phosphatgruppe gebunden und als freies Phosphat vor.Hier werden etwa 1,8 Gramm pro Einwohnerwert und Tag angenommen.
Siehe auch Quellen
- ↑Die biologische Reinigungsstufe. In: System S&P. (Festbett- und Belebtschlammverfahren).
Weblinks
Commons: Kläranlage – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Kläranlage – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
- Dresdens virtuelle Kläranlage. In: Stadtentwässerung Dresden. (Interaktive Kläranlage)
- Virtuelle Kläranlage
- klaerwerk-online.de (Informationen über die Technik der Abwasserreinigung)
- Historische Kläranlage Frankfurt. In: Frankfurt360.de. (360-Grad-Rundumansichten)
- Aufbau einer Kläranlage und Funktion der einzelnen Stationen. In: Wasserverband Neufelderseen-Gebiet. (Video zur Funktionsweise einer Kläranlage)
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