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1) Geschichte der Kläranlage>
Antike
Kanäle v a zur Entwässerung. Müll durch Regen weggespült. (Keine Klärung)
Mittelalter
unterirdische Abortgruben, Abtransport als Dünger. (Keine Klärung)
19. Jhdt
erste Spültoiletten, Abwässer (=AW) in Flüsse geleitet. (Keine Klärung)
Anfang 20. Jhdt
Zusammenhang zwischen verseuchten Flüssen & Ausbreitung von Krankheiten + Störung des ökol Gleichgewichts durch AW wird erkannt.
Erste Klärgruben und Klärwerke
bis in die 50er
nur mechanische Reinigung
ab ~1970
Weltweite Beschäftigung mit der Verschmutzung des menschl Lebensraumes
Seitdem: Industrieländer verfeinern Klärmethoden ständig.
2) Arten des Abwassers
- Niederschlagswasser (=NW) (Regen, Schnee, Hagel, Tau... --> Streusalze, Öle, Sand etc)
- Schmutzwasser (=SW) (aus Haushalten, (Industrie-)Betrieben --> Waschmittel, Urin, Haare, Seife, Fett, etc)
3) Die Kanalisationssysteme
- Trennkanalisation: bei gering belastetem NW jew. eigenes Rohrsystem, NW wird nicht geklärt (Entlastung der Kläranlage, aber teuer)
- Mischkanalisation: NW & SW gemeinsam in Kläranlage (nötig va in Großstädten, aber große Schwankungen mögl (bei Regen fast verdreifacht!))
4) Das Klärwerk und die 3 Reinigungsstufen
Das Einlaufbauwerk
Das Hauptrohr = Sammler bringt das AW zur Anlage.
Elektrische Schneckenpumpen befördern das AW 10-15m höher. -> Es kann aus eigener Kraft fließen.
Hier: etwas Wasser zur Analysestation
- automatische Messung: Leitfähigkeit, PH-Wert, Temperatur
- Proben im Labor: Phosphorgehalt, CSB, BSB5
Einschub: CSB & BSB5
- Biochemischer Sauerstoffbedarf nach 5 Tagen (BSB5)
Die Sauerstoffmenge, die zugesetzte Mikroorganismen in 5 Tagen bei Zersetzung der enthaltenen organischen Stoffen bei 20°C verbrauchen. Durch diesen Sauersoffverbrauch ist die Menge der abgebauten organischen Stoffe --> deren Konzentration im AW messbar. 0,077 Kilogramm pro Person und pro Tag.
Indikator für Selbstreinigungskraft von biologisch abbaubaren Abwässern.
- Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)
Immer höher als der BSB5, da viele organische Substanzen chemisch, jedoch nicht biologisch oxidiert werden können.
Indikator für Selbstreinigungskraft von AW, die nicht biologisch abbaubar sind / Mikroorganismen hemmen.
Die mechanische Reinigung
1. Stufe: Die Rechenanlage
Große/Sperrige/Faserige Objekte können Rohre verstopfen, Maschinen beschädigen oder die Reinigungswirkung stören, müssen also zuerst entfernt werden. Die Rechenstäbe sind parallel angeordnet.
- Grobrechen: Stababstand 4-5cm
Entfernet Holz, Blech, Tierkadaver...
- Feinrechen: Stababstand 20-5mm
dahintergeschaltet, entfernt Gegenstände bis zu Streichholzgröße
Die Rechen bewegen sich mit ca 4,5m pro Minute.
Das Rechengut wird gewaschen (Dieses Wasser wieder in den Sammler), gepresst & als Sondermüll entsorgt.
2. Stufe: Sandfang + Öl- & Fettabschneider
Ca 1 m über dem Boden wird Druckluft ins Becken geblasen --> spiralförmige, zentrifugische Wasserbewegung = \"Wasserwalze\" --> sehr niedrige Fließgeschwindigkeit, 20-30cm pro Sekunde
--> (mineralische) Teilchen bis zu 0,2mm setzen sich ab
Der Sand wird in einen Trichter am Beckenanfang geschoben & anschließend gewaschen.
Kleinere organische Reste + das Waschwasser werden in den Sammler geleitet.
Reiner Sand --> Bausand / zu verschmutzter Sand --> Bauschutt
--> Öle, Fette & andere flüssige, wasserunlösliche Stoofe steigen auf.
Sie werden durch Abschneider entfernt. (Abschöpfen der obersten Wasserschicht)
3. Stufe: Das Vorklärbecken
- Fließgeschwindigkeit auf ca 2cm por Sekunde herabgesetzt
- arbeitet ähnlich wie der Sandfang
- Der hier entstehende Primärschlamm + die Schwimmstoffe werden in Richtung Faulturm geleitet.
- Ca 1 Drittel der Verschmutzung ist entfernt / BSB um 20-40% gesenkt.
- Sedimentation manchmal durch chemische Fällung (Zugabe von zB Eisenchlorid) oder Flockung (Säuren) unterstützt.
- statt Ausfällung auch Schwimmabscheidung (~75% der Schwebstoffe abgeschöpft)
- dann: mehr als 80% der Schwebstoffe entfernt
Die biologische Reinigung
1) Das Belebtschlammbecken/Das Tropfkörperverfahren
- unterteilt in einen unbelüfteten --> anaeroben Bereich (1. Drittel) & einen belüfteten --> aeroben Bereich (Rest des Beckens)
- Das zirkulierende AW wird durch Miroorganismen biologisch gereinigt.
--> Wie im natürlichen Gewässer, nur intensiver!
- Im hinteren aeroben Bereich wird enthaltenes Ammonium erst in Nitrit, dann in Nitrat umgewandelt. (Nitrifikation)
- Im vorderen anaeroben Bereich wird das Nitrat zerlegt & unschädliches N² freigesetzt. (Denitrifikation)
- Die zersetzten organischen Verbindungen, die mit einem Teil der Destruenten ausflocken, heissen Belebtschlamm.
- Hier kann der BSB um bis zu 85% reduziert werden.
Alternative: Das Tropfkörperverfahren
Das AW wird auf poröses Material (=biologischer Rasen) gesprengt.
Es bildet sich ein Film aus Mikroorganismen, der Schadstoffe entfernt.
Nachteil: Die Zugabe von Mikroorganismen ist schwieriger zu dosieren.
Die chemische Reinigung, auch Filtrationsstufe
- Fällung der Phosphate durch Zugabe von Eisensalzen --> ausgefiltert
- Hier ebenfalls Neutralisierung von Säuren & Laugen
- nur in großen Kläranlagen
2) Das Nachklärbecken (mechanisch!)
- Das Wasser wird von der Mitte nach außen geleitet.
- kaum Strömung --> gute Sedimentation des Belebtschlammes
- Er wird in einen Trichter in der Beckenmitte geschoben.
- Der \"Rücklaufschlamm\" voll lebender Mikrorganismen wird ins Belebtschlammbecken zurückgepumpt, um deren Konzentration stabil zu halten.
- Der \"Überschussschlamm\" wird in Richtung Faulturm geleitet.
- erneute Messungen des Wassers (Stickstoff, Trübung, Leitfähigkeit, PH-Wert...)
- Einleitung in den Vorfluter = Bach, Fluss oder See
5) Was passiert mit dem Faulschlamm? --> thermophile Faulung!
- Von Stapelbehältern aus gelangt er in verschiedene Zentrifugen zur Verdickung und Entwässerung.
- Rückleitung des Wassers in den Sammler
- Im 1. Faulturm (anaerobes Klima) wird er auf 55°C erhitzt und ständig umgewälzt.
- Die fakultativ anaeroben Bakterien aus dem Schlamm zerlegen die organischen Stoffe.
- Methangas entsteht --> Treibstoff für Generatoren (Eigenversorgung!) (70%M. 30% CO )
--> Generatorenwärme zur Erhitzung des Schlamms!
- Ausfaulung (--> Stabilisierung) in anderen Faultürmen bei 35°C (Weiter umgewälzt!)
- Nochmalige Entwässerung des ausgefaulten Schlamms durch Pressen
- Rückleitung des Wassers in den Sammler
- Umlagerung des Schlamms in Austragsilos
- Anschließend Abtransport
* als Dünger (bei geringer Belastung)
* zur Deponierung (wurde bereits fast völlig eingestellt)
* als Brennstoff in Kraftwerken oder Bergwerken
- Vorteile: teilweise Entseuchung, Reduzierung organischer Stoffe um 45-60%
- Problem: Silikate (aus Wasserenthärtern), die Rohre verkrusten können.
Methoden zur Entfernung noch nicht verbreitet
Ansonsten: Weiterverwendung im zB Straßenbau
Kleinere Anlagen ohne Faultürme geben den Schlamm zum Trocknen auf Schlammbeete.
Das Entwässern geschieht durch Versickerung, Verdampfung und Verdunstung des Wassers.
6) Und der Gestank?
Faulprozesse und das Einleiten von Luft entlassen unangenehme Gerüche in die Luft.
- Völlige Abdeckung betroffener Bereiche + Absauganlagen
- chemische Gaswäscher
- Bioflächenfilter (nachgeschaltet)
Hier verbrauchen Mikroorganismen Geruchsstoffe für das eigene Wachstum.
Zwangsläufig entstehende Begrünung
* verhindert die Austrocknung des Filterbetts durch Wettereinflüsse.
* vermindert den Partikelaustrag.
* erhöht die mikrobakterielle Besiedelungsdichte
* fördert die Stickstoffverwertung
* lässt die Anlage besser aussehen
7) Variationen der Beckenreihenfolge
- Dem Vorklärbecken kann ein weiteres Belebtschlammbecken vorgeschaltet werden, in dem verschiedene Schmutzstoffe \"gefressen\" werden.
- Es gibt Vor-, Simultan- & Nachfällung. Unterschied: Eintragungsort des Flockmittels
Funktioniert am Schluss als Nachfällung in der Filtrationsstufe am besten!
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