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Die dreistufige Kläranlage
1) Geschichte der Kläranlage antike Kanäle zur Entwässerung. Der Müll wurde durch Regen weggespült. (Keine Klärung) Mittelalterliche unterirdische Toiletten, Entnahme als Dünger. (Ein Dünger oder Düngemittel ist jedes Material natürlichen oder synthetischen Ursprungs, das auf Böden oder Pflanzengewebe aufgebracht wird, um einen oder mehrere Pflanzennährstoffe zu liefern, die für das Wachstum von Pflanzen wesentlich sind) (Keine Klärung).
Erste Toilettenspülung aus dem 19. Jahrhundert, Abwasser (=AW) wird in Flüsse eingeleitet. (Keine Klärung) Anfang des 20. Jahrhunderts Der Zusammenhang zwischen kontaminierten Flüssen & Ausbreitung von Krankheiten + Störung des ökologischen Gleichgewichts durch AW wird anerkannt. Erste Klärgruben und Kläranlagen bis in die 50er Jahre nur mechanische Reinigung ab ~1970 Weltweite Sorge um die Verschmutzung des menschlichen Lebensraums Seither: Industrieländer verfeinern ständig die Klärungsmethoden. 2) Abwasserarten – Regenwasser (=NW) (Regen, Schnee, Hagel, Tau….) –> Streusalz, (Natriumchlorid, auch bekannt als Salz oder Halogenit, ist eine ionische Verbindung mit der chemischen Formel NaCl, die ein Verhältnis von Natrium- und Chloridionen von 1:1 darstellt) Öle, Sand usw.) – Abwasser (=SW) (aus Haushalten, (Industrie-)Unternehmen –> Reinigungsmittel, Urin, Haare, Seife, Fett usw.).) 3) Kanali
sationssysteme – Separate Kanalisation: Bei einem leicht verunreinigten NW je eigenes Rohrsystem wird NW nicht geklärt (Entlastung der Kläranlage , aber teuer) – Mischkanalisation: NW & SW zusammen in der Kläranlage (notwendig in Großstädten, aber große Schwankungen möglich (bei Regen fast verdreifacht!)) 4) die Kläranlage und die 3 Reinigungsstufen die Einlaufstruktur das Hauptrohr = Kollektor bringt das AW in die Anlage. Elektrische Schraubenspindelpumpen fördern die AW 10-15m höher. -> Sie kann aus eigener Kraft fließen. Die Menge der abgebauten organischen Substanzen –> ihre Konzentration im AW ist durch diesen Säureverbrauch messbar. 0,077 Kilogramm pro Person und Tag. Indikator für die Selbstreinigungskraft von biologisch abbaubaren Abfällen (biologisch abbaubare Abfälle umfassen alle organischen Stoffe im Abfall , die durch Mikroorganismen und andere Lebewesen durch Kompostierung, aerobe Vergärung, anaerobe Vergärung oder ähnliche Prozesse in Kohlendioxid , Wasser , Methan oder einfache organische Moleküle zerlegt werden können) Wasser . – Chemischer Sauerstoffbedarf (In der Umweltchemie ist der chemische Sauerstoffbedarf ein Indikator für die Menge an Sauerstoff, die durch Reaktionen in einer gemessenen Lösung verbraucht werden kann) (COD) Immer höher als BSB5, da viele organische Substanzen chemisch oxidiert, aber nicht biologisch sein können. Indikator für die Selbstreinigungskraft von AW, die nicht biologisch abbaubar sind / Mikroorganismen hemmen. Die mechanische Reinigung 1. Stufe: Das Siebsystem Große, sperrige, faserige Gegenstände können Rohre verstopfen, Maschinen beschädigen oder die Reinigungswirkung stören und müssen daher brüsk entfernt werden. Die Rechenschieber sind parallel angeordnet. – Grobes Sieb: Strichabstand 4-5cm Entfernt Holz, Bleche, Tierkadaver….. – Feinrechen: Stangenabstand 20-5mm in Reihe geschaltet, entfernt Objekte bis zur passenden Größe Die Rechen bewegen sich mit ca. 4,5m pro Minute. Das Rechengut wird gewaschen (dieses Wasser wird in den Kollektor zurückgeführt), gepresst und als Sondermüll entsorgt. 2. Stufe: Sandfang + Öl & Fett (Erdöl ist eine natürlich vorkommende, gelb-schwarze Flüssigkeit in geologischen Formationen unter der Erdoberfläche, die üblicherweise zu verschiedenen Arten von Brennstoffen veredelt wird) Separator Druckluft wird in das Becken ca. 1 m über dem Boden geblasen –> Spirale, zentrifugale Wasserbewegung = “Wasserrolle” –> sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit, 20-30 cm pro Sekunde –> (Mineral-)Partikel bis zu 0,2 mm setzen Der Sand wird zu Beginn des Beckens in einen Trichter geschoben und anschließend gewaschen. Kleinere organische Rückstände + das Waschwasser werden in den Kollektor geleitet. Reiner Sand –> Bausand / zu schmutziger Sand –> Bauschutt –> Öle, Fette und andere flüssige, wasserunlösliche Stühle entstehen. Sie werden von Schneidemaschinen entfernt. – Etwa ein Drittel der Verunreinigungen wird entfernt / BSB um 20-40% reduziert. – Sedimentation, manchmal unterstützt durch chemische Fällung (Fällung ist die Bildung eines Feststoffs aus einer Lösung) (Zugabe von z.B. Eisenchlorid) (Eisenchlorid, auch Eisenchlorid genannt, ist eine chemische Verbindung im industriellen Maßstab, mit der Formel FeCl3 und mit Eisen in der Oxidationsstufe +3) oder Flockung (Säuren ). –> Wie in natürlichen Gewässern, nur intensiver! – In der hinteren Aerobic (Zellatmung ist eine Reihe von Stoffwechselreaktionen und Prozessen, die in den Zellen von Organismen stattfinden, um biochemische Energie aus Nährstoffen in Adenosintriphosphat umzuwandeln und dann Abfallprodukte freizusetzen) wird Ammonium im Bereich Ammonium zunächst in Nitrit umgewandelt, (Das Nitrition, das die chemische Formel hat, ist ein symmetrisches Anion mit gleichen N-O-Bindungslängen) dann in Nitrat. (Nitrat ist ein polyatomares Ion mit der Summenformel und einer Molmasse von 62.0049 g/mol) × (Denitrifikation) (Denitrifikation ist ein mikrobiell unterstützter Prozess, bei dem Nitrat reduziert wird und letztendlich molekularen Stickstoff durch eine Reihe von gasförmigen Zwischenprodukten erzeugt) × Die abgebauten organischen Verbindungen, die mit einem Teil der Zerstörungen ausflocken, werden als Belebtschlamm bezeichnet. – Hier kann der BSB um bis zu 85% reduziert werden. Alternative: Das Tropfkörperverfahren Das AW wird auf poröses Material geblasen (=biologischer Rasen). Es bildet sich ein Film aus Mikroorganismen, der Schadstoffe entfernt. Nachteil: Die Zugabe von Mikroorganismen ist schwieriger zu dosieren. Chemische Reinigung, auch Filtrationsstufe – Fällung von Phosphaten durch Zugabe von Eisensalzen –> herausgefiltert – hier auch Neutralisation von Säuren & Laugen – nur in Großkläranlagen 2) der Nachklärbecken (mechanisch!) – das Wasser wird von der Mitte nach außen geleitet. – kaum Strömung –> gute Sedimentation des Belebtschlamms – Er wird in einen Trichter in der Mitte des Tanks geschoben. – Der “Rücklaufschlamm” von lebenden Mikroorganismen wird in den Belebungsbecken zurückgepumpt, um deren Konzentration stabil zu halten. – Der “Überschussschlamm” wird zum Faulturm geleitet. –> thermophil (Ein Thermophiler ist ein Organismus – eine Art Extremophiler, der bei relativ hohen Temperaturen, zwischendurch, gedeiht) Verdauung! – Aus Stapelbehältern wird es zu verschiedenen Zentrifugen zur Eindickung und Entwässerung transportiert. – Rückführung des Wassers in den Kollektor – Im 1. Faulturm (anaerobes Klima ) wird es auf 55째C erhitzt und ständig im Kreislauf geführt. – Die fakultativ anaeroben Bakterien aus dem Schlamm bauen die organischen Substanzen ab. – Es wird Methangas erzeugt –> Brennstoff für Generatoren (autark!) (70%M. 30% CO) –> Generatorwärme zur Erwärmung des Schlamms! – Verdauung (–> Stabilisierung) in anderen Faultürmen unter 35째C (weiter im Umlauf!).)) – Wiederbewässerung des Faulschlammes durch Pressen – Rückführung des Wassers in den Kollektor – Überführung des Schlammes in die Austragssilos – Nachträgliche Entnahme * Als Düngemittel (bei geringer Belastung) * Zur Deponierung (wurde bereits fast vollständig gestoppt) * Als Brennstoff in Kraftwerken oder Bergwerken – Vorteile: Teildekontamination, Reduktion der organischen Substanz um 45-60% – Problem: Silikate (aus Wasserenthärtern), die Rohre verkrusten können. Noch nicht weit verbreitete Verfahren zur Beseitigung Ansonsten: weitere Verwendung z.B. im Straßenbau Kleinere Anlagen ohne Faultürme geben den Schlamm zum Trocknen auf Schlammbetten ab. Die Entwässerung erfolgt durch Infiltration, Verdampfung und Verdampfung des Wassers. 6) Und der Gestank? Zersetzungsprozesse und das Einbringen von Luft setzen unangenehme Gerüche in die Luft frei. – Vollständige Abdeckung der betroffenen Bereiche + Absaugsysteme – chemische Gaswäscher – Bio-Oberflächenfilter (stromabwärts) Hier verbrauchen Mikroorganismen Geruchsstoffe für ihr eigenes Wachstum. Die unvermeidliche Begrünung * verhindert, dass das Filterbett durch Witterungseinflüsse austrocknet. * reduziert die Partikelabgabe. * erhöht die mikrobakterielle Besiedlungsdichte * fördert die Stickstoffverwertung * lässt die Anlage besser aussehen 7) Variationen der Tankreihenfolge – Ein weiterer Belebtschlamm (Das Belebtschlammverfahren ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser und Industrieabwässern mit Luft und einer biologischen Flocke aus Bakterien und Protozoen) Tank kann vor dem Vorklärbecken installiert werden (Klärbecken sind Absetzbecken, die mit mechanischen Mitteln zur kontinuierlichen Ablagerung von Feststoffen durch Sedimentation gebaut sind), in denen verschiedene Schadstoffe “gegessen” werden. – Es gibt Vor-, Simultan- und Nachniederschläge. Unterschied: Eintrittsort des Flockungsmittels (Flockung, in der Chemie , ist ein Prozess, bei dem Kolloide in Form von Flocken oder Flocken aus der Suspension kommen; entweder spontan oder durch Zugabe eines Klärungsmittels). Am Ende wirkt es am besten als Nachfällung in der Filterstufe!