Kläranlage Funktion

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Die Kläranlage, auch Kläranlage oder Kläranlage oder Kläranlage in der Schweiz und in Österreich auch Kläranlage (ARA), ist eine techn. Weil diese Verfahren in unterschiedlichen Behandlungsstufen hintereinander zum Einsatz kommen, werden die modernen konventionellen Abwasserbehandlungsanlagen als "dreistufig" bezeichnet. In Frankfurt-Niederrad wurde 1882 die erste Kläranlage auf dem europäischem Kontinent in Dienst gestellt.

Die Abwässer, die von der Kläranlage gesammelt und im Rahmen der Abwasserentsorgung zur Kläranlage transportiert werden, gelangen in den Einlauf der Kläranlage, wo in der Regel auch eine Einrichtung zur Erfassung des Einlaufvolumens und eine Pumpstation zur Förderung des Schmutzwassers vorhanden sind. Werden Regen- und Abwässer in einem Abwasserkanal (Mischsystem) der Kläranlage zugeführt, muss die Abwasserkanalisation in der Regel über ein Regenüberlaufsystem, einen Überlauf und/oder ein Überlaufbecken entleert werden, damit die Kläranlage nicht überfordert wird.

Das kann entweder in der Kanalisation oder in der Kläranlage erfolgen. Stehen solche Anlagen nicht zur Verfügung, muss die Kläranlage über eine größere Kapazität verfügen. Dabei wird das Abwasser in einer eigenen Leitung der Kläranlage zugeleitet, während das Niederschlagswasser über einen eigenen Abwasserkanal, ggf. nach der Aufbereitung in einem Regenklärer, in ein Oberflächenwasser einfließt.

Bei der Siebanlage wird das Schmutzwasser durch ein Gitter oder ein Lochsieb geführt. Dieses Grobgut würde die Pumpe der Kläranlage verschmutzen und das Ergebnis der biologischen Reinigung mindern. Die Schmutzfracht ist umso geringer, je enger der Kanal für das Abwässer ist. Im tiefen Sandfang fließt das Schmutzwasser von oben in das Wasserbecken und hat aufgrund seiner Wassertiefe eine verhältnismäßig lange Verweilzeit, so dass sich der schwere Sandfang am Boden des Beckens ablagert.

Der Sand wird in heutigen Betrieben nach der Entfernung aus dem Sandraum gespült, d.h. weitestgehend von organischer Begleitsubstanz gereinigt, um eine verbesserte Drainage und spätere Wiederverwertbarkeit (z.B. im Straßenbau) zu erwirken. Nicht gelöste Substanzen (Fäkalien, Papiere, etc.) lagern sich ab (absetzbare Substanzen) oder schweben auf der Unterlage. Ungefähr 30 prozentig können organische Substanzen abgebaut werden.

In den meisten Klärwerken fällt Klärschlamm an, der in den so genannten Vorverdicker gelangt (siehe Abbildung oben). Die Schlämme setzen sich ab und das Überschusswasser (trübes Wasser) wird abgesaugt und dem weiteren Klärprozess der Kläranlage wieder zugeführt. Dieser Teil der Anlage wird bei heutigen Entstickungsanlagen oft weggelassen oder verkleinert, da die im Abwasser enthaltenen organisch gebundenen Substanzen als Reduziermittel zur Entstickung durch Denitrifizierung ( "Reduktion von Nitrat (NO3-) zu N2) ") im toxischen Teil oder in der toxischen Stufe der biolog.

Ebenfalls wird dieser Anlagenabschnitt nicht in Biokläranlagen mit gleichzeitiger aerobischer Klärschlammstabilisierung eingesetzt, da sonst unstabilisierter Primärabschlamm entstehen würde. In dem Belebungsbecken können die aeroben Keime (Bakterien, Hefen) die noch im Wasser vorhandenen biologisch abbaubaren Unreinheiten durch ständige Zufuhr von Luft zersetzen. Dabei werden die in den Abwässern vorhandenen organische Substanzen durch Mikro-Organismen aufgeschlossen und die anorganischen Substanzen teiloxidiert.

In Mitteleuropa werden die meisten städtischen Klärwerke nach dem Belebtschlamm-Verfahren gefahren. Aerobe (sauerstoffverbrauchende) Keime und andere Kleinstlebewesen (z.B. Hefen) bauen dabei Kohlendioxid weitgehend ab und wandeln es zum Teil in Biogas um, wobei der aus diesen Organismen gewonnene Nitrat zunächst von anderen Keimen als Ammoniak gespalten und mit Hilfe von Nitrat ( "Nitrifikation") zu Nitrat umgewandelt wird.

In der Regel wird das Belebungsverfahren mit kontinuierlicher Strömung gefahren, d.h. das Schmutzwasser fließt ständig in das Belebtschlammbecken und das Belebtschlammwasser ab. Der Phosphor kann durch Zusatz von Fällungsmitteln auch durch chemische Reaktion, ggf. durch gleichzeitige Fällung, abgetrennt werden. Hier fließt das Schmutzwasser nicht ununterbrochen, sondern nur in begrenzten Mengen, die dann im Belebtschlammprozess (Nitrifikation und Denitrifikation) gesäubert werden, gefolgt von der Setzphase ( "Nachklärung") im gleichen Tank, und schließlich wird der belebte Schlamm ausgetragen.

Der Aktivschlamm wird durch Sedimentation vom Schmutzwasser getrennt. Insbesondere bei Abwässern mit leicht abzubauenden Organika (z.B. aus der Lebensmittelindustrie) kommt es zur Bildung von Blähschlamm. Das durch den Abbaus der Abwasserbestandteile entstandene Biomassewachstum wird als Abwasserschlamm eliminiert, in der Regel aber unter aeroben (sauerstofffreien) Verhältnissen in so genannten Faultanks durch aerobe Keimstämme zu Gärschlamm und feuergefährlichem Klärgas (im Prinzip ein Gasgemisch aus Methan und Kohlendioxid) zersetzt.

Die in Rohschlämmen enthaltene Menge an organischen Substanzen wird in der Regel bei der Vergärung auf ca. 50 % reduziert. Technisch gesehen ist der Klärschlamm mit einem Temperverlust von etwa 50 % sehr gut verdaut und beständig. Als Alternative kann das Erdgas in reiner Gasform (z.B. Schwefelwasserstoffabscheidung ) in einem Gasmotor oder in einem Blockheizkraftwerk zur Abdeckung des eigenen Energiebedarfs eingesetzt werden.

Die anfallenden Schlämme können in der Agrarwirtschaft als organische Düngemittel (Abwasserdünger) eingesetzt werden, wenn sie schadstoff- und schadstofffrei sind. Eine Deponierung des Schlamms ist nicht möglich, da er immer noch als Abwässer und nicht als Abfälle betrachtet wird. Dabei werden etwa 20 bis 30 Prozent fester (ungelöster) Schwimm- und Schwebestoffe abgeschieden.

Adsorbieren, Filtrieren und Strippen sind einige der Anwendungen, die in der modernen Abwasserbehandlung und im industriellen Wassermanagement zum Einsatz kommen. Phase 2: In der zweiten Behandlungsstufe von kommunalen Kläranlagen und zum biologischen Abwasserabbau in der Aerob- und Anaerobkläranlage werden die biologischen Prozesse durchlaufen. Die abbaubaren organischen Abwasserinhaltsstoffe werden weitestgehend vererzt, d.h. in der Aerobe Abwasserbehandlung bis hin zu den mineralischen Ausgangsstoffen zersetzt.

Sie werden in der Abwasserbehandlung in organische Säure, Methan und Kohlendioxid umgewandelt. In der Regel werden die Kohlenstoff-Verbindungen aus dem Schmutzwasser ausgeschieden. Organischer Sauerstoff und Ammoniak werden ebenfalls durch Bakteriennitrifikation und denitrifiziert. Auch in mittelgroßen und großen Klärwerken wird in zunehmendem Maße durch Bakterien abtransportiert. Phase 3: Abiotisch chemische Prozesse nutzen chemische Prozesse wie Oxydation und Präzipitation ohne Einbeziehung von Mikro-Organismen.

Bei der Behandlung kommunaler Abwässer werden sie hauptsächlich zur Phosphorentfernung durch Ausfällungsreaktionen ( "Phosphorelimination") verwendet. Darüber hinaus werden in der industriellen Wasserwirtschaft abiotisch chemische Vorgänge zur Ausfällung und zur weiteren Abwasserbehandlung (z.B. Flockung/Ausfällung/Filtration) genutzt. In Abwasserreinigungsanlagen lassen sich die Vorgänge durch ihre Reaktions-Kinetik (Makrokinetik) rechnerisch beschreiben. Stripping Strip Pool Entfernen durch Luft/Gas-Einspritzung. Die gelösten Abwasserbestandteile werden entsprechend dem Dampfdruck in die Gasphase überführt und so dem Abwasser entzogen.

Biologisch-chemische OxidationBelebtschlammverfahren, TropfkörperAerober Abbauprozess von organischen Komponenten zu mineralischen Produkten (H2O, CO ², NO3-, N2, PO43-, SO42-) durch Belebtschlamm (Belüftungsbecken) oder bakteriellen Rasen (Tropfkörper). Grundsätzlich gilt es, durch den Einsatz biologischer Verfahren (Atmung, Biomassewachstum) die zu entfernenden Abwasserbestandteile in eine Form umzuwandeln, die durch Sedimentierung oder Stripping (Gasausstoß) aus dem Schmutzwasser herausgelöst werden kann und gleichzeitig so unbedenklich wie möglich ist.

Aerobe AbwasserbehandlungReaktorAnaerobe Zersetzung von organischen Komponenten zu Mineralöle: Die Abwässer werden zu mineralischen Produkten zersetzt: Gleichzeitige FällungAktivierungstank/AbsetzbeckenEntfernung von Phosphor (als Phosphat) durch Zusatz von Eisen- oder Aluminium-Salzen zum Aktivschlamm. FällungMischbecken/ VorklärbeckenEntfernung von Phosphor (als Phosphat) durch Zusatz von Eisen- oder Aluminium-Salzen vor dem Vordruckbecken. Phosphorentfernung (als Phosphat) durch Eisen- oder Aluminiumsalze nach dem Vorklärungstank.

Der Verschmutzungsgrad von Abwasserreinigungsanlagen wird anhand von Bevölkerungsäquivalenten (PE) ermittelt. Das Bevölkerungsäquivalent ist die vereinbarte Größe der Abwasseremissionen, die für einen "Standardbewohner" zu schätzen ist. Schmutzwasser kann konzentrierter sein (weniger Schmutzwasser bei gleichbleibender Schadstoffbelastung), oder es kann einen hohen Gehalt an organischer Kohlenstoffverbindung und damit einen geringen Nährstoffgehalt aufweisen. Bei biotischem Abbauprozess muss ein Nährstoffgehalt von BSB5:N:P von etwa 100:5:1 angegeben werden, um die Keime genügend mit Sauerstoff und Phospor zu versorg.

Dabei wird davon ausgegangen, dass etwa die Haelfte der degradierten Substanz fuer das Wachstum von Biomassen genutzt wird und dass etwa 12% der Trockenmasse aus Nitrogen und etwa 2% Phosphor bestehen. Die Kläranlage war früher mit 150 bis 200 Litern Schmutzwasser pro Kopf und Tag belastet.

Bei der Auslegung der Kläranlage wird jedoch in der Regel ein Aufpreis für externes Wasser (undichte Abwasserkanäle, Entwässerungsleitungen u.ä.) angerechnet. Dies kann bis zu 100 prozentig der Schmutzwassermenge entsprechen. Für Mischkanäle (Regen- und schmutziges Wasser in einem Kanal) sind angemessene Aufschläge für die Regenwasseraufbereitung zu beachten, die in der Regel auf 100 prozentige Tagesspitzen bei trockener Witterung festgesetzt werden.

Bei der hydraulischen Auslegung (Anzahl und Grösse der Förderpumpen) der Kläranlage ist auch die Tageslastkurve wichtig. Bei BSB5 wird der biochemische Bedarf an Sauerstoff während einer Messperiode von fünf Tagen bei 20 C gemessen, der aus der Oxydation organischer Substanzen durch Aerobie.... Eine Bakterienoxidation von Ammoniak (NH3), Ammoniak (NH4+) und Nitrit (NO2-) zu Stickstoff (NO3-), die so genannte Salpetersäurebildung, sollte nicht nachgewiesen werden und wird durch einen Inhibitor wie Allylthioharnstoff (ATH) oder Natriumhydroxid-Kekse gehemmt.

Etwa 20 g davon können durch Sedimentierung in der Vorbehandlung beseitigt werden. Diese sind im Normalabwasser im Überfluss zu finden. Impfung" mit 0,3 Millilitern Haushaltsabwasser pro l aufbereiteter Probenmenge. Die präparierte Proben müssen ausreichend Nitrogen und Phosphate als Nährstoff haben. Sie wird durch die Oxydation der Abwasserbestandteile durch Kaliumdichromat ermittelt und zeichnet den Oxidationsbedarf eines großen Teils der Organika auf.

Enthält das Schmutzwasser auch oxydierbare mineralische Stoffe wie z. B. Sulphite, werden diese zusätzlich als chemische Sauerstoffbedarfe registriert. Der Stickstoff ist überwiegend in organischer Bindung (z.B. in Eiweiß, Nukleinsäure, Harnstoff) und in kleinen Mengen auch in Ammoniumionen (NH4+) und in Nitrat ( (NO3) und Nitritionen (NO2) vorliegen.

Der Phosphor ist als organische Gruppe und als freier Phosphor eingebunden. Mit dem Auswechseln, Optimieren und Steuern der Lüfter können unter bestimmten Voraussetzungen mehr als 50 % der Lüftungsenergie einspart werden. Dadurch wird ein Selbstversorgungsgrad von rund 33% des Stromverbrauchs erzielt (Stand 2009). EMU-Forscher erforschen Mikrokunststoffe im Abwasserbereich In: uni-muenster. de, 16. April 2018, Zugriff am 28. Juni 2018. x ? Energie-Effizienz von kommunalen Klärwerken, UBA, Okt. 2009, S. 3 (PDF; 2,7 MB).

1 340 GWh Elektrizität aus Faulgas. Medienmitteilung des Bundesamts für Statistik vom 09.07.2015. Abgerufen am 10.07.2015. ? Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen, Umweltbundesamt, Okt. 2009, S. 4-5 (PDF; 2,7 MB). Zurückgeholt August 2016. , , ? Energie-Effizienz von kommunalen Abwasserreinigungsanlagen, UBA, Okt. 2009, S. 6-8 (PDF; 2,7 MB).