Siedlungswasserwirtschaft Abwasserreinigung 10.05 · Feldberieselung mit unterirdischer Drainage...
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Bachelor Modul Siedlungswasserwirtschaft/Chemie
AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Siedlungswasserwirtschaft Abwasserreinigung
1. Vorlesung10.05.2006
Dipl.-Ing. Pamela Meyer
Quelle: Stadt Münster, Tiefbauamt
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Gliederung
1. Abwasserreinigung
1.1 Einleitung
1.2 Zielsetzung und rechtliche Vorgaben
1.3 Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
1.4 Abwasserreinigungsverfahren
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Gliederung
1. Abwasserreinigung
1.1 Einleitung
1.2 Zielsetzung und rechtliche Vorgaben
1.3 Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
1.4 Abwasserreinigungsverfahren
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Feldberieselung mit unterirdischer Drainage (im Bau, ca. 1890)
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Rechenanlage, vor 1912;das Rechengut wird maschinell entfernt
Klärbecken mit Schlammschiebern,
Bolton, 1912
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Emscherbrunnenanlage Grosslappen, München, 1925
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Hochbelastete Tropfkörper, um 1960
Schwachbelasteter Tropfkörper, um 1905
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Gliederung
1. Abwasserreinigung
1.1 Einleitung
1.2 Zielsetzung und rechtliche Vorgaben
1.3 Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
1.4 Abwasserreinigungsverfahren
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Zielsetzung und rechtliche Vorgaben für die Abwasserbehandlung
• EG-Abwasserrichtlinie 91/271/EWG
• WHG, 2002
• AbwV, 2001
• AbwAG, 1994
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Entwicklung der gesetzlichen Anforderungen an die Abwasserreinigung
Keine KanalisationAbwasser wird auf Straßen geleitetVermischung von Trinkwasser mit AbwasserHäufige Epidemien wie Pest und Typhus
Mittelalter
wird in einem Kanal gesammelt Regen- und Schmutzwasser
und in Gewässer geleitetEindämmung von Epidemien
1880
Kanalisation auch in kleineren StädtenMechanische Abwasserreinigung
1910
Behandlung von Abwasserin Abwasserteichen
1900
Rhein ist sehr stark belastet und droht umzukippen. Biologische Abwasserreinigung und Mindestanforderungenwerden gesetzlich formuliert.
1970
Robbensterben und Algenpest in der Nordsee führenzur Festlegung der Nährstoffelimination
1990
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Zielsetzung und rechtliche Vorgaben für die kommunale Abwasserbehandlung
• Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) vom 19. August 2002Als Rahmengesetz erfolgt die Ausfüllung und Konkretisierung durch die Landeswassergesetze
Erlaubnisverfahren nach §7a Abs. 1
• Abwasserverordnung (AbwV) vom 15. Oktober 2002Festlegung der Anforderungen für die wasserrechtliche Erlaubnis
Festlegungen für häusliches und kommunales Abwasser und für Abwasser bestimmter Industriebranchen.
Dient auch der Umsetzung der EG Richtlinie 91/271/EWG über die Behandlung von kommunalem Abwasser
• Abwasserabgabengesetz (AbwAG) vom 3. November 1994Festlegung der Abwasserabgabe erfolgt nach Schadeinheiten
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Anforderungen an das Einleiten von Abwasser entsprechend § 7a Abs. 1 WHG, 2002
„Eine Erlaubnis für das Einleiten von Abwasser darf nur erteilt werden, wenn die Schadstofffracht des Abwassers so gering gehalten wird,wie dies bei der Einhaltung der jeweils in Betracht kommenden Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist.
Die Bundesregierung legt durch Rechtsverordnung mit Zustimmung des Bundesrates Anforderungen fest, die dem Stand der Technik entsprechen.“
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Herkunft der Bundesweiten Stickstoffeinträge in die Gewässer
(Quelle: Umweltdaten Deutschland 1998, Umweltbundesamt)
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Anforderungen an kommunales Abwasser entsprechend Anhang 1 der Abwasserverordnung (AbwV, 2002)
Größenklassen der Anlagenkg/d BSB5 (roh)
CSB BSB5 NH4-N Nges Pges
mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
Qualifizierte Stichprobe oder 2-Stunden-Mischprobe
1 (< 60 kg) 150 40 -
2 (60 bis 300 kg) 110 25 -
3 (300 bis 600 kg) 90 20 10
4 (600 bis 6000 kg) 90 20 10 18 2
5 (> 6000 kg) 75 15 10 13 1
Nges entspricht Nanorg (Summe von Ammonium-, Nitrit- und Nitratstickstoff) Überwachungstemperatur für NH4-N und Nges: TÜW = 12 °C
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Abwasserabgabe und Schadeinheitenentsprechend dem Abwasserabgabengesetz
100 mg je Liter und10 kg Jahresmenge
2 kg Halogene, berechnet als organisch gebundenes Chlor
Organische Halogenverbindungen als adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX)
5 mg je Liter und125 kg Jahresmenge
25 kgStickstoff
0,1 mg je Liter und15 kg Jahresmenge
3 kgPhosphor
20 mg je Liter und 250 kg Jahresmenge
50 kg SauerstoffOxidierbare Stoffe in chemischem Sauerstoffbedarf (CSB)
Schwellenwerte nach Konzentration und Jahresmenge
Einer Schadeinheit entsprechen jeweils folgende volle Messeinheiten
Bewertete Schadstoffe und Schadstoffgruppen
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Abwasserabgabe und Schadeinheitenentsprechend dem Abwasserabgabengesetz
(Fortsetzung)
Schwellenwerte nach Konzentration und Jahresmenge
Einer Schadeinheit entsprechen jeweils folgende volle Messeinheiten
Bewertete Schadstoffe und Schadstoffgruppen
GF = 23000 m3 Abwasser geteilt durch GF
Giftigkeit gegenüber Fischen
und1 mg 100 g5 mg 500 g50 mg 2,5 kg50 mg 2,5 kg50 mg 2,5 kg100mg 5 kgje Liter Jahresmenge
20 Gramm100 Gramm500 Gramm500 Gramm500 Gramm1000 Gramm Metall
Metalle und ihre Verbindungen:QuecksilberCadmiumChrome NickelBleiKupfer
§9 AbwAG: „Abgabepflichtig ist, wer Abwasser einleitet (Einleiter)“Der Abgabesatz errechnet sich aus Schadeinheiten (SE). Kosten für eine SE = 35,79 Euro/a
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Zukünftige Entwicklungen in der Rechtssprechung
• Eine Änderung der Abwasserverordnung in Verbindung mit einer Änderung des Abwasserabgabengesetzes ist in Vorbereitung
Austausch des Parameters GF (Fischgiftigkeit nach Verfahren DIN 38412-L31) durch den Parameter GEI (Fischgiftigkeit nach Verfahren DIN 38415-T6)
Austausch des Parameters CSB durch TOC
• Auswirkungen dieser Änderungen sind:Umstellung sämtlicher Bescheide
Umstellung des Kläranlagenbetriebes auf geänderte Überwachungsparameter
Überarbeitung und Fortschreibung der technischen Regelwerke
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Richtlinien für die Abwasserbehandlung
A 131 „Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen“ (Mai 2000)
A 281 „Bemessung von Tropfkörpern und Rotationstauchkörpern“(September 2001)
A 198 „Vereinheitlichung und Herleitung von Bemessungswerten für Abwasseranlagen“(April 2003)
Die Bemessung von Kläranlagen erfolgt auf der Grundlage der Arbeitsblätter der „Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall“ (ATV-DVWK). Maßgebende Arbeitsblätter sind:
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Gliederung
1. Abwasserreinigung
1.1 Einleitung
1.2 Zielsetzung und rechtliche Vorgaben
1.3 Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
1.4 Abwasserreinigungsverfahren
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
• Abwasserinhaltsstoffe und deren Wirkung
• Abwasseranfall
• Mischwasserabfluss nach A 198
• Gewässergüteklassen
Giftige Stoffe
Höhere Temperaturen
Sand, Schlamm
Stoffe, die Flora und Fauna beeinflussen.
Schadstoffhaltige Abwässerpolluted waste water
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Abwasserinhaltsstoffe
CH4 H2SCO2NH3
O2
Anaerob
Tote Biomasse
Algen
Faulgas
Faulschlamm
Nährstoffe: Eutrophierung durch N und P, besonders in stehendem Gewässer durch starkes Algen-wachstum,Probleme bei Algensterben
Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf Gewässer
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserinhaltsstoffe
Störstoffe: Störung technischer Einrichtungen zur Gewinnung und Reinigung von Wasser z. B. durch Sand, Öl, korrosive Stoffe etc.
Zehrstoffe: Sauerstoffverbrauch im Gewässer durch Organik, gemessen als CSB und BSB5
Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf Gewässer
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserinhaltsstoffe
Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf Gewässer:
Giftstoffe Vergiftung im Gewässer durch hemmende und toxische Wirkungen infolge von Giften, Radioaktivität, Bakterien und Viren
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Abwasserinhaltsstoffen
Klassierung der Abwasserinhaltsstoffe
Stoffe im Abwasser
partikuläre Stoffe (> 0,45 µm)
gelöste Stoffe (< 0,45 µm)
anorganischeNitrat, Phosphor
organischeCSB, BSB5
anorganische anorgTS
organischeCSB, BSB5
abbaubare inerte abbaubare inerte
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Organische Stoffverbindungen• Die organische Chemie umfasst alle Kohlenstoff-
verbindungen mit Ausnahme der wasserstofffreien Chalkogenide (z.B. Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Schwefelkohlenstoff) und deren Verbindungen (Kohlensäure, Carbonate), sowie der Carbide und Metallcarbonyle.
• Biologisch abbaubare organische Stoffe dienen als Nährstoffe für Mikroorganismen (Bakterien, Pilze...). Zur Energiegewinnung werden die organischen Stoffe unter Sauerstoffverbrauch umgesetzt.
• Zu viele organische Stoffe im Wasser führen zum vermehrtem Wachstum von Mikroorganismen und zum sauerstoffarmen Milieu im Wasser.
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserinhaltsstoffe
Kohlenstoff gesamter Kohlenstofftotal carbon TC
anorganischer Kohlenstofftotal inorganic carbon TIC
organischer Kohlenstofftotal organic carbon TOC
chemischer Sauerstoffbedarf CSB
biochemischer Sauerstoffbedarf BSB
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Summenparameter und Einzelstoffe
Ein Einzelstoff ist ein Element aus der Menge der Schmutzstoffe.
Einzelstoffe im Abwasser:• Nitrat (NO3)• Nitrit (NO2)• Ammonium (NH4)• Phosphor (P)
Beschreibt die gleichartigen Merkmale der unterschiedlichen Abwasserinhaltsstoffe, die durch ein bestimmtes Analyseverfahren nachgewiesen und bestimmt werden können.
Summenparameter für Abwasser:
• Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB)
• Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)
• Fischtoxizität
• gesamter gebundener organischer Kohlenstoff (TOC)
• adsorbierbare organische Halogenverbindungen (AOX)
EinzelstoffSummenparameter
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Summenparameter
Kaliumdichromat
Abwasser
CSB [mgO2/l]
Menge an Sauerstoff, welche zur Oxidation der gesamten im Wasser enthaltenen organischenStoffe verbraucht wird. Bestimmung im Labor mit Zugabe von Kaliumdichromat zum Abwasser.
BSB [mgO2/l]
Maßzahl für die Menge an im Wasser gelöstem Sauerstoff, der in einer bestimmten Zeit durch Mikroorganismen zum biologischen aeroben Abbau gelöster organischerVerbindungen im Abwasser benötigt wird (Veratmung). Der Verbrauch nach 5 Tagen bei 20°C wird ermittelt (BSB5).
BSB < CSBBSB ist nur eine Teilmenge des CSB. Verhältnis BSB:CSB ca. 1:2
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Summenparameter
TOC [mg/l]
Konzentration an organisch gebundenem Kohlenstoff als Maß der organischen Substanzen im Abwasser. TOC und CSB beziehen sich auf die gleichen Teilmengen an Schmutzstoffen im Abwasser.
Vorteil: Sehr schnelle Ermittlung im Labor mit kleinen Probenmengen. Die Wasserinhaltstoffe werden verbrannt, und die entstehende Kohlendioxidmenge wird durch Infrarotspektroskopie bestimmt.
Erfassung des gelöste organische und des partikulär organisch gebundene Kohlenstoffes.
TOC Gehalte in• gering belastete Gewässer: 1-2 mg/l• stark verschmutzten Gewässern: > 10 mg/l
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Abwasserinhaltsstoffen
Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf Gewässer:
Zehrstoffe Sauerstoffverbrauch im Gewässer durch Organik, gemessen als CSB und BSB5
Nährstoffe Eutrophierung durch N und P, besonders in stehendem Gewässer durch starkes Algenwachstum, Probleme bei Algensterben
Giftstoffe Vergiftung im Gewässer durch hemmende und toxische Wirkungen infolge von Giften, Radioaktivität, Bakterien und Viren
Störstoffe Störung technischer Einrichtungen zur Gewinnung und Reinigungvon Wasser z. B. durch Sand, Öl, korrosive Stoffe etc.
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserinhaltsstoffe
Stickstoff
NH4+ Ammonium ⇒ sauerstoffzehrend, eutrophierend
NH3 Ammoniak ⇒ starkes Fischgift (0,1 – 0,8 mg/l toxisch)
NO2- Nitrit ⇒ starkes Fischgift (0,15 – 0,55 mg/l toxisch)
NO3- Nitrat ⇒ eutrophierend
gesamter StickstoffNges
organischer Stickstof fNorg = TKN - NH4-N
anorganischer Stickstof fNanorg
NitritNO2-N
AmmoniumNH4-N
NitratNO3-N
Kjeldahl Stickstof fTKN = Norg + NH4-N
Wichtig !Bemessungs- und Grenzwerte beziehen sich meist auf den Stickstoff in der Verbindung:NH4 – N → 14/18 (Gewicht N/Gewicht Verbindung)NO3 – N → 14/62 (Gewicht N/Gewicht Verbindung)
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
NH4+ / NH3 - Gleichgewicht
Ammonium-Stickstoff existiert im Wasser als Ammoniumion NH4+
und als Ammoniak NH3. Der relative Anteil NH4+ / NH3 ist abhängig
vom pH-Wert und von der Temperatur.
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
AbwasserinhaltsstoffePhosphor
• ist in vielen Fällen der limitierende Faktor für Gewässer.
• führt zur Düngung und damit zu einer entsprechenden Erhöhung der Biomasse. Das Verhältnis N zu P für den Aufbau der Biomasse liegt bei 13/1.
• essentieller Nährstoff, durch den die Eutrophierung von Gewässern gesteuert wird.
Hauptquelle: fäkale Ausscheidungen
gesetzlichen Begrenzung des Phosphatgehalts in Waschmitteln
deutliche Verminderung der Phosphorfracht im Rohabwasser
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserinhaltsstoffe
- Schlammablagerungen, Fäulnisvorgänge,
Sauerstoffzehrung
- Sauerstoffzehrung
- Sauerstoffzehrung
- Sauerstoffzehrung, Toxizität, Probleme bei
nachgestalteter Trinkwasseraufbereitung
- Eutrophierung, Sauerstoffzehrung, Probleme
bei nachgeschalteter Trinkwasseraufbereitung
- Toxizität, Akkumulation in der Nahrungskette
Probleme bei nachgeschalteter
Trinkwasseraufbereitung
- Verschlechterung der Hygienischen
Beschaffenheit
Stoffgruppen und deren Wirkung auf die Gewässer
• Absetzbare Stoffe ASS [mg/l]
• Abfiltrierbare Stoffe AFS [mg/l]
• Nichtabsetzbare, biologisch
abbaubare organische Stoffe
• Ammoniak NH 3 [mg/l]
• gelöste anorganische Nährstoffe
(Nitrat NO3, Phosphat Pges)
• gelöste biologisch resistente Stoffe
• gelöste anorganische Stoffe
• pathogene Mikroorganismen
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserinhaltsstoffe
• Absetzbare Stoffe ASS [mg/l]
• Abfiltrierbare Stoffe AFS [mg/l]
• Nichtabsetzbare, biologisch
abbaubare organische Stoffe
• Ammoniak NH 3 [mg/l]
• gelöste anorganische Nährstoffe
(Nitrat NO3, Phosphat Pges)
• gelöste biologisch resistente Stoffe
• gelöste anorganische Stoffe
• pathogene Mikroorganismen
- Siebung und Sedimentation
- Mikrosiebung, Filtration
- Biologische Verfahren
- Oxidation von Ammonium (Nitrifikation)
- Nitrifikation und Denitrifikation,
- chemische und biologische P-Elimination
- Aktivkohleadsorption, chemische Oxidation
- Desinfektion, Sandfilter
Stoffgruppen und Reinigungsverfahren
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
AbwasserinhaltsstoffeZusammenfassung der relevanten Parameter zur
Bewertung der Verschmutzung von Abwasser
OrthophosphatPO4-P
GesamtphosphorPges
AmmoniumNH4-N
GesamtstockstoffNges
Gesamt organischer KohlenstoffTOC
Chemischer SauerstoffbedarfCSB
Biologischer SauerstoffbedarfBSB5
Abfiltrierbare StoffeAFS
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Mittlere Konzentrationen in mg/lStoff
Schmutzwasserabfluss Regenwasserabfluss
AFS 400 150
BSB 300 12
CSB 600 120
TOC 150 30
Nges 60 2,25
NH4 - N 40 1,5
Pges 20 2
PO4 - P 12 1,5
Abwasserinhaltsstoffe
Mittlere Konzentrationswerte im Abwasser
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Einwohnerspezifische Frachten nach ATV A 131 (2000)
1,61,61,8P
101011TKN
253570TS
8090120CSB
404560BSB5
1,5 – 2 h0,5 – 1 h
Durchflusszeit der Vorklärung bei TrockenwetterRohwasserParameter
Tabelle 1: Einwohnerspezifische Frachten in g/E·d, die an 85% der Tage unterschritten werden, ohne Berücksichtigung des Schlammwassers
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
AbwasseranfallAbwasser – was ist das?
Abwasser
Schmutzwasser Niederschlagswasser Fremdwasser
häusliches gewerbliches /industrielles
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Häusliches Schmutzwasser
Abfallstoffe,Staub,
Textilreste
Fäkalien Urin
Hygieneartikel
Spülmittel, Fett, Lebensmittelreste
Waschmittel
KosmetikartikelMedikamentenreste
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Durchschnittlicher Wasserverbrauch in DeutschlandEntwicklung des personenbezogenen Wasserverbrauchs
- in Liter pro Einwohner und Tag-
150
145
140
135
130
125
120
115
147144
140
134133 132
130 130129 130 129 128
1990 1992 1994 1996 1998 2000 ...
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Gewerbliches / industrielles Schmutzwasser
kann schwer abbaubare organische Substanzen,
Öle, Fette, Schwer-metalle, Salze, Gifte und ätzende Stoffe enthalten
wird z.T. auf eigenen Kläranlagen behandelt
(Direkteinleiter)
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Niederschlagswasser
Dachflächen
Straßen, Gehwege
Parkplätze
sonst. versiegelten Flächen
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Fremdwasser
Fremdwasser sind unverwünscht in die Kanalisation gelangende Abflüsse:
z. B. eindringendes Grundwasser, Drainagen etc.
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Fremdwasser
Herkunft
• diffuse Quellen (Drainagewasser)
• Bäche
• Wasserhaltungen auf Baustellen
• Undichtigkeiten Kanalisation (Grundwasser)
Fremdwasser ist Wasser das in die Kanalisation gelangt, obwohl es sauberer ist als das im Ablauf der
Kläranlage
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Häufigkeitsverteilung der Fremdwasseranteile von 1461 kommunalen Kläranlagen (Jahr 2000)
source: Quelle: Arbeitsbericht ATV 2003
Fremdwasseranteil in % vom Schmutzwasser20 30 40 50 60 70 80 90 1000
010
102030405060708090
100
Su
mm
enan
teil
e in
%
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Ermittlung der Fremdwassermenge über das Nachtminimum
Nachtminimum
Abflussganglinie ausgewählte Trockenwettertage Kanal Dormund Scharnhorst 2002
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Gewerbliche Schmutzwassermenge
flächenabhängig
Betriebe mit geringem Wasserverbrauch:≈ 0,2 – 0,5 [L / (s · ha)]
Betriebe mit mittlerem bis hohem Wasserverbrauch:≈ 0,5 – 1,0 [L / (s · ha)]
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Fremdwassermenge
Ebenfalls flächenabhängig wenn keine Messungen vorliegen:≈ 0,05 – 0,15 [L / (s · ha)]
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
In SW-Kanäle abfließende Niederschläge
Ebenfalls flächenabhängig wenn keine Messungen vorliegen:≈ 0,2 – 0,7 [L / (s · ha)]
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasseranfall
0 4 8 12 16 20 24 h0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Tageszeit in Stunden
Mittelwert desSchmutzwasserabflusses
x-fache des Mittelwertes (unterschiedliche x für Gewerbe und häusliches Abwasser)
Schwankung des Schmutzwasserabflusses
Bemessung der Kläranlage auf Gesamtabfluss
im Jahres-mittel in 24 d
(m³/d)
Bemessung von Kanälen auf Maximalabfluss (l/s)
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
]s/l[1000
AEDqQ 1,k,Emax,h,H
max,h,H
⋅⋅=
spezifischer häuslicher Schmutzwasseranfall (Einwohnerabhängig)
[l/(s*1000 E)]
Siedlungsdichte im Einzugsgebiet [E/ha]
Fläche des durch die Kanalisation erfaßten
Wohngebietes [ha]
oder direkt die Anzahl der Einwohner [E]
Maximal stündlicher häuslicher Schmutzwasserabfluss
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Häuslicher Schmutzwasserabfluss im Jahresmittel
]/³[24
max,max,,, hm
xQQ HhH
aMH
⋅=
oder
]/³[24
,,, hm
wEZQ aMds
aMH ⋅=
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Maximal stündlicher industrieller und gewerblicher Abfluss
k,Emax,h,Gmax,h,G AqQ ⋅=
g: betrieblich spezifische Spitzenabflussspende für
industriellen und gewerblichen Abfluss [l/(s*ha)]
Fläche des durch die Kanalisation erfassten
Wohngebietes [ha]
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Bachelor Modul Siedlungswasserwirtschaft/Chemie
AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Betrieblicher Schmutzwasserabfluss im Jahresmittel
]/³[24
max,max,,, hm
xQQ GhG
aMG
⋅=
oder
]/³[,, hmAqQ GEGaMG ⋅=
31.05.2006 Folie 57
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Divisor XQ,max für die Bemessungswassermengen
Spitzenfaktoren entsprechend A 198 (für den gesamten Schmutzwasseranfall)
31.05.2006 Folie 58
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Fremdwasserabfluss im Jahresmittel
kEFaMF AqQ ,, ⋅=
f: Fremdwasserspezifische Abflussspende für Fremdwasser [l/(s*ha)]
Fläche des durch die Kanalisation erfassten
Wohngebietes [ha]
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Maximal stündlicher Trockenwetterabfluss
aMFhGhHhT QQQQ ,max,,max,,max,, ++=
31.05.2006 Folie 60
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Täglicher Trockenwetterabfluss im Jahresmittel Abfluss zur Kläranlage
[ ]dmQQQQ aMFaMGaMHaMdT /³24)( ,,,,, ⋅++=[m³/h] [m³/h] [m³/h]
24,max,max,,max,max,,,, ⋅+⋅+⋅= aMFGhGHhHaMdT QxQxQQ
31.05.2006 Folie 61
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Bemessungswassermenge aus MessungenFall: Tagesmessungen sind vorhanden
05
101520253035404550556065707580859095
100
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000
Trockenw ettertageszufluß [m ³/d ]
Su
mm
enh
äüfi
gke
it [
%]
Zufluss aus dem Entwässerungsgebiet im Mischverfahren: 85% Perzentil
Berücksichtigung von Zulaufschwankungen
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
05
101520253035404550556065707580859095
100
400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000
Trockenw ettertageszufluß [m ³/d ]
Su
mm
enh
äüfi
gke
it [
%]
Zufluss aus dem Entwässerungsgebiet im Trennverfahren: 99 % Perzentil
Bemessungswassermenge aus MessungenFall: Tagesmessungen sind vorhanden
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Vereinheitlichung und Herleitung von Bemessungswerten nach ATV-DVWK-A 198
• Herleitung von vereinheitlichten Bemessungswerten für Entwässerungssysteme und kommunalen Kläranlagen
• Bereitstellung eines einheitlichen Systems für Kurzzeichen
• Neuer Ansatz für die Schnittstelle Kanal – und Kläranlage
KA
RWB
Gewässer
Obtimierungsansatz nach A 198
Kanalnetz
Regenabfluss von unbefestigten kanali-
sierten Flächen
gewerblicher undindustrieller
Schmutzwasserabfluss Niederschlag
häuslicher Schmutzwasser-
abfluss
Regenabflussvon befestigten
Flächen
Fremdwasser
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
diffuse Einleitungen
KA
Legende:
EZGRWBKA
EinzugsgebietRegenwasserbehandlungsanlageKläranlageInput-Parameter in das SystemAustauschparameter zwischen SystemkomponentenSystemkomponenten
Versicke-rungsmulde
gewerblicher undindustrieller
Schmutzwasserabfluss Regen(reihe)
natürlichesEZG
RWBGrund-wasser
Kanalnetz
Gewässer oderGewässerabschnitt
Kanalnetz
Fremdwasser-abfluss
häuslicher Schmutzwasser-
abfluss übliche Systemgrenzebeim immissionsorientierten
Nachweis
Regenabfluss von unbefestigten kanali-
sierten Flächen
kanalisiertesEZG
Regenabflussvon befestigten
Flächen
Vereinheitlichung und Herleitung von Bemessungswerten nach ATV-DVWK-A 198
31.05.2006 Folie 65
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
QT,d,aM = (QH,aM + QG,aM + QF,aM) •24 [m³/d]oder nach Messungen
QM = fS,QM • QS,aM + QF,aM [m³/h] (nach ATV-DVWK-A 198, 2003)
Abwasseranfall bei MischsystemErmittlung des Zuflusses zur Kläranlage
fS,QM
Verhältnis zwischen 85%-Wert und Jahresmittelwert:Qs,d,85/Qs,aM
Spitzenfaktor gemäßA 118:1/8 (ländliche
Gebiete)1/16 (Großstädte)
fS,QM = 6 - 9 (kleine Einzugsgebiete)
fS,QM = 3 - 6 (Großstädte)
31.05.2006 Folie 66
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Ermittlung des Mischwasserabflusses QM zur Kläranlage nach ATV-DVWK-A 198
QM = fS,QM • QS,aM + QF,aM (nach ATV-DVWK-A 198, 2003)
fS,QM
Verhältnis zwischen 85%-Wert und Jahresmittelwert:Qs,d,85/Qs,aM
Spitzenfaktor gemäß A 118:1/8 (ländliche Gebiete) 1/16 (Großstädte)
fS,QM = 6 - 9 (kleine Einzugsgebiete) fS,QM = 3 - 6 (Großstädte)
31.05.2006 Folie 67
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
AbwassermengenZiel: Bemessung der Belebung und der Nachklärung für:• hydraulische Lastfälle• stoffliche Lastfälle
Regenwetterzufluß= max. Zufluß
QM =fS,QM • QS,aM + QF,aM
Trockenwetterzufluß= max. Zulauffracht
QT,max = QS,max + QF,aM= max. TW-Zufluß
Tageszufluß= QT,d,aM (Q)
Jahreszufluß/365d
⇓ ⇓ ⇓Auslegung Nachklärung für Belebungsanlagen (hydraulisch)
Belebung und Tropfkörper
Auslegung interne Rezirkulation
(Belebung) (hydraulisch)
Berechnung der maßgebenden Frachten für Belebungs- und Tropfkörperanlagen (stofflich)
Einordnung in Größenklasse
nach AbwV
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Gliederung
1. Abwasserreinigung
1.1 Einleitung
1.2 Zielsetzung und rechtliche Vorgaben
1.3 Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung
1.4 Abwasserreinigungsverfahren
31.05.2006 Folie 69
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Abwasserreinigungsverfahren
Stufen der Abwasserreinigung
Mechanische Verfahren
Biologische Verfahren
Chemische Verfahren
Reststoffbehandlung/-beseitigung
31.05.2006 Folie 70
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Schematische Darstellung der mechanisch biologischen Abwasserreinigung
Vor-klärung
NitrifikationVN
NachklärungDeniVD
interne Rezirkulation QRz
Ablauf
Rücklaufschlamm QRS
Überschuss-schlammabzug QÜS,d
Volumen Belebungsbecken VBB = VD + VN
Zulauf
Primär-schlammabzug QPS,d
31.05.2006 Folie 71
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Stufen der Abwasserreinigung1. mechanische Abwasserreinigung
3. Sandfang
2. Rechen/Siebung
1. Einlaufbauwerk
4. Vorklärbecken
31.05.2006 Folie 72
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Stufen der Abwasserreinigung2. biologische Abwasserreinigung
5. Selektorbecken Vermischung mit Belebtschlamm
7. Belebungsbecken (Denitrifikation)
8. Zwischenpumpwerk
9. Belebungsbecken(Nitrifikation/Denitr.)
10. Nachklärbecken
13. Pumpwerk Rücklaufschlamm
31.05.2006 Folie 73
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AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Stufen der Abwasserreinigung3. chemische Abwasserreinigung
6. Dephosphatisierung
20. Eisensalzanlage
31.05.2006 Folie 74
Bachelor Modul Siedlungswasserwirtschaft/Chemie
AbwasserreinigungBauwissenschaften •Siedlungswasserwirtschaft
Schnitt durch eine Kläranlage
Regenüberlaufbecken
Rechen Belüfteter Sandfang
IDM-MessungVorklärbecken
Verteilerbauwerk Belebungsbecken Verteilerbauwerk Nachklärbecken
Biologische Reinigungsstufe
mechanische Reinigungsstufe
Rücklaufschlammzur Schlammbehandlung
zur Schlammbehandlung