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Kommunales Abwasser

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Abwasserbehandlungsprozesse – minimaler Aufwand, beste Ergebnisse

Jede Kläranlage ist anders. Es gibt verschiedene Ausbaugrößen, spezifische Behandlungsziele, unterschiedliche Prozesse und Geräte sowie speziell festgelegte Abwassergrenzwerte. Fast jede Anlage ist mit steigenden Energie-, Chemikalien- und Schlammentsorgungskosten sowie mit sich verschärfenden gesetzlichen Vorschriften konfrontiert.

Bei Hach®  stellen wir uns der Herausforderung, Analytik und Optimierungsbausteine zur Abwasserreinigung kontinuierlich zu verbessern. Dazu gehören die Nährstoffelimination, die Belüftungssteuerung, die Optimierung der Nitrifikation und Denitrifikation, die Schlammentwässerung und andere Anlagenfunktionen. Ob bei der primären, sekundären oder tertiären Abwasserbehandlung, beim Verständnis der Schlammbehandlung oder bei der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften – wir stehen gern mit Rat und Tat zur Verfügung. Nutzen Sie unser Water Intelligence System Claros. Mit diesen neuesten innovativen Anwendungen von Hach können Sie die gesetzlichen Vorschriften einhalten und Betriebskosten senken. Minimaler Aufwand bei besten Ergebnissen – und die Gewissheit, dass Ihre Anlage reibungslos funktioniert.

Abwassertechniker auf einer kommunalen Kläranlage bei der Prüfung und Behandlung von Abwasser

Übersicht über die Abwasseraufbereitung

Graphic of Wastewater treatment overview showing the wastewater process.


Abwassersammlung

Moderne Kanalsammelsysteme transportieren das Abwasser durch ein Rohrsystem von Wohngebäuden, Gewerbe- und Industrieanlagen zu Kläranlagen zur Aufbereitung und Entsorgung. Einige Systeme, die als Mischkanalisation bezeichnet werden, führen neben dem Abwasser aus privaten und gewerblichen Quellen auch Regenwasser ab.

Das Abwasser fließt durch unterirdische Kanalnetze, meist durch Schwerkraft, manchmal aber auch durch Pumpen zu Hubstationen. Je nach Topographie eines Gebietes variieren diese Druckleitungen in ihrer Länge bis zu einigen Kilometern.

Grafik einer Abwasser-Sammelanlage

1. Industrieabwasser
2. Kommunales Abwasser
3. Regenwasser


Vorbehandlung und primäre Behandlung

Bei der ersten Station einer Kläranlage handelt es sich in der Regel um einen Rechen, mit dem grobe Inhaltsstoffe wie z.B. Toilettenpapier, Hygieneartikel, Stoffreste oder sogar Holz "herausgekämmt" werden. Den gleichen Effekt haben mechanische Siebe oder rotierende Siebtrommeln. Anschließend wird die Fließgeschwindigkeit des Wassers verringert, sodass sich schwerere anorganische Bestandteile wie Kies und Sand am Boden absetzen und somit entfernt werden können. Das Rechengut und der Sand werden teilweise gewaschen und verdichtet, bevor sie entfernt werden. Diese Vorbehandlungsprozesse in dem auch als Einlaufgruppe bezeichneten Anlagenteil sind für moderne Abwasseraufbereitungsanlagen sehr wichtig, da Sand und grobe Verunreinigungen die Mechanismen der nachfolgenden Prozesse empfindlich beeinträchtigen würden. Die abgesetzten Feststoffe werden als Primärschlamm bezeichnet und oft in einem nachfolgenden Prozess eingedickt, bevor sie in einen anaeroben Fermenter geleitet werden.

In der Einlaufgruppe werden außerdem leichte Bestandteile wie Fette und Öle die an der Oberfläche schwimmen, gesammelt und in der Regel direkt dem anaeroben Fermenter zugeleitet. Ein typisches primäres Absetzbecken entfernt etwa 70 % der Feststoffe und 45 % des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) aus dem gesiebten Abwasser. Moderne Anlagen, die verbesserte biologische Nährstoffentfernungsverfahren betreiben, extrahieren oder fermentieren oft den Kohlenstoff im Primärschlamm und dosieren diesen Seitenstrom in anaerobe oder anoxische Prozesse als Nahrungsquelle für die jeweilige biologische Reinigungsstufe wieder zu.

Graphic of the Preliminary and Primary treatment step in the wastewater treatment course- screen/grit removal and primary clarifier

1. Entfernung von Sand
und Rechengut aus
dem Zulauf
2. Primäres Absetzbecken


Zweite Aufbereitungsstufe

Bei der zweiten Aufbereitungsstufe werden die lösliche organische Substanz, Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor und die meisten der suspendierten Feststoffe entfernt, die bei der ersten Aufbereitungsstufe nicht erfasst wurden. Oft werden biologische Prozesse eingesetzt, in denen Mikroorganismen organische Verbindungen und Nährstoffe metabolisieren, um selbst zu wachsen und sich zu vermehren. Die beiden am häufigsten verwendeten biologischen sekundären Behandlungsprozesse sind suspendiertes Wachstum und Wachstum auf Trägermaterial. Ein suspendierter Wachstumsprozess fördert das Wachstum von suspendierten Mikroorganismenflocken aus einzelnen Organismen, die bereits im Abwasser und im Rücklauf-Belebtschlamm vorhanden sind. Die Flocken enthalten Organismen, die die Schadstoffe in aeroben, anoxischen und anaeroben Umgebungen entfernen können. Nach der Entfernung der Schadstoffe wird das Wasser-Flockengemisch einem Nachklärungsprozess zugeführt, wo die Flocken sich über die Schwerkraft vom Wasser trennen. Ein Teil des Schlamms am Boden des sekundären Absetzbeckens wird dann wieder zurückgepumpt, um sich mit dem Primärabwasser (Rücklaufschlamm) zu vermischen. Der Rest des Schlamms wird aus dem Prozess entfernt (Überschussschlamm), um ideale Bedingungen für die Mikroorganismen zu schaffen. Wachstumssysteme auf Trägermaterial setzen auf Mikroorganismen, die sich an ein Medium binden und einen Biofilm bilden. Das Abwasser wird über die biofilmbeschichteten Medien geleitet, wobei die Mikroorganismen die Schadstoffe entfernen. Wie beim suspendierten Wachstumsprozess werden Biofilmfragmente und suspendierte Flocken zur Trennung in ein Nachklärbecken geleitet, wo Schlamm recycelt und verbraucht wird und sauberes Wasser in den nächsten Prozess eingeleitet wird.

Damit die biologische Behandlung effizient funktioniert, benötigen Organismen Nährstoffe in einem ausgewogenen Verhältnis, einschließlich Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor (bezeichnet als C:N:P), sowie Spurenelemente wie Eisen, Kupfer, Zink, Nickel, Mangan, Kalium, Schwefel und andere Komponenten, die typischerweise im Abwasser vorhanden sind. Das allgemein akzeptierte C:N:P-Verhältnis beträgt 100:5:1, obwohl einige Anlagen außerhalb dieses Verhältnisses Erfolg haben. Es kann dann aber zu Polysaccharidschleimbildung oder filamentösem Bakterienwachstum kommen, welche die Biologie hemmen und sich im Nachklärbecken ansiedeln.

Mehrere biologische Prozesse können zur vollständigen Nachbehandlung eingesetzt werden, einschließlich Pfropfenströmungsbelebungsbecken, volldurchmischte Belebungsbecken, kaskadierte Becken, Oxidationsgraben, Tropfkörper und andere.

Bei anderen biologischen Nährstoffentfernungsverfahren werden bewusst die Rahmenbedingungen modifiziert, um Stickstoff und Phosphor aus dem Wasser zu entfernen. So unterscheidet man zwischen anaeroben (kein Sauerstoff oder Nitrat), anoxischen (kein Sauerstoff, Nitrat ist vorhanden) und aeroben (Sauerstoff vorhanden) Stufen, in denen das Wasser gezielt durch solche Bereiche fließt, um verschiedene Veränderungen hervorzurufen.

Es können auch chemische Behandlungsverfahren eingesetzt werden wie z.B. die chemische Phosphatelimination. Durch Zugabe von Fällmittel wird Phosphor durch Flockung entfernt und bildet unlösliche Verbindungen, die sich absetzen und als Schlamm entfernt werden können.

Graphic of the secondary treatment step in the wastewater treatment course- aeration and secondary clarifier

1. Belüftung
2. Sekundäres Absetzbecken


Dritte Aufbereitungsstufe

Bei der dritten Aufbereitungsstufe werden Techniken wie Filtration, Desinfektion, Kohlenstoffabsorption und andere Verfahren eingesetzt, um die verbleibende organische Belastung, suspendierte oder gelöste Feststoffe, Krankheitserreger und Schwermetalle, die in den ersten Behandlungsstufen nicht entfernt wurden, zu entfernen. Auch als Abwasserschönung bezeichnet, erhöht die dritte Aufbereitung die Abwasserqualität auf das Niveau, das für den vorgesehenen Verwendungszweck (in der Regel Einleitung in einen Vorfluter) erforderlich ist. Das Abwasser der Kläranlage muss überwacht werden, um die Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte zu gewährleisten, die je nach Rechtslage und Land unterschiedlich sind.

Graphic of the tertiary treatment step in the wastewater treatment course- filtration and disinfection

1. Filtration
2. Desinfektion


Feststoffbehandlung

Das Verfahren zur Behandlung des aus dem Prozess ausgetragenen Schlamms hängt vom Volumen der Feststoffe sowie von anderen standortspezifischen Bedingungen ab. Die aerobe Gärung wird oft von Einrichtungen mit weniger als 30.000 m2 Abwasserzulauf pro Tag genutzt. Belebtschlamm und gegebenenfalls Primärschlamm werden einem belüfteten Reaktor zugegeben, in dem sich spezielle Mikroorganismen durch die im Schlamm vorhandenen Organismen und Mikroorganismen ernähren, um den Gehalt an flüchtigen Feststoffen und die Gesamtmasse des Schlamms zu reduzieren. Die anaerobe Gärung wird typischerweise in Anlagen mit einem Zulauf von mehr als 30.000 m2 pro Tag eingesetzt. Hier kommt es zum Einsatz von geschlossenen Reaktoren, um eine anaerobe Umgebung für spezifische Organismen zu schaffen, in der sie sich von den Organismen und Mikroorganismen im Schlamm durch die Prozesse der Acidogenese und Methanogenese ernähren können. Das bei der anaeroben Gärung entstehende Methan kann als Brennstoff verwendet werden, um den Fermenter zu erwärmen, oder es kann in anderer Weise als grüne Energiequelle dienen.

Bei der Eindickung wird der Schlamm durch Entfernen eines flüssigen Anteils durch Zugabe von Polymerverbindungen konzentriert. Die Entwässerung mit Bandpressen, Zentrifugen oder anderen Mitteln konzentriert den Schlamm weiter auf. Er kann anschließend weiter getrocknet oder gegebenfalls über die Landwirtschaft oder Deponien entsorgt werden.

Graphic of the solids handling step in the wastewater treatment course- thickening and digestion and sludge dewatering and biosolids processing.

1. Eindickung und Gärung
2. Schlamment-
wässerung und Biofeststoff-
aufbereitung


Water Intelligence System

Unser Water Intelligence System ist ein wachsendes Kompetenzfeld in der Abwasseraufbereitung und nutzt digitale Technologien, fortschrittliche Messgeräte und Sensoren, Steuerungen und Algorithmen, um es Anlagenbetreibern zu ermöglichen, die Effizienz zu steigern und so Kosteneinsparungen beim Betrieb der Anlage zu erzielen.

Claros, das Water Intelligence System von Hach, integriert alle Datenquellen der Anlage, einschließlich Systemdaten, Gerätedaten und manuell erfasste Daten, um Entscheidungen zur Maximierung der Effizienz und zu Kosteneinsparungen zu treffen.

Mit diesen Systemen können Informationen über Durchfluss, Wasserzusammensetzung, gelösten Sauerstoff, Nährstoffgehalt und andere Faktoren leichter verfolgt und geprüft werden. Dies führt zu reaktionsschnelleren Behandlungsoptionen über Automatisierungsfunktionen mit übersichtlicher Datenvisualisierung und optimaler Berichtserstellung.

Durch datengestützte Informationen über Wasserqualität, Durchflussraten und andere Faktoren können Betreiber die Überbehandlung (in Bezug auf Chemikalien sowie die Laufzeit der Belüftung) reduzieren, während sie sicher sein können, dass ihre Anlage innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte arbeitet.

Mit zunehmenden Verschärfungen der Vorschriften und der Notwendigkeit, Kosteneinsparungen zu erzielen, werden Water Intelligence Systeme wie Claros immer wichtiger und kommen immer häufiger zum Einsatz. Mit der wachsenden Palette von Claros-fähigen Sensoren, Steuerungen, Geräten, Prozessmanagementsystemen und Laborgeräten von Hach kann der Anwender ein System konfigurieren, das den individuellen Anforderungen seiner Anlage entspricht.


Vorschriften


Die Vorschriften und Genehmigungsgrenzen sind von Region zu Region und von Land zu Land unterschiedlich. Im Allgemeinen werden von der zuständigen Behörde Sollgrenzen festgelegt, und die Anlagen messen und berichten, um die Einhaltung der festgelegten Grenzen nachzuweisen. Auf diese Weise werden wichtige Parameter für die Wasserqualität entsprechend den Umwelt- und Gesundheitsstandards überwacht und aufrechterhalten. Damit werden die Gewässer und die Gesundheit der Bevölkerung geschützt.

Weitere Informationen zu den Vorschriften in der EU: https://www.eea.europa.eu/themes/water/water-management


Ablauf und Wiederverwendung


Der Ablauf der Kläranlagen wird in der Regel über Flüsse, Meere oder andere Gewässer der Umwelt wieder zugeführt. Prinzipiell sind zahllose Möglichkeiten der direkten Wiederverwendung denkbar, wie Bewässerung in der Landwirtschaft, Verwendung als Prozesswasser in der Industrie oder Wiederaufbereitung zu Trinkwasser.

 


 

Service

 

Online Support

Hach Support Online (HSO) vereint über 85 Jahre Erfahrung in der Wasseranalytik in einer leistungsstarken globalen Gemeinschaft. Diese dynamische Ressource fließt direkt in unsere Teams im Kundendienst und im technischen Support. Damit bieten wir Antworten in Echtzeit, benutzerfreundliche Suchfunktionen, verschiedene Arten von Informationsquellen und einfache Möglichkeiten zur Kontaktaufnahme mit Experten von Hach. Mit HSO erhalten Sie genau die Informationen, die Sie benötigen. Gemeinsam können wir eine hohe Wasserqualität für Menschen auf der ganzen Welt gewährleisten.

Fachspezifische Schulung

Das Hach Training Center bietet Ihren Teams relevante, praxisorientierte Schulungen, die Ihnen die nötige Erfahrung vermitteln, um verschiedene Theorien und Techniken zu beherrschen und damit beste Ergebnisse zu erzielen. Auf diese können Sie sich bei der Qualitätssicherung, der Umweltsicherheit und bei der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften verlassen. Die Experten von Hach bieten einen umfangreichen Kurskatalog mit Workshops, personalisierten Schulungen und digitalem Lernen an, um Sie bei Ihrer täglichen Arbeit zu unterstützen.

Service

Hach ServicePlus® Programme wurden zur Lösung Ihrer eigenen Wartungs- und Supportprobleme entwickelt. Ganz gleich, ob es sich um fehlende Ressourcen, unzureichende Schulungen, ein ausgefallenes Gerät, Bedenken bezüglich der Einhaltung von Vorschriften oder um die Notwendigkeit einer Investition handelt: Unsere Programme sind auf die besonderen Herausforderungen in Ihrem Unternehmen zugeschnitten.