Kommunales Abwasser

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.

1. Industrieabwasser
2. Kommunales Abwasser
3. Regenwasser

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.

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

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.

1. Belüftung
2. Sekundäres Absetzbecken

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.

1. Filtration
2. Desinfektion

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.

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

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