Stellen Sie sich vor, Sie könnten die komplexe Welt der Abwasserreinigung mit einem einzigen Blick erfassen! Dieses Buch entführt Sie in das faszinierende Innenleben einer mehrstufigen Kläranlage, einem Ort, an dem aus schmutzigem Abwasser wieder sauberes Wasser wird. Entdecken Sie die Notwendigkeit und die Bedeutung der Abwasserreinigung, angesichts steigenden Wasserbedarfs und der zunehmenden Belastung unserer Gewässer. Folgen Sie dem Weg des Abwassers vom heimischen Abfluss bis zur Wiederherstellung des ökologischen Gleichgewichts. Erfahren Sie, wie die Kanalisation die Abwässer sammelt und ableitet, sei es durch Trennsysteme oder Mischsysteme, die selbst Regenwasser reinigen. Tauchen Sie ein in die mechanische Reinigungsstufe, wo Rechen und Sandfänge grobe Verschmutzungen entfernen, bevor das Wasser im Vorklärbecken sedimentiert wird. Erkunden Sie die biologische Reinigungsstufe, in der Mikroorganismen organische Verbindungen abbauen – ein Prozess, der der natürlichen Selbstreinigung der Gewässer nachempfunden ist. Lernen Sie die Funktionsweise von Tropfkörperverfahren und Belebtschlammverfahren kennen, die das Wasser fast vollständig von Schadstoffen befreien. Erhalten Sie Einblicke in die chemische Abwasserreinigung, die selbst hartnäckige Restverschmutzungen beseitigt und die Eutrophierung verhindert, indem sie Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor eliminiert. Verstehen Sie, wie Rechengut, Sand und Klärschlamm entsorgt oder weiterverwendet werden, vom Mülldeponiebesuch bis zur Düngemittelproduktion. Begleiten Sie uns auf einer Reise durch die einzelnen Reinigungsstufen, von der mechanischen über die biologische bis zur chemischen Reinigung, und erfahren Sie, wie modernste Technologien und natürliche Prozesse Hand in Hand arbeiten, um unser Wasser sauber zu halten. Dieses Buch ist ein unverzichtbarer Leitfaden für alle, die sich für Umweltschutz, Wasserwirtschaft und die Funktionsweise unserer Kläranlagen interessieren. Es bietet nicht nur einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Verfahren, sondern zeigt auch die Bedeutung einer nachhaltigen Abwasserbehandlung für unsere Zukunft auf. Machen Sie sich bereit, Ihr Verständnis von Abwasserreinigung zu revolutionieren und die verborgenen Prozesse hinter sauberem Wasser zu entdecken. Ein Schlüssel zum Verständnis unserer modernen Infrastruktur und deren Bedeutung für den Umweltschutz.
Bau und Wirkungsweise einer mehrstufigen Kläranlage
Durch Durch den gestiegenen Wasserbedarf des Menschen und die wachsende Flut und die Änderung der Beschaffenheit von Abwässern werden diese für die Natur immer gefährlicher. Die natürliche Reinigungskraft (=Selbstreinigungskraft) der Gewässer reicht nicht mehr aus um die zusätzlich eingeleiteten Schadstoffe abzubauen. Dadurch wird das biologisch- chemische Gleichgewicht in vielen Gewässern gestört. Aufgrund dessen ist eine vom Mensch durchgeführte Abwasserreinigung nötig, die mit mechanischen chemischen und biologischen Verfahren innerhalb kurzer Zeit auf engem Raum den Reinigungsprozess der Natur nachahmt und den Kreislauf des Lebens wieder schließt.
1. Sammelung und Ableitung der Abwässer
Vom Verbraucher (z.B. Haushalt, Gewerbebetrieben, etc.) fließt das verunreinigte Wasser, über die Kanalisation der Kläranlage zu. Dies geschieht entweder in einem Trennsystem (=Trennung von Regenwasser (von Straßen, Plätzen, etc.) und Schmutzwasser) oder einem Mischsystem (=keine Trennung), das den Vorteil hat, dass auch das Regenwasser (es führt Oberflächenschmutz mit sich) mitgeklärt wird.
2. Stufen der Kläranlage
2.1 Mechanische Abwasserreinigung (mechanische Reinigungsstufe)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
In der 1. Reinigungsstufe werden nur ungelöste Stoffe mittels Sedimentierung, bzw. Heraussiebens aus dem Wasser gefiltert. Sie bewirkt eine Reinigung des Wassers um 30%.
Rechen
Hier werden mitgeschwemmte, sperrige Stoffe (Holz, Blech, Kunststoff, etc.) durch hintereinandergeschaltete Grob- und Feinrechen herausgefiltert. Diese würden sonst in der Anlage zu Verstopfungen führen, oder die Reinigungswirkung stören.
Sandfang
An dieser Stelle werden Sand und ähnliche körnige Stoffe (meist mineralisch) aus dem Wasser herausgeholt. Durch eine Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit kann eine Absetzung des Sandes erfolgen. Sie ist aber noch so groß, dass leichte, flockige Schwebstoffe weiter mitgeführt werden und so der Sand von organischen Stoffen weitgehend frei ist. Die an der Wasseroberfläche treibenden Leichtstoffe (Benzin, Öle, Fette, etc.) werden am Ende des Sandfangs in einer Ablaufrinne (=Ölabscheider) weggeschafft und gesammelt.
Vorklärbecken
Die meisten ungelösten Stoffe, die von den vorangehende Reinigungsstoffen nicht erfasst wurden werden nun hier herausgefiltert. Bei einer Beckendurchflussgeschwindigkeit von ca. 2 Stunden erfolgt eine Absetzung all derer Stoffe, die schwerer als Wasser sind. Der nun auf dem Grund abgelagerte Schlamm wird aus den Sohltrichtern des Beckens abgepumpt und so in den Faulraum gebracht.
2.2 Biologische Abwasserreinigung (biologische Reinigungsstufe) = natürliche Selbstreinigung des Gewässers
Im nun vorgeklärten Wasser sind jetzt hauptsächlich gelöste, organische Verbindungen vorhanden. Die Zersetzung dieser Stoffe wird mit Kleinstlebewesen (Protozoen, Bakterien, Pilze), die die Verbindungen oxidieren gefördert. Die dabei freiwerdende Energie nutzen sie zur Vermehrung, die so stark ist, dass man Kolonien, in Form von Schaumflocken beobachten kann. Zum Erhalt der Kolonien, muss man diese vor Säuren, Laugen und Giftstoffen schützen und ihnen viel Sauerstoff zuführen, damit auch die aeroben Bakterien (sie zersetzten 10 - 20 mal schneller als Anaerobier) optimal arbeiten können.
Tropfkörperverfahren
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
In einem Tropfkörper wird das Abwasser auf einer mit einem Bakterienrasen (=biologischer Rasen) überzogen Fläche verregnet. An der Decke eines solchen zylindrischen Behälters, der mit bakterienüberzogenen Steinen (Vorteil: Große Oberfläche, viele Zwischenräume, durch die Luft und Wasser ungehindert hindurchtreten können) gefüllt ist wird das Abwasser mit einem Drehsprenger verregnet. Dieses fließt dann von oben über die Steine mit den Bakterien und Einzellern, welche dann die biologischen Abbauvorgänge bewirken. Dabei werden auch Bakterien mitgespült, die dann ins Nachklärbecken kommen. Für ausreichende Belüftung sorgen Belüftungskanäle. Dieses Verfahren eignet sich besondes für Städte und Gemeinden mit nicht mehr als 30 000 Einwohnern. Bei größeren Anlagen wird das Belebtschlammverfahren im Belebungsbecken angewandt.
Belebtschlammverfahren im Belebungsbecken
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
In diesem Becken wird mit an Stegen befestigten Kreiselbelüftern dem Wasser reichlich Sauerstoff zugeführt. Dabei erreicht man auch eine permanente Umwälzung des Beckens, wodurch die Schlammflocken gleichmäßig verteilt werden und so im ganzen Becken wirken können. Durch Zugabe von Bakterienschlammflocken aus dem Nachklärbecken erreicht man einen höchst effektiven und schnellen Abbau der gelösten Schmutzstoffe, die nun fast vollständig abgebaut werden. Mit beiden Verfahren kann das Wasser um 95 % gereinigt werden.
Nachklärbecken
An dieser Stelle wird der sich im Wasser befindliche Schlamm am Grund abgelagert. Von der Mitte des Beckens aus wird das schlammige Wasser ins Becken und hier zum Rand geleitet. Innerhalb dieser Strecke hat der Schlamm genug Zeit sich am Boden abzusetzen. Bodenräumschilde schieben den Schlamm in dafür vorgesehen Rinnen, wo er dann abgepumpt und dem Schlammfaulraum zugeführt wird. Das nun geklärte und vom Schlamm befreite Wasser wird jetzt bei einer 2 Stufigen Kläranlage wieder den natürlichen Gewässern zugeführt.
2.3 Chemische Abwasserreinigung (=chemische Reinigungsstufe)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Im Verlauf der vorrangegangenen biologischen Reinigung des Wassers konnten ca. 95% der Schmutzstoffe herausgefiltert werden. Eine zusätzliche Reinigung wird dann nötig, wenn das Wasser in großem Umfang wieder dem Gebrauch zugeführt werden soll (z.B. aus Wassermangel) oder wenn die Restbelastung die Selbstreinigungskraft des Wassers übersteigt. Die Restverschmutzung des Wassers kann v.a. in stehenden Gewässern ein Nahrungsüberangebot v.a. an NO3- und PO43- (=Minimumfaktor) bewirken, welche in der Kläranlage nur zu 30% abgebaut werden. Sie verursachen ein Verstärktes Pflanzenwachstum (Algen u. Plankton), welches für das ,,Blühen der Seen" verantwortlich und sehr schädlich ist (=Eutrophierung).
Durch Zugabe von Fe3 + und Al3 + wird PO43- zu schwer löslichem FePO4 und AlPO4 ausgefällt. Weiterhin wird NO3- eliminiert. In der Nitrifikation wird Amonium (NH4+) zu NO3- welches dann in der Denitrifikation in gasförmigen N umgewandelt wird. Bei diesem Verfahren werden gleichzeitig Bakterien abgetötet. Hierbei kommt es wieder zu einer Schaumbildung. Dieser Schaum wird dann im ruhigen Wasser des Nachklärbeckens sedimentiert.
3. Entsorgung und Weiterverwendung herausgefilterter Stoff
3.1 Rechengut
Mit Hilfe von Rechenabstreifern werden die herausgefilterten Gegenstände in Containern zwischengelagert und dann zur Mülldeponie oder -verbrennungsanlage gebracht.
3.2 Sand aus dem Sandfang
Der vom Grund des Sandfangs abgepumpte Sand kann nun noch zusätzlich gereinigt werden und dann als Bausand weiterverwendet werden. Bei starker Belastung kann dieser auch auf die Mülldeponie befördert werden
3.3 Klärschlammbehandlung und Beseitigung Faultürme:
Der aus den Reinigungsstufen angefallene Schlamm wird nun dem Faulraum zugeführt, damit die verbliebenen Schadstoffe im Schlamm abgebaut werden. Der stinkende, flüssige (95% Wasser) Schlamm wird unter Luftabschluss mit Hilfe anaerober Fäulnisbakterien einem Gärprozess unterworfen. In diesem entstehen bei einer Temperatur von 350 C Faulgase (Methan und Kohlendioxid), die für die Heizung des Faulraumes wiederverwendet werden.
Schlammtrockenbeete:
Nach 3 - 4 Wochen wird der immer noch flüssige, nun nicht mehr stinkende Schlamm auf die Schlammtrockenbeete gepumpt, von wo er dann nach der Trocknung als Dünger für Gartenbau und Landwirtschaft verwendet werden kann. Bei einer hohen Schadstoffbelastung (v.a. durch Schwermetallsalze wie CaCl2 oder MgSo4) wird dieser jedoch verbrannt.
Literaturangaben:
Daumer, K. (1983): Stoffwechsel, Ökologie und Umweltschutz, Bayerischer Schulbuchverlag, S 131f.
Engelhart, W. (1985), Umweltschutz, Bayerischer Schulbuchverlag, München, S 116, 131ff.
Gluch, W.: Kommentar zum Schulwandbild ,,Kläranlage", Vereinigung Deutscher Gewässerschutz e.V. Bonn
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Zweck einer mehrstufigen Kläranlage?
Eine Kläranlage dient dazu, Abwasser von Schadstoffen zu befreien, um die natürliche Reinigungskraft der Gewässer zu unterstützen und das biologisch-chemische Gleichgewicht zu erhalten. Dies geschieht durch mechanische, chemische und biologische Verfahren.
Wie erfolgt die Sammlung und Ableitung der Abwässer?
Abwässer werden über die Kanalisation der Kläranlage zugeführt. Dies kann entweder in einem Trennsystem (Regen- und Schmutzwasser getrennt) oder einem Mischsystem (Regen- und Schmutzwasser gemeinsam) erfolgen.
Was sind die Stufen einer Kläranlage?
Eine Kläranlage besteht typischerweise aus drei Stufen:
- Mechanische Reinigung: Entfernung ungelöster Stoffe durch Sedimentierung und Sieben.
- Biologische Reinigung: Zersetzung gelöster organischer Verbindungen durch Mikroorganismen.
- Chemische Reinigung: Zusätzliche Reinigung zur Entfernung von Nährstoffen und Schadstoffen, insbesondere bei Bedarf an hoher Wasserqualität.
Wie funktioniert die mechanische Abwasserreinigung?
In der mechanischen Reinigungsstufe werden ungelöste Stoffe durch Rechen (Entfernung sperriger Stoffe), Sandfang (Entfernung von Sand und ähnlichen Stoffen) und Vorklärbecken (Absetzung ungelöster Stoffe) aus dem Wasser gefiltert.
Was geschieht in der biologischen Abwasserreinigung?
In der biologischen Reinigungsstufe werden gelöste organische Verbindungen durch Mikroorganismen zersetzt. Dies kann entweder in Tropfkörpern (Verregnung des Abwassers über einem Bakterienrasen) oder in Belebungsbecken (Zugabe von Sauerstoff und Schlammflocken) erfolgen.
Wie funktioniert die chemische Abwasserreinigung?
In der chemischen Reinigungsstufe werden restliche Schadstoffe und Nährstoffe, wie z.B. Phosphate und Nitrate, durch Zugabe von Chemikalien (z.B. Eisen- und Aluminiumsalze) ausgefällt oder durch Nitrifikation und Denitrifikation in gasförmigen Stickstoff umgewandelt.
Wie werden die herausgefilterten Stoffe entsorgt oder weiterverwendet?
Die in der Kläranlage herausgefilterten Stoffe werden unterschiedlich behandelt:
- Rechengut: Wird zur Mülldeponie oder -verbrennungsanlage gebracht.
- Sand: Kann gereinigt und als Bausand weiterverwendet werden.
- Klärschlamm: Wird im Faulturm abgebaut, getrocknet und entweder als Dünger verwendet oder verbrannt.
Was ist ein Faulturm und welche Rolle spielt er?
Der Faulturm ist ein Behälter, in dem der Klärschlamm unter Luftabschluss von anaeroben Bakterien abgebaut wird. Dabei entstehen Faulgase (Methan und Kohlendioxid), die zur Beheizung des Faulturmes wiederverwendet werden können.
Was sind Schlammtrockenbeete?
Schlammtrockenbeete sind Flächen, auf denen der flüssige Klärschlamm getrocknet wird. Nach der Trocknung kann der Schlamm als Dünger für Gartenbau und Landwirtschaft verwendet werden, sofern er nicht zu stark mit Schadstoffen belastet ist.
- Quote paper
- Alexander Schneider (Author), 2000, Bau und Wirkungsweise einer mehrstufigen Kläranlage, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/99454
