Musterkläranlage

So funktioniert eine Kläranlage

Abwasser führt alle nur denkbaren Verunreinigungen mit sich. Es enthält feste, absetzbare, gelöste, kolloidale, schwimmende und im Wasser schwebende Stoffe. Die Entfernung dieser Vielfalt an Schmutzstoffen erfordert eine Reihe verschiedener Prozesse. Diese arbeiten mit mechanischen, biologischen und chemischen Vorgängen. Eine vereinfachte Übersicht dieser Prozesse wird anhand dieser Musterkläranlage deutlich gemacht.

Abwasserbehandlung:

Rechenanlage

Sand-/Fettfang

Vorklärung

Biologische Reinigung

Nachklärung

Schlammbehandlung:

Eindicker

Faulbehälter

Schlammentwässerung

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Abwasserbehandlung:

Rechenanlage

Das Rohabwasser enthält grobe, sperrige oder zur Zopfbildung neigende Stoffe. Diese führen bei der Förderung zu Verstopfungen von Rohrleitungen und Pumpen. Daher müssen sie frühzeitig aus dem Abwasser entfernt werden. Das geschieht in der Rechenanlage. Rechen bestehen im Wesentlichen aus parallel nebeneinander angeordneten Rechenstäben. Diese wirken wie grobe Siebe, so dass die im Abwasserstrom mitgeführten Grobstoffe an dem Rechen zurückgehalten werden. Das Rechengut wird maschinell entfernt und in einer Rechengutwäsche gewaschen, anschließend gepresst und aus hygienischen Gründen einer Verbrennung zugefüh

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Sand-/Fettfang

Im Abwasser enthaltener Sand lagert sich bei niedrigen Fließgeschwindigkeiten ab. Mit Schlamm kann er sich so verdichten, dass er mit Pumpen nicht mehr gefördert werden kann. Des Weiteren führt seine Schmirgelwirkung zu einem erhöhten Verschleiß an den Anlagenteilen. Daher muss er frühzeitig entfernt werden. Dies geschieht im Sandfang.  Der häufigste Vertreter ist der belüftete Sandfang mit integriertem Fettfang. Im Sand-/ Fettfang wird die Fließgeschwindigkeit des Abwassers reduziert, wodurch schwere Stoffe wie mitgeführte Sandpartikel und Kies absinken und leichte Stoffe, wie Fett- und Schwimmstoffe auftreiben. Das Sandfanggut wird regelmäßig geräumt und entsorgt. Der belüftete Sandfang hat den Vorteil, dass mittels der Luftzufuhr der Abscheidegrad auch bei schwankenden Zuflüssen konstant gehalten werden kann.

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Vorklärung

Das Vorklärbecken dient der mechanischen Absonderung feinster Teilchen. Die Absonderung der kleinsten Teilchen von Wasser erfolgt bei einer Fließgeschwindigkeit von ca. 0,015 m/sec. Sie sinken bei dieser geringen Fließgeschwindigkeit auf den Beckenboden, bzw. treiben an die Wasseroberfläche. Ein Räumer bewegt sich nur noch mit einer Geschwindigkeit von ca. 1 cm/sec. Die sich am Beckengrund ablagernden Substanzen, welche überwiegend aus organischen Materialien bestehen, bilden den sogenannten Primärschlamm. Dieser sammelt sich nach der Räumung im Pumpensumpf und wird direkt in den Faulturm befördert

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Biologische Reinigung

Die im Abwasser enthaltenen organischen und anorganischen Verbindungen werden in der biologischen Abwasserreinigung einem Abbauprozess unterzogen. Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Mikroorganismen in Verbindung mit gelöstem Sauerstoff bei aeroben Prozessen bzw. unter Sauerstoffabschluss bei anaeroben Prozessen. Dabei entstehen durch Umwandlungsprozesse einfache, stabile Verbindungen und  Biomasse. Das am häufigsten angewandte Verfahren der biologischen Abwasserreinigung ist das Belebtschlammverfahren.

Die wichtigsten Formen der Mikroorganismen für die Abwasserreinigung sind:

           Bakterien                      und                                   Protozoen

Die meisten Verunreinigungen im Abwasser sind organischer Natur, d.h. sie enthalten Kohlenstoff. Für ihren Stoffwechsel benötigen heterotrophe Bakterien ein Nährstoffverhältnis C : N : P = 100 : 5 : 1. Des Weiteren benötigen sie für den Kohlenstoffabbau Sauerstoff. Der heterotrophe Abbau von organischen Substanzen im Abwasser läßt sich vereinfacht mit folgender Graphik darstellen:

Im Abwasser enthaltene anorganische Substanzen, wie Phosphate und stickstoffhaltige Verbindungen müssen aus dem Abwasser entfernt werden. Diese wirken für Pflanzen als Düngemittel  und können zu einem unkontrollierten Pflanzenwachstum (Eutrophierung) führen.

Phosphate können aus dem Abwasser entfernt werden, indem sie durch Chemikalien, wie z.B. Eisen(III)chlorid FeCl₃ ausgefällt werden:

Sie werden auch biologisch aus dem Abwasser entfernt. Die Mikroorganismen (MO) werden „unter Stress" gesetzt, indem ihnen der benötigte Sauerstoff vorenthalten wird. Die MO brauchen nun ihren Energiespeicher aus Polyphosphat auf. Gelangen die MO anschließend in ein nährstoff- und sauerstoffreiches Milieu, setzt ein Memory-Effekt ein. Als ob die MO sich erinnern würden, dass sie vor kurzem „unter Stress" ihre Phosphatreserven aufbrauchen mussten, lagern sie nun bis zu 20 Mal mehr Phosphat ein, als dies bei herkömmlichen Stoff-wechselprozessen geschieht.

Stickstoffhaltige Verbindungen werden biologisch abgebaut. Der hauptsächlich als Ammonium NH₄⁺ vorliegende Stickstoff wird bei der Nitrifikation in zwei Stufen von den Mikroorganismen Nitrosomonas und Nitrobacter zu Nitrat oxidiert. Anschließend wird dieses von den heterotrophen Mikroorganismen beim Kohlenstoffabbau bei der Denitrifikation veratmet und es entsteht molekularer Stickstoff, der in die Atmosphäre entweicht.

Nitrifikation:

      

Denitrifikation: 

         
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Nachklärung

Im Nachklärbecken selbst werden keine Reststoffe produziert, sondern nur die aus der vorge-schalteten biologischen Stufe zugeführte Biomasse vom gereinigten Wasser abgetrennt. Bei vorgeschalteten Festbettreaktoren wird die abgeschiedene Biomasse in der Regel zu Gänze in den der Vorreinigung dienenden Bauteil eingebracht. Bei Belebungsbecken wird der Schlamm zum überwiegenden Teil in das Belebungsbecken rückgeführt (Rücklaufschlamm) und nur der laufende Schlammzuwachs (Überschussschlamm) mit unterschiedlichen Methoden aus dem Schlammkreislauf entnommen und in das der Vorreinigung dienende Bauteil bzw. gegebenenfalls in einen Schlammspeicher (z.B. Faulturm) eingebracht. Der Aufbau des Nachklärbeckens unterscheidet sich nicht wesentlich von dem des Vorklärbeckens, die Fließgeschwindigkeit ist jedoch deutlich geringer.

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Schlammbehandlung: 

Eindicker

Unter Eindickung versteht man die volumenmäßige Reduktion des anfallenden Schlammes. Eindicker sind im Grunde nichts anderes als Absetzbecken. Durch die Vorbehandlung des Schlammes wird eine Aufkonzentration des Feststoffanteils erreicht, so dass nachfolgende Anlagenteile deutlich kleiner gebaut werden können.

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Faulbehälter

Im Faulbehälter findet die Schlammbehandlung statt. Hier werden der Primärschlamm aus der Vorklärung und der Überschussschlamm aus der Nachklärung bei einer Temperatur von 35°C unter Ausschluss von Licht und Sauerstoff durch leichtes Umwälzen in Bewegung gehalten. In diesem Milieu leben die Fäulnisbakterien, die sich hier zuvor gebildet haben. Sie haben die Aufgabe den fäulnisfähigen Schlamm, der noch über einen hohen Anteil an energiereicher, organischer Substanz verfügt, zu stabilisieren. Das heißt, der Schlamm "stinkt" nach der Behandlung nicht mehr. Das dabei entstehende Faulgas, ein Gemisch aus Kohlenstoffdioxid und Methan, kann zur Energieerzeugung genutzt werden. Viele Klärwerke nutzen es, um ihren Strombedarf aus eigener Stromerzeugung zu decken oder den Stromeinkauf zu reduzieren.

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Schlammentwässerung

Da die Entsorgungskosten des anfallenden Klärschlamms nach Gewicht berechnet werden, reduziert man dieses durch zusätzlichen Wasserentzug. Der stabilisierte Klärschlamm wird hierbei häufig mit Zentrifugen, Siebband- oder Kammerfilterpressen maschinell entwässert. Der so entwässerte Schlamm ist stichfest und hat eine erdige Konsistenz. Die weitere Verwertung des Schlammes richtet sich nach den Richtlinien der gültigen Klärschlammverordnung. Heutzutage darf er nicht mehr auf Deponien gelagert werden. Er kann als Dünger bei der Rekultivierung verwertet oder muss verbrannt werden.

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