Kloakkrenseanlegg

Kiel-Bülk kloakkrenseanlegg med 380 000 innbyggerekvivalenter (PE)

Et kloakkrenseanlegg , inkludert avløpsrenseanlegg , i Sveits og i Østerrike er også kloakkrenseanlegg kalt (ARA) et teknisk system for rensing av spillvann . For rengjøring av vannet er forurensende bestanddeler i avløpsvannet mekanisk (også kalt fysisk), biologiske og kjemiske metoder benyttes. Siden denne typen prosesser brukes etter hverandre i forskjellige rensetrinn, blir moderne konvensjonelle kloakkrenseanlegg vanligvis referert til som "tre-trinns". I mellomtiden blir kloakkrenseanlegg også utstyrt med et fjerde rensetrinn, hvor mikropollutanter (f.eks. Medikamentrester , mikroplast ) fjernes fra avløpsvannet ved hjelp av forskjellige prosesser (f.eks. Ozonisering , aktivt karbonfiltrering ) . Det første kloakkrenseanlegget på fastlands- Europa ble satt i drift i Frankfurt-Niederrad i 1882 .

Fra og med 2018 ble det produsert rundt 1000 kubikkilometer avløpsvann over hele verden. Cirka 70% av dette blir renset av kloakkrenseanlegg i industrilandene, men bare rundt 8% i mindre utviklede land.

Flytdiagram

Plantedeler

Kloakkrenseanlegg i Emden
Heidelberg-Grenzhof kloakkrenseanlegg
Sekundær avklaring i ARE Merchtem, Belgia

Inntak

Avløpsvannet som samles opp av kloakksystemet og transporteres til kloakkrenseanlegget i løpet av avløpsvannet , når innløpet til kloakkrenseanlegget, hvor det vanligvis er en enhet for å måle innløpsvolumet og en pumpestasjon for løfting av kloakken.

Regnlindring

Hvis regnvann og avløpsvann ledes til kloakkrenseanlegget i en kloakk ( blandet system ), må kloakknettet vanligvis suppleres med et regnavlastningssystem . Dette avlastningssystemet kan bestå av følgende tekniske strukturer (individuelt eller i kombinasjon):

Slike strukturer kan enten ordnes i kloakknettet eller i kloakkrenseanlegget. Formålet med regnavlastningssystemet er å oppnå en økonomisk dimensjonering av kloakkrenseanleggene, ved at de bare trenger å behandle en hydraulisk last opp til en viss regnhendelse . Hvis ingen slike anlegg er tilgjengelige, må de enkelte konstruksjonene i kloakkrenseanlegget senere være større, og det tekniske utstyret, for eksempel pumper , har høyere kapasitet .

Derimot er det separasjonssystemet . Her blir avløpsvannet ført til kloakkrenseanlegget i en spesielt lagt rørledning . I dette tilfellet er kun tilkobling av tilkoblingsledninger for avløpsvann tillatt. Regnvannet som treffer forseglede overflater (gater, stier, tak) kan kanaliseres direkte i overflatevann gjennom en egen kanal, om nødvendig etter rengjøring i et avklaringsbasseng for regnvann , eller det kan mates inn i grunnvannet gjennom forskjellige infiltrasjonssystemer .

Mekanisk forrengjøring

Rake

I rakesystemet føres avløpsvannet gjennom en rive eller en sil. Grovt smuss som månedlige hygieneartikler , kondomer , steiner, men også grener, kvister, blader og døde dyr blir sittende fast i riven . Disse grove materialene vil tette eller til og med skade pumpene i kloakkrenseanlegget og også forverre effektiviteten av det biologiske behandlingsstadiet. Det skilles mellom fine og fine skjermer med noen få millimeter og grove skjermer med en gapbredde på flere centimeter. Screeningene kastes i screeningspressen, der de vaskes i maskin og blir vannet (vektbesparende). Da blir den vanligvis brent (sjeldnere: kompostert).

Sandfelle

En sandfelle er et avgrensningsbasseng med oppgaven å fjerne grove, avsette urenheter fra avløpsvannet , som sand , små steiner eller glassplinter . Disse stoffene vil føre til driftsforstyrrelser i anlegget (slitasje, tilstopping, avleiringer). Som et design er

  • en lang sandfelle,
  • en ventilert lang sandfelle, der fett og oljer skilles ut på overflaten samtidig,
  • en rund sandfelle eller
  • en dyp sandfelle mulig.

Ventilasjonen av sandfellen (installert rett over bunnen av bassenget) skaper en rullestrøm som en sekundær strømning, noe som gjør den uavhengig av strømningsfluktuasjoner. Turbulensen til denne sekundære strømmen holder organiske partikler i suspensjon, mens tyngre partikler blir ført på et sedimenteringsspor direkte inn i sandfellen. Med dype sandfeller strømmer avløpsvannet inn i bassenget ovenfra og har på grunn av dybden en relativt lang holdetid, som et resultat av at den tyngre sanden legger seg på bassenget (sandtrakt). I moderne systemer vaskes sandfellene etter at de er fjernet fra sandfellen, dvs. i stor grad frigjort fra medfølgende organiske stoffer for å muliggjøre bedre drenering og påfølgende brukbarhet (for eksempel i veibygging).

Primær avklarer

En primær avklaringstank er også en sedimenteringstank, dvs. avløpsvannets strømningshastighet reduseres av tilpassede geometriske dimensjoner på en slik måte at noen av de uoppløste organiske stoffene ( avføring , papir ) kan legge seg (settbare stoffer). Det resulterende primærslammet må deretter sendes til videre behandling, for eksempel et fordøyelsestårn .

Primære klaringsmidler brukes hovedsakelig i kloakkrenseanlegg der overflødig slam er anaerobt stabilisert.

I moderne systemer med nitrogenfjerning kan denne systemdelen utelates eller er liten, siden de organiske stoffene i avløpsvannet fungerer som et reduksjonsmiddel for nitrogenfjerning ved hjelp av denitrifisering (reduksjon av nitrat (NO 3 - ) til nitrogen (N 2 )) i den anoksiske delen eller i den anoksiske fasen kreves det biologiske trinnet.

Biologisk stadium

Urenhetene som er igjen i avløpsvannet etter mekanisk forbehandling blir biologisk nedbrutt ved hjelp av mikroorganismer (hovedsakelig bakterier , sopp og protozoer ). Generelt skjer denne nedbrytningen under aerobe forhold (dvs. med tilsetning av oksygen ). Sjelden brukes reaktorer der anaerobe forhold råder (såkalte UASB-reaktorer (Upflow anaerobt slamteppe)) og der metan produseres som et biprodukt . Vanligvis består imidlertid det biologiske stadiet av (en eller flere) luftingstanker og (en eller flere) sekundære klaringsmidler. Den SBR prosess kombinerer aktivering og sekundær klaring i en vask. Andre spesielle former som brukes spesielt som små kloakkrenseanlegg, er filterfilterprosessen , nedsenkningsfilterprosessen , reaktorprosessen med fast seng og MBR-prosessen .

Luftingstank

De fleste av de kommunale kloakkrenseanleggene i Sentral-Europa drives ved hjelp av aktivert slamprosess. På denne måten, i såkalte aktiverte slamtanker, ved avlufting av avløpsvann blandet med aktivert slam (masser av flassete aggregerte bakterier), blir avløpsvannbestanddelene i det ferske avløpsvannet nedbrutt biotisk oksidativt. I dette tilfellet, være av aerobe (forbruker oksygen) bakterier og andre mikroorganismer (for eksempel gjær slik.) Karbonforbindelser spaltes for det meste til karbondioksid, så vel som biomasse reagerte, og nitrogenet til de organiske forbindelsene er først bakterier annet enn ammoniakk splittet av og reagerte deretter med oksygen til nitrater oksidert ( nitrifisering ). Den aktiverte slamprosessen drives for det meste med en kontinuerlig strømning, det vil si at avløpsvann strømmer kontinuerlig inn i den aktiverte slamtanken, og vann som inneholder aktivert slam renner kontinuerlig av i samme grad. Ved å tilsette utfellingen kan næringsstoffet fosfor også fjernes ved hjelp av kjemiske reaksjoner , om nødvendig ved samtidig utfelling . Dette forbedrer også setningsegenskapene til det aktiverte slammet i den sekundære klareren .

Det er forskjellige tekniske varianter av den aktiverte slamprosessen, spesielt oppstrøms, nedstrøms og samtidig denitrifisering. Her skjer nitrifisering og denitrifisering enten i samme eller i separate tanker, her i et annet arrangement til hverandre.

En spesiell form er SBR- prosessen (SBR = Sequencing Batch Reactor), som kombinerer biologisk rensing og den etterfølgende avklaring beskrevet nedenfor i en enkelt tank. Avløpsvannet strømmer ikke kontinuerlig inn, men bare i begrensede mengder, som deretter rengjøres ved hjelp av den aktiverte slamprosessen (nitrifisering og denitrifisering). Settningsfasen (dvs. den endelige avklaringen) foregår deretter i samme tank. Det resulterende overflødige slammet blir deretter trukket av enten tidskontrollert eller avhengig av det økte slamnivået (forutsatt passende måleteknologi). Dette avslutter en syklus, og neste batch avløpsvann initieres og rengjøres. SBR-prosessen krever minst to tanker, enten en andre luftingstank eller en forhåndsoppbevaringstank (buffertank) der mengden avløpsvann som strømmer inn under rengjøringsprosessen allerede er forhåndsrenset eller i det minste midlertidig lagret. Som regel er det også fordelaktig å bygge et tredje basseng hvor overskuddsslam og eventuelt tidligere separert primærslam er lagret. Dette slammet mates deretter til større avløpsrenseanlegg, som er utstyrt med mer omfattende slambehandling.

Sekundær avklaring

Den sekundære klareren danner en prosessenhet med den aktiverte slamtanken. I den skilles det aktiverte slammet fra avløpsvannet ved å sette seg. Den største delen av slammet returneres til luftingstanken (returslam) for å holde konsentrasjonen av mikroorganismer i luftingstanken tilstrekkelig høy. Ellers vil nedbrytningshastigheten være for lav. Overskuddet (økning i biomasse, overflødig slam) slippes ut sammen med primærslammet fra den primære klareren for videre behandling i fortykningsmidlet.

Det aktiverte slammet må ha gode sedimenteringsegenskaper. Hvis dette ikke er tilfelle, for eksempel på grunn av den massive veksten av trådlignende mikroorganismer, som fører til dannelse av klumpete slam, kan det aktiverte slammet glide fra det sekundære klaringsapparatet inn i mottaksvannet . Dette påvirker ikke bare vannet. Siden det ikke kan holdes nok slam i den aktiverte slamtanken / sekundærklareren, vil slamalderen (gjennomsnittlig tid biomassen forblir i systemet) og dermed redusere rengjøringsytelsen. Først og fremst påvirkes de langsomt voksende bakteriene (for eksempel de nitrifiserende bakteriene , som oksyderer ammoniakk til nitrat). Spesielt avløpsvann med lett nedbrytbare organiske stoffer (for eksempel fra næringsmiddelindustrien) har en tendens til å danne klumpete slam. Oppstrømsforbindelse av små, ikke-luftede eller dårlig luftede kummer foran luftingsbassenget (selektorer) kan forhindre at det dannes bulkslam.

Den traktformede Dortmund- fontenen er en spesiell form for den sekundære klareren .

Fast sengeprosess

Fastsengsprosessen er en annen spesiell form for aktivert slamprosess, som hovedsakelig brukes til små tilkoblingsstørrelser (se også små avløpsrenseanlegg ). Ulike formede faste stoffer tjener som grunnlag for veksten av mikroorganismer som bryter ned forurensningene. Disse faste stoffene nedsenkes vekselvis i avløpsvann og luft eller fylles med avløpsvann med jevne mellomrom, slik at mikroorganismene kommer i kontakt både med forurensningene og med oksygenet som kreves for deres oksidative nedbrytning.

Slambehandling

Det overskytende kloakkslam som produseres under avløpsrensingsprosessen blir deretter behandlet. Denne behandlingen foregår i to trinn

  • Stabilisering og
  • Mengdereduksjon.

Stabilisering betyr her omfattende nedbrytning av det organiske stoffet som finnes i kloakkslam ( mineralisering ) og foregår aerobt direkte i aktiveringsprosessen på små kloakkrenseanlegg og anaerobt i fordøyelsestårn på store kloakkrenseanlegg. Stabiliseringen inkluderer allerede en viss reduksjon i mengden kloakkslam. Målet med stabilisering er å sikre at påfølgende biologiske eller kjemiske omdannelsesprosesser bare skjer i begrenset grad eller veldig sakte slik at kloakkslam kan resirkuleres.

Den faktiske mengdereduksjonen oppnås imidlertid ved å skille vann fra kloakkslam. De vanlige metodene her er slamfortykning eller avvanning med passende maskiner. Effektiviteten ved slamavvanning øker generelt med stabiliseringsgraden.

Slambehandling i Birsfelden avløpsrenseanlegg.

Aerob slamstabilisering

Prosessprinsippet med aerob slamstabilisering er basert på at mikroorganismene i kloakkslam utsettes for en konstant "sulttilstand" i nærvær av oksygen , som tvinger dem til å behandle nesten all tilgjengelig reserve, lagring og annet brukbart stoffer som mat. Slammet stabiliseres således på en aerob måte på en slik måte at det ikke er noen ytterligere nedbrytningsprosesser under den etterfølgende avhending og dermed ingen ubehagelige lukt. Denne tilstanden oppnås gjennom en høy slamalder, dvs. en tilstrekkelig høy TS-konsentrasjon i aktiveringen.

Den største fordelen med denne prosessen ligger i den enkle konstruksjonen og prosessteknologien. Dette er fordi biologisk avløpsvannbehandling og slamstabilisering foregår samtidig i luftingstanken. Ulempen er det relativt høye energiforbruket som skyldes ventilasjonen som kreves for denne prosessen.

Anaerob slamstabilisering

Fordøyelsestårn i Oberzell

Fra en forbindelsesstørrelse på 30.000 innbyggere, blir anaerob slamstabilisering vanligvis implementert i kloakkrenseanlegg. Dette kalles også slamfordøyelse og krever et fordøyelsestårn. Som regel er anaerobt stabiliserende kloakkrenseanlegg også utstyrt med en primærbehandling. Det primære slam som separeres i den blir brutt ned sammen med det overskytende slam fra aktiveringen under betingelser med lavt oksygenbetingelser ved anaerob bakteriestammer og metanogene archaea inn i råttent slam og brennbar kokeren gass . Blandingen av primær og overflødig slam som går i fordøyelsen kalles råslam.

Det er fire nedbrytningsfaser i fordøyelsestårnet: hydrolysefase , forsuringsfase, acetogenfase og metanogen fase.

I praksis reduseres det 70 prosent organiske tørrstoffet i råslam til rundt 50 prosent under slamfordøyelsen. Teoretisk sett vil sammenbruddet gå lenger, men det vil gå mye saktere fordi det gjenværende organiske stoffet er vanskelig å bryte ned. I teknisk forstand anses slammet å være veldig godt fordøyd og stabilt med et tenningstap på rundt 50 prosent. Det kalles da fordøyd slam.

Fordøyelsesgass produseres som et nedbrytingsprodukt under fordøyelsen. Det er en gassblanding som er sammensatt omtrent som følger:

Denne prosessen tilsvarer generering av biogass i et biogassanlegg . Vanlige fordøyere er vanligvis eggformede (se illustrasjon). Basert på biogassanlegg er det nå stadig enklere og derfor mindre kostnadskrevende design.

Røgggassen brukes i renset form (for eksempel etter fjerning av hydrogensulfid ) i gassmotorer eller i blokk- termiske kraftstasjoner for å dekke våre egne behov for elektrisitet og varme. Mikrogasturbiner brukes nå også til å utnytte kokegassen. Hvis disse enhetene svikter, blir gassen blusset .

Slamfortykning

Det fordøyede slammet eller overflødig slam fortykkes deretter (se diagrammet ovenfor). Dette kan oppnås med forskjellige tekniske prosesser. Ofte er det et statisk slamfortykningsmiddel, som er en struktur der slamflakene kan sedimentere. Dette gjør det vanligvis mulig å oppnå TS-konsentrasjoner på opptil 4%. I tillegg er det tekniske systemer, f.eks. B. trommelfortykningsmidler, som bruker flokkuleringsmidler og energi for å oppnå raskere separasjon og samtidig høyere tørrstoffkonsentrasjoner (opptil 8%). Det overskytende vannet fra fortykningsprosessen kalles overskyet vann og returneres til kloakkrenseanlegget.

Slamavvanning

En ytterligere reduksjon i mengde finner sted i slamavvanningen. For dette må en enda høyere teknisk og energisk innsats gjøres. I tillegg øker nødvendig bruk av kjemikalier (flokkuleringsmidler, i noen tilfeller også kalk). Filterpresser eller dekanter sentrifuger brukes vanligvis til å vanne av kloakkslam . Den Kloakkslam tjener også til awanning, men bruker for vesentlig naturlige prinsipper ( sedimentering , filtrering , fordampning ) uten bruk av kjemikalier.

fremgangsmåte

Etter den sekundære klarings, strømmer det rensede vann over kloakkanlegg renne inn i den mottakende vann . For dette formålet krever mange kloakkrenseanlegg også en dreneringspumpestasjon hvis drenering ikke er mulig i en fri skråning.

Slamgjenvinning

Siden 2005 har ikke kloakkslam blitt lagret på søppelfyllinger i Tyskland fordi det har et tanntap på mer enn 5%.

Derfor resirkuleres kloakkslam hovedsakelig:

termisk
Monoforbrenningsanlegg eller avfallsforbrenningsanlegg er gitt for termisk gjenvinning , men kullkraftverk og sementanlegg brukes også. Avløpsslam fra kloakkrenseanlegg med en tilkoblingsstørrelse på 50000 innbyggere eller mer må behandles i enforbrenningsanlegg i samsvar med kloakkeslamforordningen , slik at fosfatene konsentrert i asken på denne måten en dag kan returneres til den syklusen . Det er for tiden ingen storprosess for dette som kan drives økonomisk.
jordbruks
I tillegg til den kloakkslam bestemmelsen resirkulering i landbruket er også gjenstand for den gjødsel forordning og gjødsel forordningen .

Selv om slamgjenvinning lovlig er fortsatt ansvaret for operatøren av kloakkrenseanlegget, finner den tekniske implementeringen vanligvis ikke sted i selve kloakkrenseanlegget. For eksempel er det bare noen få kloakkrenseanlegg som driver sitt eget monoforbrenningsanlegg for kloakkslam.

Rengjøringsprosesser

1. trinn
Mekaniske prosesser danner vanligvis det første rengjøringstrinnet. Omtrent 20 til 30 prosent av det faste (uoppløste) flytende og suspenderte stoffet fjernes her. I den mer omfattende avløpsrensingen og industriell vannforvaltning brukes blant annet adsorpsjon , filtrering og stripping .
2. trinn
Biologiske prosesser brukes i det andre rensetrinnet i kommunale avløpsrenseanlegg og for nedbrytning av organisk sterkt forurenset avløpsvann i aerobt og anaerobt avløpsvannbehandling. De bruker mikrobiologiske nedbrytingsprosesser. Nedbrytbare organiske avløpsvannskomponenter mineraliseres så fullstendig som mulig, det vil si nedbrytes i aerobt avløpsvannbehandling til de uorganiske sluttproduktene vann , karbondioksid, nitrat, fosfat og sulfat . Ved anaerob avløpsrensing blir de omdannet til organiske syrer, metan og karbondioksid. Vanligvis fjerner dette karbonforbindelsene fra avløpsvannet. Organisk bundet nitrogen og ammonium fjernes også ved bakteriell nitrifisering og denitrifikasjon . I økende grad reduseres andelen fosfor også bakterielt i mellomstore og store kloakkrenseanlegg .
3. etappe
Abiotisk-kjemiske prosesser bruker kjemiske reaksjoner som oksidasjon og utfelling uten involvering av mikroorganismer. I kommunal avløpsrensing brukes de primært til å fjerne fosfor gjennom nedbørsreaksjoner ( fosforeliminering ). Denne prosessen er av stor betydning for å hindre eutrofiering av de resipienten . I tillegg brukes abiotisk-kjemiske prosesser for nedbør i industriell vannforvaltning og for mer omfattende avløpsrensing (f.eks. Flokkulering / nedbør / filtrering).
4. trinn
Siden slutten av 1980-tallet har det blitt utviklet mer omfattende rengjøringsprosesser som allerede er klare for serieproduksjon, men som ennå ikke har etablert seg på grunn av de noen ganger høye driftskostnadene. Avløpsvannfiltrering og desinfisering bør for eksempel nevnes her. I Sveits, på grunn av revisjon av vannvernloven , en ekstra rengjøring scenen mot sporstoffer må være installert i rundt 100 av de mer enn 700 sveitsiske renseanlegg på forurenset vann over den neste tjue år . Avløpsrenseanlegg med mer enn 80 000 tilknyttede personer er berørt.

Prosessene i kloakkrenseanlegg kan beskrives matematisk med deres reaksjonskinetikk ( makrokinetikk ).

prosess Komponent for avløpsrenseanlegg hensikt
Fysiske prosedyrer
Sikting Rake , trommeskjerm, mikroskjerm Fjerning av større faste stoffer og flytende materiale
Avsetning Flyte- eller oljeseparator Fjerning av fett og oljer
sedimentering Sandfelle, sedimenteringsbasseng , sentrifugalseparator, basseng før og etter sedimentering Fjerning av små flytende stoffer, sand, flokkulert suspendert materiale
Atskillelse Sekundær avklaring Fjerning av aktivert slam fra det behandlede avløpsvannet
Filtrering (separasjonsprosess) Sandfilter Fjerning av suspendert materiale
Flotasjon Flotasjonstank Fjerning av fine smusspartikler ved å blåse inn luft
adsorpsjon Aktivt karbonfilter Akkumulering av for eksempel halogenerte hydrokarboner ( AOX ) eller fargestoffer ( sporstoffer )
Termisk desinfisering
(se desinfeksjon )
Termisk desinfeksjonssystem Patogener drepes av økt temperatur (sykehus, laboratorier, farmasøytisk industri).
Strip Strippende basseng Fjerning ved å blåse inn luft / gasser. På denne måten omdannes oppløste avløpsvannbestanddeler til gassfasen i samsvar med damptrykket og fjernes dermed fra vannet.
Reduksjon i radioaktivitet Forfallssystem Den radioaktive forurensningen av avløpsvann reduseres med en tilsvarende lang oppholdstid i samsvar med halveringstiden til radionuklidene. Bruk i laboratorier, sykehus.
kjøling Kjøletårn , kjøledam , varmeveksler. Reduksjon av temperaturen for å muliggjøre etterfølgende rengjøringsprosesser eller utslipp i mottaksvannet. Kan brukes til varmegjenvinning.
Biologisk prosess
Biokjemisk oksidasjon Aktivert slamprosess, sildrende filter Aerob nedbrytning av organiske komponenter til uorganiske sluttprodukter (H 2 O, CO 2 , NO 3 - , N 2 , PO 4 3− , SO 4 2− ) av aktivert slam (luftingsbasseng) eller bakteriell plen (sildrende filter). Absorpsjonen av fosfor i biomassen kan optimaliseres gjennom passende forvaltning av det aktiverte slamanlegget (Bio-P). Dette betyr at det kreves mindre utfelling for å eliminere fosfor. Det grunnleggende målet er alltid å omdanne avløpsvannbestanddeler som skal fjernes til former gjennom biologiske prosesser (respirasjon, biomassevekst) som kan fjernes fra avløpsvannet ved sedimentering eller stripping (gassutdrivelse) og er også så ufarlige som mulig.
Biokjemisk oksidasjon i små avløpsrenseanlegg Anleggsbasert kloakkrenseanlegg , sandfilter kloakkrenseanlegg , aktivert slamprosess, sildrende filtre Aerob og anaerob nedbrytning i grunne bassenger og påfølgende gulvpassasje i kloakkrenseanlegg eller nedbrytning ved aktivert slam i luftingsbassenger eller ved bakterielle plener i sildrende filtre
Slamfordøyelse Fordøyelsestårn Anaerob nedbrytning av organiske bestanddeler i primær- eller overskuddsslam for å uorganiske sluttprodukter: karbondioksyd (CO 2 ), metan (CH 4 ) og ammoniakk (NH 3 ), hydrogensulfid (H 2 S)
Anaerob avløpsvannbehandling reaktor Anaerob nedbrytning av organiske bestanddeler til uorganiske sluttprodukter: karbondioksyd (CO 2 ), metan (CH 4 ) og ammoniakk (NH 3 ), hydrogensulfid (H 2 S). Spesielt egnet for organisk sterkt forurenset avløpsvann (f.eks. Næringsmiddelindustri, fjerning av dyr).
Kjemisk prosess
Flokkulering Flokkulasjonsbasseng Fjerning av kolloider og fine smusspartikler ved å tilsette flokkuleringsmidler eller justere pH-verdien
Nøytralisering / pH-justering Nøytraliseringsbasseng Justering av ønsket pH-verdi ved å tilsette syre eller base
nedbør Nedbørsbasseng Nedbør av fosfationer (PO 4 3− ) med jern- og aluminiumsalter
Samtidig nedbør Luftingstank / sekundærklaring Fjerning av fosfor (som fosfat) ved å tilsette jern- eller aluminiumsalter til det aktiverte slammet
Pre-nedbør Blandebatteri / primærklaring Fjerning av fosfor (som fosfat) ved tilsetning av jern- eller aluminiumsalter oppstrøms den primære klareren
Etter nedbør Blandebatteri / sedimenteringsbasseng etter sekundærklareren Fjerning av fosfor (som fosfat) ved bruk av jern- eller aluminiumsalter etter primærklareren
Abiotisk oksidasjon Spesielt basseng Destruksjon av biotisk ikke-nedbrytbare organiske forbindelser, for eksempel ved ozon eller ultrafiolett stråling , muligens med sikte på å være i stand til å nedbryte restene (f.eks. Avfarging av avløpsvann).
desinfeksjon Spesielt basseng Drep av patogener ved tilsetning av klor eller ozon eller ved ultrafiolett stråling

Last parametere

Forurensningen av kloakkrenseanlegg bestemmes i henhold til populasjonsekvivalenter (PE). Dette er summen av de faktiske innbyggerne (antall innbyggere , EZ) og befolkningsekvivalenter (EGW). Befolkningen tilsvarende er avtalt størrelsen av avløpsvann utslipp til bli antatt for et “standard bosatt” . For kommersielle , industrielle og landbruksproduksjon , belastninger relatert til produksjonsstørrelser (for eksempel 10 PE BSB 5 per hektar av vinmarker) er angitt. Det skal imidlertid bemerkes at forholdet mellom de enkelte parametrene kan skifte. Avløpsvann kan være mer konsentrert (mindre avløpsvann med samme forurensningsbelastning), eller det kan være rikt på organiske karbonforbindelser og derfor fattig på næringsstoffer. Innholdet av biotisk nedbrytbare stoffer kvantifiseres med sumparameteren biokjemisk oksygenbehov , forkortet BOD. Som regel måles det med det biokjemiske oksygenforbruket i milligram innen fem dager under standardbetingelser og referert til som BOD 5 (se nedenfor). For biotisk nedbrytning må det gis et næringsforhold på BOD 5 : N: P på rundt 100: 5: 1 slik at mikroorganismene får tilstrekkelig med nitrogen og fosfor. Dette er basert på antagelsen om at rundt halvparten av de nedbrutte organiske stoffene brukes til biomassevekst, og at biomasse i tørrstoff består av rundt tolv prosent nitrogen og rundt to prosent fosfor.

Mengden avløpsvann

En avløpsvannakkumulering på 150 til 200 liter per innbygger og dag ble antatt å forurense kloakkrenseanlegget. Mengden skittent vann tilsvarer omtrent vannforbruket . For ny planlegging eller forhåndsplanlegging er det stedsspesifikke vannforbruket nå bestemt og det blir forsøkt å estimere fremtiden. Vanligvis blir avløpsvannmengder estimert til rundt 130 liter per innbygger per dag.

Denne verdien tar hensyn til verdiene som er vanlige i Sentral-Europa for tette avløpsnett. For dimensjoneringen av kloakkrenseanlegget tas det imidlertid vanligvis hensyn til et tilleggsavgift for fremmed vann (lekkende kanaler, utslipp fra avløp og lignende). Dette kan være opptil 100 prosent av avløpsvannakkumuleringen. Mengden fremmed vann er relatert til det tilkoblede forseglede området og bør ikke være mer enn 0,15 l / (s × ha).

Med blandede kloakksystemer (regnvann og avløpsvann i en kloakk) må det tas hensyn til passende tillegg for behandling av regnvannet, som vanligvis settes til 100 prosent av den daglige toppen i tørt vær.

For den hydrauliske beregningen (antall og størrelse på matepumper) til kloakkrenseanlegget, er den daglige belastningen også viktig. Den gjennomsnittlige daglige belastningen skal derfor ikke deles med 24 timer, men med et mindre antall (10 til 14) for den maksimale timeverdien.

Forurensningsgrad

BOD 5

BOD 5- verdien, det biokjemiske oksygenbehovet i en måleperiode på fem dager ved 20 ° C, registrerer oksygenbehovet som oppstår under oksidasjon av organiske stoffer av aerobe mikroorganismer. Det er en av de såkalte sumparametrene , da den ikke kan brukes til å bestemme fordelingen av individuelle forbindelser.

Bakteriell oksidasjon av ammoniakk (NH 3 ), ammonium (NH 4 + ) og nitritt (NO 2 - ) til nitrat (NO 3 - ) - kalt nitrifisering - skal ikke registreres og måles av en hemmer som allyltiourea (ATH ) eller natriumhydroksydkaker .

Den vanlige verdien for BOD 5 er satt til 60 gram per innbyggerverdi og dag. Omtrent 20 gram av dette kan fjernes i den primære avklaringen ved sedimentering. Følgende krav er nødvendige for å bestemme BOD:

  1. Den tilberedte prøven må inneholde tilstrekkelig oksygen gjennom hele forbruksperioden, dvs. minst to milligram per liter.
  2. Den tilberedte prøven må inneholde nok bakterier. De er rikelig i vanlig kloakk. I tilfelle spesielt avløpsvann fra kommersiell virksomhet (f.eks. Rensing av avfallsvannstasjon), må bakterier tilsettes. Man "inokulerer" med 0,3 milliliter husholdningsavløpsvann per liter prøve.
  3. Den tilberedte prøven må inneholde tilstrekkelig nitrogen og fosfat som næringsstoffer.
  4. De tilberedte prøvene må oppbevares så presist som mulig ved 20 ° C og i mørket, helst i et termisk skap, i fem dager.

Med utseendet til det nye DWA- regnearket 131 i juni 2016, ble BOD 5 ikke lenger brukt som en dimensjonerende parameter for en-trinns aktiverte slamanlegg , da BOD 5 ikke tillater en fullstendig balanse mellom slamakkumulering og oksygenbehov og måles ikke lenger over hele linja i praksis.

Kjemisk oksygenbehov

Det kjemiske oksygenbehovet, forkortet COD, er også en av sumparametrene, siden det ikke kan kvantifisere individuelle forbindelser. Det bestemmes av oksydasjonen av avløpsvannbestanddelene med kaliumdikromat og registrerer oksygenbehovet for oksidasjon av en stor del av de organiske stoffene. Hvis avløpsvannet også inneholder oksiderbare uorganiske forbindelser som sulfitter, blir disse også registrert som kjemisk oksygenbehov. Denne parameteren brukes til å balansere systemet. Det antas en verdi på 120 gram per innbygger per dag for kjemisk oksygenbehov.

nitrogen

Nitrogen i rå avløpsvann er hovedsakelig organisk bundet (f.eks. I proteiner , nukleinsyrer , urea ) og i form av ammoniumioner (NH 4 + ) og i liten grad i form av nitrat (NO 3 - ) og nitrittioner (NO 2 - ) før. Cirka ti til tolv gram per innbyggerverdi og dag brukes til dette.

fosfor

Fosfor er organisk bundet som en fosfatgruppe og er til stede som fritt fosfat. For Tyskland er det antatt rundt 2 gram fosfor per innbygger og dag. I Sveits må fosfor fra kloakkrenseanlegg resirkuleres fra 2026.

Mikroplast

I følge en oversiktsartikkel er retensjonseffektiviteten til mikroplast i kloakkrenseanlegg 83–99,9%, hvorved den var høyere enn 95% i de fleste studiene som ble vurdert.

Den ytterligere reduksjonen i utslipp kan, for. B. gjøres ved hjelp av tekstilfiltrering.

De Münster kloakk feltene er vannet med renset vann fra den Munster kloakkrenseanlegg, som inneholder en relativt stor mengde av mikroplast. For tiden pågår det forskning om virkningene av virvelløse dyr som snegler og krepsdyr når de spiser plastpartiklene.

Fra et globalt perspektiv er de viktigste inngangsveiene til primær mikroplast i havene veggull (66%), avløpsrenseanlegg (inkludert regnoverløp , 25%) og vindtransport (7%).

Miljøaspekter

strømforbruk

For mange kommuner over hele verden er kloakkrenseanlegg de anleggene med høyest energiforbruk. Det anslås at ved å bruke konvensjonell teknologi utgjør de opptil rundt 3% av det globale strømforbruket. I gjennomsnitt er kloakkrenseanlegg ansvarlig for rundt 20 prosent av det kommunale energiforbruket. For dette formålet forbrukes 4400 gigawatt timer elektrisk energi landsdekkende (2009). En del av denne energien kan genereres i en termisk kraftstasjon av blokktypen ved å konvertere den energirike kloakkgassen fra kloakkprosessen til elektrisitet. I 2014 var rundt en åttendedel av rundt 10.000 tyske kloakkrenseanlegg utstyrt med en kraftvarmeenhet for egenforsyning med strøm og varme. Disse leverte ca 1.340 GWh elektrisk energi, hvorav mer enn 90% ble konsumert i selve kloakkrenseanlegget. Dette kan teoretisk forsyne alle husholdninger i en stor by som Frankfurt am Main .

Som regel krever trykkventilasjonssystemet i luftingstanken langt den største mengden energi av alle prosesstrinn i et kommunalt avløpsrenseanlegg. Energiforbruket for ventilasjon er i gjennomsnitt rundt 50 prosent av det totale energibehovet. Dette følges av kontinuerlig løpende pumper, og den tredje største forbrukergruppen består vanligvis av de kontinuerlig fungerende omrørerne. Disse tre hovedkomponentene forbruker over 80 prosent av energien i normalt drevne systemer.

Under optimale forhold er det mulig å drive avløpsrenseanlegg med energiproduksjon. Avløpsrenseanlegget til Stadtwerke Bad Oeynhausen har generert energioverskudd siden en renovering i 2014. Ifølge estimater er den kjemiske energien i avløpsvannet rundt ni ganger så høy som energien som kreves for behandlingsprosessen.

Følgende tiltak for å øke energieffektiviteten foreslås blant annet:

  • Ved å bytte ut, optimalisere og regulere luftere kan mer enn 50 prosent av ventilasjonsenergien spares under visse omstendigheter
  • Forbedring av den operasjonelle ledelsen for å unngå trykktap
  • Bruk av moderne pumper av høyeste effektivitetsklasse (EFF 1)
  • gjennomsiktig overvåking ( overvåking ), flere strømmålere, deteksjon av trykktap ved luftere, oversikt over måleinstrumentene
  • mekanisk drenering før innføring i kokeren for å redusere varmeenergien
  • effektiv bruk av kokegassene for å generere elektrisitet
  • Tørkeprosesser ved bruk av solenergi eller spillvarme
  • Etablering av en termisk kraftstasjon av blokktypen for å generere elektrisitet fra kokergass - dette oppnår et selvforsyningsnivå på rundt 33% av strømbehovet (status 2009)

I tillegg kan den termiske energien i avløpsvannet heves til et høyere temperaturnivå ved hjelp av (store) varmepumper og deretter mates inn i fjernvarmesystemer . En gjennomgangsstudie publisert i 2017 fant til sammen 54 store varmepumper med en kumulativ varmeeffekt på rundt 900 MW i drift, som vanligvis bruker avløpsvann ved en temperatur på 10–20 ° C. De kraftigste systemene av denne typen ligger i Skandinavia , med spesielt store systemer installert i Stockholm med 230 MW og Göteborg med 160 MW. Lignende systemer kan nå brukes i andre europeiske byer. Forfatterne ser den langsiktige tilgjengeligheten av avløpsvarmekilden som en spesiell fordel ved å bruke avløpsvarme, noe som knapt påvirkes av økonomiske usikkerheter.

Drivhusgassutslipp

Kloakkrenseanlegg er utstedere av klimagasser som oppstår i renseprosessen. Både karbondioksid og andre svært potente klimagasser som metan og lystgass frigjøres . Anslag for 2010 bestemte klimagassutslippene på rundt 0,77 milliarder tonn CO 2 -ekvivalenter , noe som tilsvarer rundt 1,57% av det globale ekvivalente utslippet på 49 milliarder tonn. Det underliggende karbonet kommer i stor grad fra naturlige organiske stoffer, og det er derfor frigjort karbondioksid betraktes som klimagassnøytralt. Utslipp av metan og lystgass er spesielt problematiske, da disse har større effekt enn karbondioksid med henholdsvis en faktor på henholdsvis 25 og 298. Med rundt 0,56–0,71 milliarder tonn CO 2 -ekvivalenter er disse utslippene fra kloakkrenseanlegg ansvarlige for rundt 4,6% - 5,2% av de globale ikke-CO 2 -utslippene.

Samtidig sikrer kloakkrenseanlegg også en reduksjon i potensielle klimagassmengder. Hvis avløpsvann slippes ut i vannmassen uten å bli renset, vil dette føre til en betydelig økning i klimagassutslipp i tillegg til tilsvarende forurensning med de vanlige bivirkningene ( eutrofiering , fiskedødelighet ). De naturlige nedbrytingsprosessene skjer i utgangspunktet med forbruk av oppløst oksygen, med utslipp av karbondioksid. Etter at oksygenet er brukt opp, skjer de videre nedbrytningsprosessene under anaerobe forhold. Dette fører til økte utslipp av metan, hydrogensulfid og lystgass, som igjen har et høyere potensial for global oppvarming.

På grunn av den store mengden produsert karbonholdig avløpsvann, deres beliggenhet i tett befolkede områder og den stort sett eksisterende infrastrukturen, anses kloakkrenseanlegg å være lovende steder for installasjon av karbondioksidseparasjonssystemer for sluttlagring eller videre industriell bruk av CO 2 . På denne måten kan det resulterende karbondioksidet enten fjernes permanent fra atmosfæren for å oppnå negative utslipp som er ønskelige med tanke på klimapolitikken , eller det kan brukes som et industrielt råmateriale for forskjellige bruksområder. En spesiell fordel med kloakkrenseanlegg er at den eksisterende teknologien betyr at det ikke er behov for ekstra land for separasjon og transportinfrastruktur. Mulige konsepter for slike systemer inkluderer bruk av mikrobiell elektrolytisk CO 2 -separasjon, mikrobiell elektrosyntese , installasjon av mikroalgkulturer, dannelse av kunstige våtmarker, produksjon av biokull fra kloakkslam eller oppgradering av biogassen produsert ved metanering av karbondioksid inneholdt ( Power -to-gass- konsepter).

Spesielle skjemaer

  • Det lille kloakkrenseanlegget er en spesiell form for desentralisert rensing av avløpsvann .
  • Ikke-tekniske systemer for avløpsrensing er beskrevet under begrepet plantebasert kloakkrenseanlegg .

weblenker

Commons : kloakkrenseanlegg  - samling av bilder, videoer og lydfiler
Wiktionary: kloakkrenseanlegg  - forklaringer på betydninger, ordets opprinnelse, synonymer, oversettelser

Individuelle bevis

  1. Produsenter bør betale for rensing av avløpsvann . I: Frankfurter Allgemeine Zeitung for Tyskland, nummer 227/2019 av 30. september 2019, s.15.
  2. a b c d e Lu Lu et al.: Rensing av avløpsvann for karbonfangst og -utnyttelse . I: Nature Sustainability . teip 1 , 2018, s. 750-758 , doi : 10.1038 / s41893-018-0187-9 .
  3. Det biologiske rensetrinnet. I: System S&P. (Fast seng og aktivert slamprosess).
  4. Risikofull last gikk inn i forskningsnettverket . I: Mittelbayerische.de , 5. september 2018, åpnet 22. september 2018.
  5. Mulighetsstudie for et ytterligere presiseringsfase presentert: Usynlig fare i vannet . I: wn.de , 22. september 2018, åpnet 22. september 2018.
  6. Fordi forurensende stoffer på Rhinen tetter elva . I: verlagshaus-jaumann.de , 22. september 2018, åpnet 22. september 2018.
  7. Fjerde rengjøringsfase: status og utsikter . I: initiative-mikroplastik.de, åpnet 22. september 2018.
  8. 100 avløpsrenseanlegg må oppgraderes - Eawag Info Day 2015 , eawag , 3. september 2015, tilgjengelig 23. september 2018.
  9. Christoph Zweili: Takket være den fjerde rengjøringstrinnet er Altenrhein ARA en av de mest moderne i Europa. I: tagblatt.ch . 5. september 2019, åpnet 6. september 2019 .
  10. Winznau kloakkrenseanlegg - helt nytt betyr ikke nødvendigvis ultramoderne. I: srf.ch . 30. august 2019, åpnet 31. august 2019 .
  11. Forskningsrapport om fosforproduksjon fra kloakkslam på vegne av Federal Environment Agency , side 38
  12. Stefan Hartmann: Fosforutnyttelse: gjenvinning av gjødsel fra kloakkrenseanlegg. I: bafu.admin.ch . 2019, åpnet 17. august 2020 .
  13. ^ Joana Correia Prata: Mikroplast i avløpsvann: Status for kunnskap om kilder, skjebne og løsninger . I: Marine Pollution Bulletin . teip 129 , nr. 1 , 2018, s. 262–265 , doi : 10.1016 / j.marpolbul.2018.02.046 .
  14. Stefan Idel: Investering i Wildeshausen: basseng revet - stor sandkasse midt i renseanlegg . I: nwzonline.de , 8. januar 2020, åpnet 8. januar 2020.
  15. WWU-forskere studerer mikroplast i kloakkfeltene . I: uni-muenster.de , 4. mai 2018, åpnet 27. mai 2018.
  16. Julien Boucher, Damien Friot: Primary Micro Plastics in the Oceans: En global evaluering av kilder . I: IUCN . 2017, s. 24 , doi : 10,2305 / IUCN.CH.2017.01.en .
  17. Energieffektivitet i kommunale avløpsrenseanlegg , Federal Environment Agency, oktober 2009, s. 3 (PDF; 2,7 MB).
  18. 1.340 gigawatt timer strøm produsert fra kloakkgass . Pressemelding fra Federal Statistical Office av 10. juli 2015. Tilgang 10. juli 2015.
  19. Energieffektivitet i kommunale avløpsrenseanlegg , Federal Environment Agency, oktober 2009, s. 4–5 (PDF; 2,7 MB).
  20. http://www.stadtwerke-badoeynhausen.de/cms/Abwasser/Klaeranlage_/Klaeranlage_.html . Nettsted for Stadtwerke Bad Oeynhausen. Hentet 8. september 2016.
  21. Energieffektivitet for kommunale avløpsrenseanlegg , Federal Environment Agency, oktober 2009, s. 6–8 (PDF; 2,7 MB).
  22. ^ Andrei David et al.: Heat Roadmap Europe: Large-Scale Electric Heat Pumps in Fjernvarmesystemer . I: Energier . teip 10 , nei. 4 , 2017, s. 578 ff ., doi : 10.3390 / en10040578 .
  23. Hartmut Bick: Prinsipper for økologi . 1998, s. 138 ff .