Kläranlage

Kläranlage Rechen In der Rechenanlage wird das Abwasser durch einen Rechen oder eine Siebtrommel geleitet. Im Rechen bleiben die groben Verschmutzungen wie Artikel der Monatshygiene, Präservative, Toilettenpapier, Wattestäbchen, Steine, aber auch Laub und tote Tiere hängen. Diese Grobstoffe würden erstens Pumpen auf der Kläranlage verstopfen und zweitens das Reinigungsergebnis optisch verschlechtern. Je schmaler der Durchgang für das Abwasser, desto weniger Grobstoffe enthält das Abwasser nach dem Rechen. Man unterscheidet Feinrechen mit wenigen mm und Grobrechen mit mehreren cm Spaltweite. Das Rechengut wird zum Entfernen der Fäkalstoffe maschinell gewaschen, mittels Rechengutpresse entwässert (Gewichtsersparnis) und anschließend verbrannt, kompostiert (Dünger) oder auf einer Deponie abgelagert.

Sandfang Ein Sandfang ist ein Absetzbecken mit der Aufgabe, grobe, absetzbare Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen, so beispielsweise Sand, Steine, Glassplitter oder Gemüsereste. Diese Stoffe würden zu betrieblichen Störungen in der Anlage führen (Verschleiß, Verstopfung). Als Bauform ist ein Langsandfang, ein belüfteter Langsandfang, in dem zugleich Fette und Öle an der Oberfläche abgeschieden werden, ein Rundsandfang oder Tiefsandfang möglich. Die Belüftung des Sandfangs (am Beckenboden angebracht) erzeugt eine Wirbelströmung. Durch die eingeblasene Luft verringert sich die Dichte des Abwassers. Aufgrund beider Effekte setzen sich die schweren mineralischen Anteile (vorwiegend Sand) am Beckenboden ab. Beim Tiefsandfang strömt das Abwasser von oben in das Becken, besitzt durch die Tiefe dieses einer relativ hohe Verweildauer, wodurch sich der schwere Sand am Beckengrund (Sandtrichter) absetzt. Bei modernen Anlagen wird das Sandfanggut nach der Entnahme aus dem Sandfang gewaschen, das heißt von organischen Inhaltsstoffen befreit, um eine bessere Entwässerung und anschließende Verwertbarkeit (beispielsweise im Straßenbau) zu ermöglichen.

Vorklärbecken Das Schmutzwasser fließt sehr langsam durch das Vorklärbecken. Ungelöste Stoffe (Fäkalstoffe, Papier etc.) setzen sich ab (absetzbare Stoffe) oder schwimmen an der Oberfläche auf. Etwa 30 % der organischen Stoffe können damit entfernt werden. Es entsteht Primärschlamm, der bei den meisten Kläranlagen in den sogenannten Voreindicker kommt (siehe Schema oben). Zusammen mit dem überschüssigen Schlamm aus der aeroben Belebungsanlage wird er dort eingedickt: Der Schlamm setzt sich ab und das überschüssige Wasser (Trübwasser) wird abgezogen, um einen höheren Gehalt an Trockensubstanz im Schlamm zu erreichen. Das Trübwasser wird dem Reinigungsskreislauf der Kläranlage zurückgeführt. Der eingedickte Schlamm wird zur weiteren anaeroben Behandlung in den Faulturm gepumpt. Bei modernen Anlagen mit Stickstoffentfernung entfällt dieser Anlagenteil oft oder ist klein bemessen, da die organischen Stoffe des Abwassers als Reduktionsmittel zur Stickstoffentfernung mittels Denitrifikation (Reduktion des NO3- zu N2) im anoxischen Teil beziehungsweise der anoxischen Phase der biologischen Stufe benötigt werden. Ebenso wird dieser Anlagenteil bei Kläranlagen mit simultaner, aerober Schlammstabilisierung in der biologischen Stufe nicht verwendet, da sonst weiterhin nicht stabilisierter Primärschlamm anfallen würde.

Biologische Stufe In diesem Verfahrensteil werden durch Mikroorganismen die organischen Stoffe des Abwassers abgebaut und anorganische Stoffe teilweise oxidiert. Hierzu wird auch Luft (Sauerstoff) hineingepumpt. Hierzu wurden zahlreiche Verfahren entwickelt (zum Beispiel das Belebtschlammverfahren, das Tropfkörperverfahren, das Festbettreaktorverfahren). Beispielhaft wird im Folgenden das Belebtschlammverfahren, bestehend aus dem Belebungsbecken und dem Nachklärbecken, dargestellt. Der Großteil der kommunalen Kläranlagen in Mitteleuropa werden nach diesem Verfahren betrieben.

Belebtschlammverfahren Mit dem Belebtschlammverfahren werden in sogenannten Belebungsbecken durch Belüften des mit Belebtschlamm (Massen von flockig aggregierten Bakterien) versetzten Abwassers die Abwasserinhaltsstoffe des frischen Abwassers biotisch oxidativ abgebaut. Dabei werden von aeroben (Sauerstoff verbrauchenden) Bakterien und anderen Mikroorganismen Kohlenstoffverbindungen größtenteils zu Kohlenstoffdioxid abgebaut und teilweise zu Biomasse umgesetzt sowie der Stickstoff aus den organischen Verbindungen durch wieder andere Bakterien zunächst als Ammoniak abgespalten und dieses mit Sauerstoff zu Nitrat oxidiert (Nitrifikation). Das Belebtschlammverfahren wird mit kontinuierlichem Durchlauf betrieben, das heißt, in das Belebungsbecken läuft kontinuierlich Abwasser zu und kontinuierlich läuft im selben Maß Belebtschlamm enthaltendes Wasser ab. Durch die Zugabe von Fällmitteln kann mittels chemischer Reaktionen außerdem der Nährstoff Phosphor entfernt werden, ggf. durch Simultanfällung. Dies verbessert auch die Absetzeigenschaften des Belebtschlammes im Nachklärbecken.

Nachklärbecken Das Nachklärbecken bildet eine Prozesseinheit mit dem Belebungsbecken. In ihm wird der Belebtschlamm durch Absetzen aus dem Abwasser abgetrennt. Ein Teil des Schlammes wird in das Belebungsbecken zurückgeführt (Rücklaufschlamm), um die Konzentration an Mikroorganismen im Belebungsbecken ausreichend hoch zu erhalten. Anderenfalls wäre die Abbauleistung darin zu niedrig. Der Überschuss (Zuwachs an Biomasse, Überschussschlamm) wird zur Weiterbehandlung in der Regel zusammen mit dem Schlamm des Vorklärbeckens in den Voreindicker abgeführt. Der Belebtschlamm muss gute Absetzeigenschaften aufweisen. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise durch massenweises Wachstum fadenförmiger Mikroorganismen, was zur Blähschlammbildung führt, treibt der Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken in das Gewässer ab, in das das gereinigte Abwasser eingeleitet wird (sogenannter Vorfluter). Damit wird nicht nur das Gewässer beeinträchtigt. Da dann nicht genug Schlamm im System Belebungsbecken/Nachklärbecken gehalten werden kann, sinkt die Reinigungsleistung und das Schlammalter (die mittlere Aufenthaltsdauer der Biomasse im System) nimmt ab. Zuerst sind daher von einem derartigen Versagen die langsam wachsenden Bakterien (beispielsweise die Nitrifikanten, die Ammoniak zu Nitrat oxidieren) betroffen. Besonders Abwässer mit leicht abbaubaren organischen Stoffen (beispielsweise aus der Lebensmittelindustrie) neigen zur Blähschlammbildung. Die Vorschaltung kleiner, nicht oder gering belüfteter Becken vor dem Belebungsbecken (Selektoren) kann die Blähschlammbildung vermeiden. Eine spezielle Form des Nachklärbeckens ist der trichterförmige Dortmundbrunnen.

Faulbehälter Faulturm der durch den Abbau der Abwasserinhaltsstoffe entstehende Biomassezuwachs wird als Klärschlamm beseitigt, meist aber in sogenannten Faulbehältern unter anoxischen (anaeroben, das heißt sauerstofffreien) Bedingungen durch anaerobe Bakterienstämme zu Faulschlamm und brennbarem Faulgas (im Wesentlichen ein Gemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid) abgebaut. Dieser Prozess entspricht dem der Erzeugung von Biogas in einer Biogasanlage. Die Faulbehälter sind oft turmförmig und werden dann als Faulturm bezeichnet (siehe Abbildung). Das Faulgas wird häufig in gereinigter Form (Entfernung zum Beispiel von Schwefelwasserstoff) in Gasmotoren (oder auch Blockheizkraftwerken) zur Deckung des Eigenbedarfs an Strom (und Wärme) genutzt. Der Faulschlamm wird anschließend in den sogenannten Nacheindicker (siehe obiges Schema) geleitet. Dort wird er durch Absetzen eingedickt, um das Volumen und den Wassergehalt weiter zu verringern. Mit speziellen, höhenverstellbaren Abzugsvorrichtungen wird das Trübwasser gezielt abgezogen. Der entstehende Schlamm kann, wenn er frei von Schadstoffen und Giften ist, in der Landwirtschaft als organische Düngung verwendet werden. Andernfalls wird er in Kammerfilterpressen oder Zentrifugen noch weiter entwässert und in Müllverbrennungsanlagen verbrannt oder auf Mülldeponien entsorgt. siehe auch: Festbettverfahren

Reinigungsprozesse 1. Stufe Mechanische Verfahren bilden zumeist die erste Reinigungsstufe. Hier werden etwa 20-30 % der festen (ungelösten) Schwimm- und Schwebstoffe entfernt. In der weitergehenden Abwasserreinigung und der Industriewasserwirtschaft werden unter anderem Adsorption, Filtration und Strippung eingesetzt. 2. Stufe Biologische Verfahren werden in der zweiten Reinigungsstufe kommunaler Abwasserreinigungsanlagen und für den Abbau organisch hochbelasteter Abwässer in der aeroben und anaeroben Abwasserreinigung eingesetzt. Sie verwenden mikrobiologische Abbauvorgänge. Dabei werden abbaubare organische Abwasserbestandteile möglichst vollständig mineralisiert, das heißt in der aeroben Abwasserreinigung bis zu den anorganischen Endprodukten Wasser, Kohlenstoffdioxid, Nitrat, Phosphat und Sulfat abgebaut. In der anaeroben Abwasserreinigung werden sie zu organischen Säuren, Methan und Kohlenstoffdioxid umgesetzt. Üblicherweise werden damit die Kohlenstoffverbindungen aus dem Abwasser entfernt. Ebenso erfolgt die Entfernung von organisch gebundenem Stickstoff und Ammonium durch bakterielle Nitrifikation und Denitrifikation. Zunehmend wird in mittleren und großen Kläranlagen auch der Phosphor bakteriell eliminiert. 3. Stufe Chemische Verfahren: Abiotisch-chemische Verfahren bedienen sich chemischer Reaktionen wie Oxidation und Fällung ohne Beteiligung von Mikroorganismen. Sie dienen in der kommunalen Abwasserreinigung vor allem der Entfernung von Phosphor durch Fällungsreaktionen. Dieser Prozess hat große Bedeutung zur Vermeidung der Eutrophierung der Vorfluter. Zudem werden abiotisch-chemische Verfahren zur Fällung in der Industriewasserwirtschaft und zur weitergehenden Abwasserreinigung (beispielsweise Flockung/Fällung/Filtration) eingesetzt. Die Prozesse in Kläranlagen können mathematisch durch ihre Reaktionskinetik (Makrokinetik) beschrieben werden. Außerdem ist die Kläranlage sehr sinnvoll, weil sie das Wasser auf mehrere Arten und Weisen reinigt unter anderen wird das Wasser von kleinsten Verunreinigungen und Dreck(Schlamm) gereinigt, wie man oben nach lesen konnte. Und das Ergebnis dieser ganzen Reinigungsprozesse ist, dass am Ende viele schädliche Stoffe beseitigt und die Anzahl der Stoffe die gut für den Bach sind gesättigt sind.