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)


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



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



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)


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 35° 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.