Abwasserbehandlung - Sewage treatment

Luftbild der Belebtschlamm-Kläranlage Kuryanovo in Moskau, Russland.
Angelegte Feuchtgebiete zur Abwasserbehandlung bei Danzig, Polen
Klärbecken einer Kläranlage in Südfrankreich.
UASB für die häusliche Abwasserbehandlung in Bucaramanga, Kolumbien
Kläranlagen (STPs) gibt es in vielen verschiedenen Größen und Prozesskonfigurationen. Im Uhrzeigersinn von oben links: Luftbild der Belebtschlamm-FVA Kuryanovo in Moskau , Russland; Bebaute Feuchtgebiete STP in der Nähe von Danzig , Polen; Klärbecken STP in Südfrankreich; Anaerobe Schlammdecke STP in Bucaramanga , Kolumbien
Abwasserbehandlung
Synonym Kläranlage (ARA), Wasseraufbereitungsanlage
Position in der Sanitärkette Behandlung
Anwendungsebene Stadt, Nachbarschaft
Führungsebene Öffentlich
Eingänge Abwasser , könnte auch nur Schwarzwasser (Abfall) sein , Grauwasser
Ausgänge Abwasser , Klärschlamm , möglicherweise Biogas (für einige Typen)
Typen Liste der Abwasserbehandlungstechnologien
Umweltsorgen Wasserverschmutzung , Umweltgesundheit , öffentliche Gesundheit , Klärschlammbeseitigungsprobleme

Abwasser - Behandlung (oder häusliche Abwasserbehandlung , kommunale Abwasserbehandlung ) ist eine Art der Abwasserbehandlung der darauf abzielt , zu entfernen Verunreinigungen aus Abwasser ein erzeugen Abwasser , die zur Abgabe an der Umgebung oder eine beabsichtigte Wiederverwendung Anwendung, um dadurch zu verhindern geeignet ist , die Wasserverschmutzung aus rohem Abwassereinleitungen. Abwasser enthält Abwässer aus Haushalten und Gewerbe sowie möglicherweise vorbehandeltes Industrieabwasser . Die Auswahl an Abwasserbehandlungsverfahren ist groß. Diese können von dezentralen Systemen (einschließlich Kläranlagen vor Ort) bis hin zu großen zentralen Systemen mit einem Netz von Rohren und Pumpstationen (sog. Kanalisation ) reichen, die das Abwasser zu einer Kläranlage befördern. Bei Städten mit Mischwasserkanal führt die Kanalisation auch städtisches Abfluss (Regenwasser) zur Kläranlage. Die Abwasserbehandlung umfasst oft zwei Hauptphasen, die als Primär- und Sekundärbehandlung bezeichnet werden , während die fortgeschrittene Behandlung auch eine dritte Behandlungsstufe mit Polierprozessen und Nährstoffentfernung umfasst. Die Sekundärbehandlung kann organische Stoffe (gemessen als biologischer Sauerstoffbedarf ) aus dem Abwasser durch aerobe oder anaerobe biologische Prozesse reduzieren

Es wurde eine Vielzahl von Abwasserreinigungstechnologien entwickelt, die meist biologische Klärverfahren verwenden. Ingenieure und Entscheider müssen bei der Auswahl einer geeigneten Technologie sowohl technische und wirtschaftliche Kriterien als auch quantitative und qualitative Aspekte jeder Alternative berücksichtigen. Häufige Hauptkriterien für die Auswahl sind: gewünschte Abwasserqualität, zu erwartende Bau- und Betriebskosten, Flächenverfügbarkeit, Energiebedarf und Nachhaltigkeitsaspekte . In den Entwicklungsländern und in den ländlichen Gebieten mit geringer Bevölkerungsdichte, Abwasser wird oft von verschiedenen behandelt Vor-Ort-Sanitärsysteme und nicht in die Kanalisation befördert. Diese Systeme umfassen Klärgruben verbunden Felder entwässern , Vor-Ort-Abwassersysteme (OSS), vermifilter Systeme und vieles mehr. Andererseits können moderne und relativ teure Kläranlagen in Städten, die sie sich leisten können, eine Tertiärreinigung mit Desinfektion und möglicherweise sogar eine vierte Reinigungsstufe zur Entfernung von Mikroverunreinigungen beinhalten.

Auf globaler Ebene werden schätzungsweise 52 % des Abwassers behandelt. Die Abwasserbehandlungsraten sind jedoch für verschiedene Länder auf der ganzen Welt sehr ungleich. Während beispielsweise Länder mit hohem Einkommen etwa 74 % ihres Abwassers behandeln, behandeln Entwicklungsländer durchschnittlich nur 4,2 %.

Die Behandlung von Abwasser gehört zum Bereich der Sanitärversorgung . Die Sanitärversorgung umfasst auch die Entsorgung von menschlichen Abfällen und festen Abfällen sowie die Bewirtschaftung von Regenwasser (Entwässerung). Der Begriff „Kläranlage“ wird oft synonym mit dem Begriff „Kläranlage“ verwendet.

Terminologie

Belebtschlamm-Kläranlage in Massachusetts , USA

Der Begriff "Kläranlage" (STP) (oder in einigen Ländern "Kläranlage") wird heute oft durch den Begriff Abwasserbehandlungsanlage (WWTP) ersetzt. Letzteres ist streng genommen ein weiter gefasster Begriff, der sich auch auf industrielle Abwässer beziehen kann.

Zwecke und Übersicht

Übergeordnetes Ziel der Abwasserbehandlung ist es, ein Abwasser zu erzeugen , das bei möglichst geringer Wasserbelastung in die Umwelt abgegeben werden kann, oder ein Abwasser zu erzeugen, das sinnvoll wiederverwendet werden kann. Dies wird erreicht, indem Schadstoffe aus dem Abwasser entfernt werden. Es ist eine Form der Abfallwirtschaft .

In Bezug auf die biologische Abwasserreinigung können die Behandlungsziele verschiedene Grade umfassen: Umwandlung von gelösten und partikulären biologisch abbaubaren Bestandteilen (insbesondere organischer Substanz) in akzeptable Endprodukte, Umwandlung und Entfernung von Nährstoffen (Stickstoff und Phosphor), Entfernung oder Inaktivierung von Krankheitserregern und entfernen spezifische Spuren organischer Bestandteile (Mikroverunreinigungen).

Bei einigen Arten der Abwasserbehandlung fällt Klärschlamm an, der vor der sicheren Entsorgung oder Wiederverwendung behandelt werden kann . Der behandelte Klärschlamm wird unter Umständen als „ Biosolids “ bezeichnet und kann als Dünger verwendet werden .

Abwassereigenschaften

Rohabwasser, das in einer Kläranlage in Syrien ankommt (beachten Sie, dass bei der Probenahme von Abwasser Schutzhandschuhe getragen werden sollten).

Abwasser (oder häusliches Abwasser, häusliches Abwasser, kommunales Abwasser) ist eine Art von Abwasser , das von einer Gemeinschaft von Menschen produziert wird. Es wird typischerweise durch ein Abwassersystem transportiert . Abwasser besteht aus Abwasser, das aus Wohngebäuden sowie aus kommerziellen, institutionellen und öffentlichen Einrichtungen, die in der Gemeinde vorhanden sind, abgeleitet wird. Unterarten von Abwasser sind Grauwasser (aus Waschbecken, Badewannen, Duschen, Geschirrspülern und Waschmaschinen) und Schwarzwasser (das Wasser, das zum Spülen von Toiletten verwendet wird , kombiniert mit den menschlichen Abfällen , die es wegspült). Abwasser enthält auch Seifen und Reinigungsmittel. Beim Geschirrspülen kann es zu Lebensmittelabfällen kommen, und die Lebensmittelmengen können sich erhöhen, wenn Müllentsorgungsgeräte verwendet werden. In Regionen, in denen Toilettenpapier anstelle von Bidets verwendet wird , wird dieses Papier auch dem Abwasser zugeführt. Abwasser enthält Makro- und Mikroschadstoffe und kann auch einige feste Siedlungsabfälle und Schadstoffe aus Industrieabwässern enthalten .

Abwasser gelangt normalerweise von den Rohrleitungen eines Gebäudes entweder in einen Abwasserkanal , der es woanders hinführt , oder in eine Abwasseranlage vor Ort . Die Abwassersammlung mehrerer Haushalte zusammen erfolgt in der Regel entweder in Abwasserkanälen oder Mischkanälen . Ersteres soll Regenwasserströme ausschließen, während letzteres auch Regenwasser aufnehmen soll. Die Abwasserproduktion entspricht in der Regel dem Wasserverbrauch. Eine Reihe von Faktoren beeinflusst den Wasserverbrauch und damit den Abwasserdurchfluss pro Person. Dazu gehören: Wasserverfügbarkeit (das Gegenteil von Wasserknappheit ), Wasserversorgungsoptionen , Klima (wärmeres Klima kann zu einem höheren Wasserverbrauch führen), Gemeindegröße, wirtschaftliches Niveau der Gemeinde, Industrialisierungsgrad , Messung des Haushaltsverbrauchs, Wasserkosten und Wasserdruck.

Die wichtigsten Parameter im Abwasser, die zur Beurteilung der Abwasserstärke oder -qualität sowie der Behandlungsmöglichkeiten gemessen werden, umfassen: Feststoffe, Indikatoren für organische Substanz, Stickstoff, Phosphor und Indikatoren für fäkale Kontamination. Diese können als die wichtigsten Makroschadstoffe im Abwasser angesehen werden. Abwasser enthält Krankheitserreger, die aus Fäkalien stammen . Die folgenden vier Arten von Krankheitserregern werden im Abwasser gefunden: pathogene Bakterien , Viren , Protozoen (in Form von Zysten oder Oozysten) und Helminthen (in Form von Eiern). Um die organische Substanz zu quantifizieren, werden häufig indirekte Methoden verwendet: hauptsächlich der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB).

Sammlung

Kanalisation (oder Kanalisation) ist die Infrastruktur , die Abwasser oder Oberflächenabfluss ( Regenwasser , Schmelzwasser , Regenwasser ) über die Kanalisation leitet . Es umfaßt Komponenten wie Empfangs Drains , Schächten , Pumpstationen , Regenüberlauf, und Screening Kammern des Mischwasser oder sanitären Abwasserkanal . Die Kanalisation endet am Eingang einer Kläranlage oder an der Einleitungsstelle in die Umwelt . Es ist das System aus Rohren, Schächten, Schächten usw., das das Abwasser oder Regenwasser fördert.

In vielen Städten wird Abwasser (oder kommunales Abwasser) zusammen mit Regenwasser in einem Mischkanalsystem einer Kläranlage zugeführt. In einigen städtischen Gebieten wird das Abwasser separat in die Abwasserkanalisation geleitet und das Straßenabfluss wird in Regenabflüssen geleitet . Der Zugang zu diesen Systemen zu Wartungszwecken erfolgt normalerweise durch ein Mannloch . Während der Hochniederschlagsperioden kann es in einem Abwassersystem zu einem Mischwasserüberlaufereignis oder einem Abwasserkanalüberlaufereignis kommen , das unbehandeltes Abwasser dazu zwingt, direkt in die Vorfluter zu fließen. Dies kann eine ernsthafte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit und die Umwelt darstellen.

Das Kanalisationssystem wird im britischen Englisch Sewerage oder Sewerage System und im amerikanischen Englisch Abwassersystem genannt .

Arten von Behandlungsprozessen

Abwasser kann in der Nähe des Entstehungsortes des Abwassers behandelt werden, was als "dezentrales" System oder sogar als "vor Ort"-System bezeichnet werden kann (eigene Abwasseranlage , Klärgruben usw.). Alternativ kann Abwasser gesammelt und über ein Netz von Rohren und Pumpstationen zu einer kommunalen Kläranlage transportiert werden. Dies wird als "zentralisiertes" System bezeichnet (siehe auch Kanalisation und Rohrleitungen und Infrastruktur ).

Es wurde eine Vielzahl von Abwasserbehandlungstechnologien entwickelt, die meist biologische Reinigungsprozesse verwenden (siehe Liste der Abwasserbehandlungstechnologien ). Ganz allgemein lassen sie sich in High-Tech- (hohe Kosten) und Low-Tech-Optionen (niedrige Kosten) einteilen, obwohl einige Technologien in eine der beiden Kategorien fallen können. Andere Gruppierungsklassifikationen sind "intensive" oder "mechanisierte" Systeme (kompakter und häufig mit High-Tech-Optionen) im Vergleich zu "extensiven" oder "natürlichen" oder " naturbasierten " Systemen (in der Regel mit natürlichen Behandlungsprozessen und mit größeren Flächen einnehmen) Systeme . Diese Einteilung kann manchmal zu stark vereinfacht werden, da eine Kläranlage eine Kombination von Prozessen beinhalten kann und die Interpretation der Konzepte High-Tech und Low-Tech, intensive und extensive, mechanisierte und natürliche Prozesse von Ort zu Ort unterschiedlich sein können.

Low-Tech, umfangreiche oder naturbasierte Prozesse

Konstruiertes Feuchtgebiet (vertikale Strömung) im Zentrum für Forschung und Ausbildung in Sanitärversorgung, Belo Horizonte , Brasilien
Rieselfilter- Kläranlage im Klärwerk Onça, Belo Horizonte , Brasilien.

Beispiele für weniger technisierte, "natürliche", oft kostengünstigere Abwasserbehandlungssysteme sind unten aufgeführt. Sie verbrauchen oft wenig oder gar keine Energie. Einige dieser Systeme bieten keinen hohen Reinigungsgrad oder behandeln nur einen Teil des Abwassers (zum Beispiel nur das Toilettenabwasser ) oder sie bieten nur eine Vorbehandlung, wie beispielsweise Klärgruben. Andererseits sind einige Systeme in der Lage, eine gute Leistung bereitzustellen, die für mehrere Anwendungen zufriedenstellend ist. Viele dieser Systeme basieren auf natürlichen Aufbereitungsprozessen und benötigen große Flächen, andere sind kompakter. In den meisten Fällen werden sie in ländlichen Gebieten oder in kleinen bis mittelgroßen Gemeinden eingesetzt. Zum Beispiel sind Abfallstabilisierungsteiche eine kostengünstige Behandlungsoption mit praktisch keinem Energiebedarf, aber sie benötigen viel Land. Aufgrund ihrer technischen Einfachheit liegen die meisten Einsparungen (im Vergleich zu High-Tech-Systemen) in den Betriebs- und Wartungskosten.

Beispiele für Systeme, die nur Toilettenabwasser vollständig oder teilweise reinigen können:

High-Tech, intensive oder mechanisierte Prozesse

Belebungsbecken der Belebtschlamm- Kläranlage (feinblasige Diffusoren) in der Nähe von Adelaide , Australien

Beispiele für hochtechnologische, intensive oder „mechanisierte“, oft relativ teure Kläranlagen sind unten aufgeführt. Einige von ihnen sind auch energieintensiv. Viele von ihnen bieten ein sehr hohes Behandlungsniveau. So erreicht beispielsweise das Belebtschlammverfahren im Großen und Ganzen eine hohe Abwasserqualität, ist aber relativ teuer und energieintensiv.

Entsorgungs- oder Behandlungsmöglichkeiten

Es gibt weitere Verfahrensoptionen, die als Entsorgungsoptionen klassifiziert werden können, aber auch als grundlegende Behandlungsoptionen verstanden werden können. Dazu gehören: Die Anwendung von Schlamm , Bewässerung , einweichen Grube , Sickerdränage , Fischteich , Schwimmpflanze Teich, Wasserentsorgung / Grundwasseranreicherung , Oberflächen Entsorgung und Lagerung.

Die Aufbringung von Abwasser auf Land kann als eine Form der Endlagerung oder als Behandlung oder als beides angesehen werden. Es führt zur Grundwasserneubildung und/oder zur Verdunstung. Landanwendungen umfassen langsame Systeme, schnelle Infiltration, unterirdische Infiltration, Überlandfluss. Dies geschieht durch Fluten, Furchen, Sprinkler und Tropfen. Es handelt sich um ein Behandlungs-/Entsorgungssystem, das eine große Menge Land pro Person benötigt.

Designaspekte

Anaerobe Schlammdecke (UASB) Reaktor in Brasilien (Bild einer kleinen Kläranlage), Zentrum für Forschung und Ausbildung in Sanitäranlagen, Belo Horizonte , Brasilien

Prozessauswahl

Bei der Auswahl eines geeigneten Abwasserbehandlungsverfahrens müssen Entscheidungsträger sowohl technische und wirtschaftliche Kriterien als auch quantitative und qualitative Aspekte jeder Alternative berücksichtigen. Daher ist jede Analyse standortspezifisch. Es kann eine Ökobilanz (LCA) verwendet werden und den verschiedenen Aspekten können Kriterien oder Gewichtungen zugeordnet werden. Die endgültige Entscheidung kann einen gewissen Grad an Subjektivität haben. Es gibt eine Reihe von Veröffentlichungen, die bei der Technologieauswahl helfen.

In Industrieländern sind die kritischen Punkte bei der Verfahrensauswahl in absteigender Reihenfolge: Effizienz, Zuverlässigkeit, Schlammentsorgungsaspekte und Flächenbedarf. In Entwicklungsländern können die wichtigsten kritischen Punkte anders sein und sich mehr um Baukosten, Nachhaltigkeit , Einfachheit und Betriebskosten drehen .

Die Auswahl des am besten geeigneten Behandlungsverfahrens ist kompliziert und erfordert Expertenbeiträge, oft in Form von Machbarkeitsstudien . Dies liegt daran , dass die Haupt wichtige Faktoren berücksichtigt werden , wenn die Bewertung und Abwasserbehandlungsverfahren auszuwählen sind zahlreich: Prozess Anwendbarkeit, anwendbar Strömung akzeptable Strömungsvariation, influent Eigenschaften, Hemmung oder refraktäre Verbindungen, klimatische Aspekte, Prozess Kinetik und Reaktorhydraulik , Leistung, Behandlung Reststoffe, Schlammaufbereitung, Umweltauflagen, Anforderungen an chemische Produkte, Energiebedarf, Bedarf an sonstigen Ressourcen, Personalbedarf, Betriebs- und Wartungsbedarf, Nebenprozesse, Zuverlässigkeit, Komplexität, Kompatibilität, Flächenverfügbarkeit.

Im Hinblick auf Umweltauswirkungen werden folgende Aspekte in den Auswahlprozess einbezogen: Gerüche, Anziehung von Vektoren , Schlammtransport, sanitäre Risiken, Luftverschmutzung , Boden- und Untergrundverschmutzung, Oberflächen- oder Grundwasserverschmutzung , Abwertung nahegelegener Gebiete, Unannehmlichkeiten für die Umgebung Population.

Geruchskontrolle

Bei der Abwasserbehandlung freigesetzte Gerüche sind typischerweise ein Hinweis auf einen anaeroben oder "septischen" Zustand. In frühen Verarbeitungsstadien werden übel riechende Gase entstehen, wobei Schwefelwasserstoff am häufigsten zu Beschwerden führt. Große Prozessanlagen in städtischen Gebieten behandeln die Gerüche häufig mit Kohlenstoffreaktoren, einem Kontaktmedium mit Bioschleim, kleinen Chlordosen oder zirkulierenden Flüssigkeiten, um die schädlichen Gase biologisch einzufangen und zu metabolisieren. Es gibt andere Methoden der Geruchsbekämpfung, einschließlich der Zugabe von Eisensalzen, Wasserstoffperoxid , Calciumnitrat usw., um den Schwefelwasserstoffgehalt zu kontrollieren .

Energiebedarf

Der Energiebedarf variiert mit der Art des Aufbereitungsverfahrens sowie der Abwasserstärke. Beispielsweise haben angelegte Feuchtgebiete und Stabilisierungsteiche einen geringen Energiebedarf, der hauptsächlich mit dem gelegentlichen Vorhandensein von Pumpen und anderen Geräten verbunden ist. Andererseits beinhaltet das Belebtschlammverfahren einen Belüftungsschritt, der sehr energieaufwendig ist. Kläranlagen, die im Rahmen ihrer Klärschlammbehandlung mit anaerober Vergärung Biogas erzeugen, können genug Energie produzieren, um den Großteil des Energiebedarfs der Kläranlage selbst zu decken. Bei Belebtschlammbehandlungsanlagen in den USA werden in der Regel rund 30 Prozent der jährlichen Betriebskosten für Energie benötigt. Der größte Teil dieses Stroms wird für Belüftung, Pumpsysteme und Anlagen zur Entwässerung und Trocknung von Klärschlamm verwendet . Moderne Kläranlagen, zB zur Nährstoffentfernung, benötigen mehr Energie als Anlagen, die nur eine Primär- oder Sekundärreinigung leisten.

Kleine ländliche Anlagen, die Tropffilter verwenden, können ohne Nettoenergiebedarf betrieben werden, da der gesamte Prozess durch die Schwerkraftströmung angetrieben wird, einschließlich der Verteilung des Kippeimerflusses und der Entschlammung von Absetzbecken in Trockenbetten. Dies ist normalerweise nur in hügeligem Gelände und in Gebieten praktikabel, in denen die Kläranlage wegen der Schwierigkeit, Gerüche zu kontrollieren, relativ weit von Wohngebäuden entfernt ist.

Mitbehandlung von Industrieabwässern

In stark regulierten Industrieländern wird Industrieabwasser in den Fabriken in der Regel zumindest vorbehandelt, wenn nicht sogar vollständig behandelt , um die Schadstoffbelastung zu reduzieren, bevor es in die Kanalisation eingeleitet wird. Die Vorbehandlung hat folgende Ziele: Entfernung von Bestandteilen, die Gefahren für die Kanalisation und ihre Arbeiter darstellen können; Verhindern toxischer oder hemmender Verbindungen für die Mikroorganismen in der biologischen Stufe in der kommunalen Kläranlage; eine sinnvolle Nutzung des anfallenden Klärschlamms behindern; oder die im endgültigen Abwasser der Kläranlage noch vorhanden sein werden. Einige industrielle Abwässer können Schadstoffe enthalten, die von Kläranlagen nicht entfernt werden können. Außerdem kann ein variabler Strom von Industrieabfällen im Zusammenhang mit Produktionszyklen die Populationsdynamik von biologischen Behandlungseinheiten stören.

Gestaltungsaspekte von Nachbehandlungsprozessen

Ein schlecht gepflegter anaerober Klärteich in Kariba , Simbabwe (Schlamm muss entfernt werden)

Nicht bewässerte Bereiche

Stadtbewohner in vielen Teilen der Welt vertrauen auf Vor-Ort-Sanitärsysteme ohne Kanalisation, wie Klärgruben und Latrinen und Fäkalschlamm - Management in diesen Städten sind eine enorme Herausforderung.

Für die Abwasserbehandlung ist der Einsatz von Klärgruben und anderen On-Site Sewage Facilities ( OSSF ) in einigen ländlichen Gebieten weit verbreitet, die beispielsweise bis zu 20 Prozent der Haushalte in den USA versorgen

Verfügbare Prozessschritte

Die Abwasserbehandlung umfasst häufig zwei Hauptphasen, die als Primär- und Sekundärbehandlung bezeichnet werden, während die erweiterte Behandlung auch eine dritte Behandlungsstufe mit Polierprozessen umfasst. Verschiedene Arten der Abwasserbehandlung können einige oder alle der unten aufgeführten Verfahrensschritte verwenden.

Vorbehandlung

Vorbehandlung (manchmal auch als Vorbehandlung) entfernt grobe Materialien , die leicht aus dem Rohabwasser gesammelt werden können , bevor sie die Pumpen und Abwasserleitungen der Erstbehandlung beschädigen oder verstopfen Klärbecken .

Screening

Vorbehandlungsanlage bei kleinen und mittleren Kläranlagen: Manuell gereinigte Siebe und Sandfang (Jales Kläranlage, São Paulo , Brasilien)

Das zufließende Abwasser wird durch ein Balkensieb geleitet , um alle im Abwasserstrom mitgeführten großen Gegenstände wie Dosen, Lappen, Stöcke, Plastiktüten usw. zu entfernen. Dies wird am häufigsten mit einem automatisierten mechanisch geharkten Stangensieb in modernen Anlagen für große Bevölkerungsgruppen durchgeführt, während in kleineren oder weniger modernen Anlagen ein manuell gereinigtes Sieb verwendet werden kann. Die Rechenwirkung eines mechanischen Stabsiebs wird typischerweise entsprechend der Ansammlung auf den Stabsieben und/oder der Durchflussrate gestuft. Die Feststoffe werden gesammelt und später auf einer Deponie entsorgt oder verbrannt. Stabsiebe oder Maschensiebe unterschiedlicher Größe können verwendet werden, um die Feststoffentfernung zu optimieren. Wenn grobe Feststoffe nicht entfernt werden, werden sie in Rohrleitungen und beweglichen Teilen der Kläranlage mitgerissen und können erhebliche Schäden und Ineffizienzen im Prozess verursachen.

Sandfang

Vorbehandlung: Horizontale Durchlaufsandkammern einer Kläranlage in Juiz de Fora , Minas Gerais, Brasilien

Kies besteht aus Sand , Kies , Steinen und anderen schweren Materialien. Die Vorbehandlung kann einen Kanal oder eine Kammer zur Entfernung von Sand oder Kies umfassen, in der die Geschwindigkeit des einströmenden Abwassers reduziert wird, um die Ablagerung von Kies zu ermöglichen. Die Entfernung von Sand ist notwendig, um (1) die Bildung von Ablagerungen in Vorklärbecken, Belebungsbecken, anaeroben Faulbehältern, Rohren, Kanälen usw. zu reduzieren. (2) die Häufigkeit der Tankreinigung durch übermäßige Ansammlung von Sand zu reduzieren; und (3) Schützen beweglicher mechanischer Geräte vor Abrieb und begleitender anormaler Abnutzung. Die Entfernung von Sand ist bei Geräten mit eng bearbeiteten Metalloberflächen wie Zerkleinerern, Feinsieben, Zentrifugen, Wärmetauschern und Hochdruck-Membranpumpen unerlässlich.

Es gibt drei Arten von Sandkornkammern: horizontale Sandkornkammern, belüftete Sandkornkammern und Wirbelkornsandkammern. Wirbelsandkammern umfassen mechanisch induzierte Wirbel, hydraulisch induzierte Wirbel und Wirbelabscheider mit mehreren Böden. Da herkömmliche Sandentfernungssysteme dafür ausgelegt sind, saubere anorganische Partikel mit einer Größe von mehr als 0,210 Millimeter (0,0083 Zoll) zu entfernen, gelangt der Großteil des feineren Korns unter normalen Bedingungen durch die Sandentfernungsströme. In Zeiten mit hohem Durchfluss wird abgelagerter Sand resuspendiert und die Menge des in die Kläranlage gelangenden Sandes erhöht sich erheblich. Daher ist es wichtig, dass das Sandentfernungssystem nicht nur unter normalen Strömungsbedingungen effizient arbeitet, sondern auch bei anhaltenden Spitzenströmen, wenn das größte Sandvolumen die Anlage erreicht.

Strömungsausgleich

Ausgleichsbecken können verwendet werden , Strömungsausgleich zu erreichen, mit dem Ziel , Spitzentrockenverhalten fließt oder Spitzen Regenwetter- fließt im Fall von zu reduzieren Mischkanalisation . Die Vorteile sind Leistungsverbesserungen der biologischen Behandlungsverfahren, der Nachklärer und aller Abwasserfilteranlagen. Nachteile sind die Investitionskosten und der Platzbedarf der Becken. Basins kann auch einen Ort , um vorübergehend halten, verdünnten liefern und Chargen Einleitung giftiger oder hochfesten Abwassers verteilen , die sonst hemmen biologische Sekundärbehandlung (wie war das Abwasser von mobilen Toiletten oder Fäkalschlamm , die auf die Kläranlage in gebracht wird Saugwagen ). Strömungsausgleichsbecken erfordern eine variable Abflusssteuerung, beinhalten typischerweise Vorkehrungen für Bypass und Reinigung und können auch Belüfter und Geruchsbekämpfung umfassen. In mittleren bis großen Kläranlagen wird in der Regel kein Strömungsausgleich eingesetzt.

Fett- und Fettentfernung

In einigen größeren Anlagen werden Fett und Fett entfernt, indem das Abwasser durch einen kleinen Tank geleitet wird, in dem Abschäumer das an der Oberfläche schwimmende Fett sammeln. Luftgebläse am Boden des Tanks können auch verwendet werden, um das Fett als Schaum zurückzugewinnen. Viele Betriebe verwenden jedoch Vorklärbecken mit mechanischen Oberflächenskimmern zur Fett- und Fettentfernung.

Erstbehandlung

Rechteckige Vorklärbecken in einer Kläranlage in Oregon, USA

Die Primärbehandlung ist die "Entfernung eines Teils der Schwebstoffe und organischen Stoffe aus dem Abwasser". Sie besteht darin, das Abwasser langsam durch ein Becken fließen zu lassen, in dem sich schwere Feststoffe am Boden absetzen können, während Öl, Fett und leichtere Feststoffe aufschwimmen Oberfläche und werden abgeschöpft. Diese Basis werden als „Primärklärbecken“ oder „ Primärklärbecken “ bezeichnet und haben typischerweise eine hydraulische Verweilzeit (HRT) von 1,5 bis 2,5 Stunden. Die abgesetzten und schwimmenden Stoffe werden entfernt und die verbleibende Flüssigkeit kann abgelassen oder einer Nachbehandlung unterzogen werden. Vorklärbecken sind normalerweise mit mechanisch angetriebenen Schabern ausgestattet, die den gesammelten Schlamm kontinuierlich zu einem Trichter im Boden des Beckens treiben, wo er zu Schlammbehandlungsanlagen gepumpt wird.

Kläranlagen, die an ein Mischwassernetz angeschlossen sind, haben teilweise eine Bypass-Anordnung nach der Vorkläranlage. Das bedeutet, dass bei sehr starken Regenfällen die Sekundär- und Tertiärreinigungssysteme zum Schutz vor hydraulischer Überlastung umgangen werden können und das Abwasser-Regenwasser-Gemisch nur einer Primärbehandlung zugeführt wird.

Es ist zu erwarten, dass Vorklärbecken 50-70% der Schwebstoffe und 25-40% des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB) entfernen .

Sekundärbehandlung

Vereinfachtes Verfahrensfließbild für eine typische Großkläranlage nach dem Belebtschlammverfahren .

Die Hauptprozesse der sekundären Abwasserbehandlung sind darauf ausgelegt, möglichst viel Feststoffe zu entfernen. Sie verwenden biologische Prozesse, um das verbleibende lösliche Material, insbesondere den organischen Anteil, zu verdauen und zu entfernen. Dies kann entweder mit suspendierten Wachstums- oder Biofilmverfahren erfolgen. Die Mikroorganismen, die sich von den im Abwasser vorhandenen organischen Stoffen ernähren, wachsen und vermehren sich und bilden die biologischen Feststoffe oder Biomasse. Diese wachsen und gruppieren sich in Form von Flocken oder Biofilmen und in bestimmten Verfahren als Granulat. In mehreren Aufbereitungsverfahren können die biologischen Flocken bzw. der Biofilm und die verbleibenden feinen Feststoffe dann als Schlamm abgesetzt werden, so dass eine Flüssigkeit im Wesentlichen frei von Feststoffen und mit einer stark reduzierten Schadstoffkonzentration zurückbleibt.

Eine Sekundärbehandlung kann organische Stoffe (gemessen als biologischer Sauerstoffbedarf) aus Abwasser durch aerobe oder anaerobe Prozesse reduzieren. Die an diesen Prozessen beteiligten Organismen reagieren empfindlich auf das Vorhandensein toxischer Stoffe, obwohl diese in typischen kommunalen Abwässern in hohen Konzentrationen nicht zu erwarten sind.

Sekundärbehandlung ist die Entfernung biologisch abbaubarer organischer Stoffe (in Lösung oder Suspension) aus Abwasser oder ähnlichen Abwässern . Ziel ist es, eine bestimmte Abwasserqualität in einer Kläranlage zu erreichen, die für die beabsichtigte Entsorgungs- oder Wiederverwendungsoption geeignet ist. Ein " Primärbehandlungs " -Schritt geht oft einer Sekundärbehandlung voraus, wobei physikalische Phasentrennung verwendet wird, um absetzbare Feststoffe zu entfernen . Bei der Nachbehandlung werden durch biologische Verfahren gelöste und suspendierte organische Stoffe, gemessen als biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB), entfernt. Diese Prozesse werden je nach Behandlungstechnologie von Mikroorganismen in einem gesteuerten aeroben oder anaeroben Prozess durchgeführt . Bakterien und Protozoen verbrauchen biologisch abbaubare lösliche organische Verunreinigungen (z. B. Zucker , Fette und organische kurzkettige Kohlenstoffmoleküle aus menschlichen Abfällen, Lebensmittelabfällen , Seifen und Waschmitteln), während sie sich vermehren, um Zellen aus biologischen Feststoffen zu bilden . Die Sekundärbehandlung wird häufig in der Abwasserbehandlung eingesetzt und ist auch auf viele landwirtschaftliche und industrielle Abwässer anwendbar .

Tertiäre Behandlung

Gesamtaufbau für ein Mikrofiltersystem

Die fortgeschrittene Abwasserbehandlung umfasst im Allgemeinen drei Hauptstufen, die als Primär-, Sekundär- und Tertiärbehandlung bezeichnet werden, kann aber auch Zwischenstufen und Endpolierprozesse umfassen. Der Zweck der Tertiärbehandlung (auch "fortgeschrittene Behandlung" genannt) besteht darin, eine letzte Behandlungsstufe zur weiteren Verbesserung der Abwasserqualität bereitzustellen, bevor sie in den Vorfluter eingeleitet oder wiederverwendet wird. In jeder Kläranlage kann mehr als ein Tertiärbehandlungsverfahren eingesetzt werden. Wenn Desinfektion praktiziert wird, ist dies immer der letzte Vorgang. Es wird auch "Abwasserpolieren" genannt. Die Tertiärbehandlung kann die biologische Nährstoffentfernung (alternativ kann dies als Sekundärbehandlung klassifiziert werden), die Desinfektion und die Entfernung von Mikroverunreinigungen, wie beispielsweise umweltbeständigen pharmazeutischen Schadstoffen, umfassen .

Tertiärbehandlung wird manchmal als alles andere als primäre und sekundäre Behandlung definiert, um die Einleitung in ein hochsensibles oder fragiles Ökosystem wie Flussmündungen , Flüsse mit niedrigem Fluss oder Korallenriffe zu ermöglichen . Aufbereitetes Wasser wird manchmal chemisch oder physikalisch desinfiziert (z. B. durch Lagunen und Mikrofiltration ), bevor es in einen Bach , Fluss , eine Bucht , Lagune oder ein Feuchtgebiet eingeleitet wird , oder es kann zur Bewässerung eines Golfplatzes, Greenway oder Parks verwendet werden. Bei ausreichender Sauberkeit kann es auch zur Grundwasseranreicherung oder für landwirtschaftliche Zwecke verwendet werden.

Die Sandfiltration entfernt einen Großteil der restlichen Schwebstoffe. Die Filtration über Aktivkohle , auch Kohleadsorption genannt, entfernt Restgifte . Auch Mikrofiltration oder synthetische Membranen werden eingesetzt, beispielsweise in Membranbioreaktoren, die auch Krankheitserreger entfernen.

Die Ablagerung und weitere biologische Verbesserung des behandelten Abwassers kann durch die Lagerung in großen künstlichen Teichen oder Lagunen erreicht werden. Diese Lagunen sind sehr aerob, und die Besiedelung durch einheimische Makrophyten , insbesondere Schilf, wird oft gefördert.

Desinfektion

Die Desinfektion von behandeltem Abwasser kann versucht werden, Krankheitserreger (krankheitserregende Mikroorganismen) vor der Entsorgung abzutöten , und wird zunehmend wirksam, nachdem weitere Elemente der vorstehenden Behandlungssequenz abgeschlossen wurden. Der Zweck der Desinfektion bei der Abwasserbehandlung besteht darin, die Zahl der im Wasser enthaltenen Krankheitserreger, die wieder in die Umwelt eingeleitet oder wiederverwendet werden sollen, erheblich zu reduzieren. Die Wirksamkeit der Desinfektion hängt von der Qualität des zu behandelnden Wassers (zB Trübung , pH-Wert usw.), der verwendeten Desinfektionsart, der Dosierung des Desinfektionsmittels (Konzentration und Zeit) und anderen Umgebungsvariablen ab. Wasser mit hoher Trübung wird weniger erfolgreich behandelt, da Feststoffe Organismen abschirmen können, insbesondere vor ultraviolettem Licht oder bei kurzen Kontaktzeiten. Generell sprechen kurze Kontaktzeiten, niedrige Dosierungen und hohe Flows gegen eine wirksame Desinfektion. Zu den üblichen Desinfektionsmethoden gehören Ozon , Chlor , ultraviolettes Licht oder Natriumhypochlorit . Monochloramin , das für Trinkwasser verwendet wird, wird wegen seiner Persistenz nicht in der Abwasserbehandlung verwendet.

Die Chlorierung bleibt in vielen Ländern aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer langjährigen Wirksamkeit die häufigste Form der Desinfektion von behandeltem Abwasser. Ein Nachteil besteht darin, dass bei der Chlorierung von organischem Restmaterial chlorierte organische Verbindungen entstehen können, die krebserregend oder umweltschädlich sein können. Restchlor oder Chloramine können auch organisches Material in der natürlichen aquatischen Umgebung chlorieren. Da restliches Chlor für aquatische Spezies toxisch ist, muss das behandelte Abwasser außerdem chemisch entchlort werden, was die Komplexität und die Kosten der Behandlung erhöht.

Ultraviolette (UV) Licht kann anstelle von Chlor, Iod oder anderen Chemikalien verwendet werden. Da keine Chemikalien verwendet werden, hat das aufbereitete Wasser keine negativen Auswirkungen auf Organismen, die es später verbrauchen, wie dies bei anderen Methoden der Fall sein kann. UV-Strahlung schädigt die genetische Struktur von Bakterien, Viren und anderen Krankheitserregern , sodass sie sich nicht vermehren können. Die Hauptnachteile der UV-Desinfektion sind die Notwendigkeit einer häufigen Wartung und des Austauschs der Lampe sowie die Notwendigkeit eines hochbehandelten Abwassers, um sicherzustellen, dass die Zielmikroorganismen nicht vor der UV-Strahlung abgeschirmt werden (dh alle im behandelten Abwasser vorhandenen Feststoffe können Mikroorganismen vor das UV-Licht). In vielen Ländern wird UV-Licht aufgrund der Besorgnis über die Auswirkungen von Chlor bei der Chlorierung von organischen Reststoffen im gereinigten Abwasser und bei der Chlorierung von organischen Stoffen im Vorfluter in vielen Ländern zum gebräuchlichsten Desinfektionsmittel.

Ozon ( O 3 ) wird erzeugt, indem Sauerstoff ( O 2 ) durch ein Hochspannungspotential geleitet wird, was dazu führt, dass ein drittes Sauerstoffatom angelagert wird und O 3 bildet . Ozon ist sehr instabil und reaktiv und oxidiert die meisten organischen Materialien, mit denen es in Kontakt kommt, und zerstört dadurch viele pathogene Mikroorganismen. Ozon gilt als sicherer als Chlor, da im Gegensatz zu Chlor, das vor Ort gelagert werden muss (bei unbeabsichtigter Freisetzung hochgiftig), Ozon vor Ort bedarfsgerecht aus dem Sauerstoff der Umgebungsluft erzeugt wird. Bei der Ozonierung entstehen auch weniger Desinfektionsnebenprodukte als bei der Chlorierung. Ein Nachteil der Ozondesinfektion sind die hohen Kosten der Ozonerzeugungsanlagen und die Anforderungen an spezielle Betreiber. Ozone Abwasserbehandlung erfordert die Verwendung eines Ozongenerators , der das Wasser dekontaminiert als Ozonblasen durch den Tank versickern.

Membranen können auch wirksame Desinfektionsmittel sein, da sie als Barrieren wirken und den Durchgang der Mikroorganismen verhindern. Infolgedessen kann das Endabwasser je nach verwendetem Membrantyp frei von pathogenen Organismen sein. Dieses Prinzip wird in Membranbioreaktoren angewendet .

Biologische Nährstoffentfernung

Nitrifikations-Prozesstank in einer Belebtschlammanlage in den USA.

Abwasser kann hohe Mengen der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor enthalten . Typische Werte für Nährstofffrachten pro Person und Nährstoffkonzentrationen im Rohabwasser in Entwicklungsländern wurden wie folgt veröffentlicht: 8 g/Person/Tag für Gesamtstickstoff (45 mg/L), 4,5 g/Person/Tag für Ammoniak -N (25 mg/L) und 1,0 g/Person/Tag für Gesamtphosphor (7 mg/L). Die typischen Bereiche für diese Werte sind: 6-10 g/Person/Tag für Gesamtstickstoff (35-60 mg/L), 3,5-6 g/Person/Tag für Ammoniak-N (20-35 mg/L) und 0,7 -2,5 g/Person/Tag für Gesamtphosphor (4-15 mg/L).

Eine übermäßige Freisetzung in die Umwelt kann zu einer Nährstoffbelastung führen , die sich in einer Eutrophierung äußern kann . Dieser Prozess kann zu Algenblüten , einem schnellen Wachstum und späterem Zerfall in der Algenpopulation führen. Einige Algenarten verursachen nicht nur Sauerstoffmangel, sondern produzieren auch Giftstoffe, die die Trinkwasserversorgung verunreinigen .

Ammoniakstickstoff in Form von freiem Ammoniak (NH 3 ) ist für Fische giftig. Ammoniakstickstoff, der in einem Gewässer im Prozess der Nitrifikation zu Nitrit und weiter zu Nitrat umgewandelt wird, ist mit dem Verbrauch von gelöstem Sauerstoff verbunden. Nitrit und Nitrat können aufgrund einer als Metahämoglobinämie bezeichneten Krankheit auch von Bedeutung für die öffentliche Gesundheit sein, wenn die Konzentrationen im Trinkwasser hoch sind .

Die Phosphorentfernung ist wichtig, da Phosphor in vielen Süßwassersystemen ein limitierender Nährstoff für das Algenwachstum ist. Daher kann ein Überschuss an Phosphor zur Eutrophierung führen. Es ist auch besonders wichtig für Wasserwiederverwendungssysteme, bei denen hohe Phosphorkonzentrationen zur Verschmutzung von nachgeschalteten Geräten wie Umkehrosmose führen können .

Zur Entfernung von Stickstoff und Phosphor stehen verschiedene Aufbereitungsverfahren zur Verfügung. Die biologische Nährstoffentfernung (BNR) wird von einigen als eine Art sekundärer Behandlungsprozess, von anderen als tertiärer (oder "weiterer") Behandlungsprozess angesehen.

Stickstoffentfernung

Konstruierte Feuchtgebiete (vertikale Strömung) zur Abwasserbehandlung bei Shanghai , China.

Stickstoff wird durch die biologische Oxidation von Stickstoff von Ammoniak zu Nitrat ( Nitrifikation ) entfernt, gefolgt von der Denitrifikation , der Reduktion von Nitrat zu Stickstoffgas. Stickstoffgas wird an die Atmosphäre abgegeben und so aus dem Wasser entfernt.

Die Nitrifikation selbst ist ein zweistufiger aerober Prozess, wobei jeder Schritt durch eine andere Art von Bakterien erleichtert wird. Die Oxidation von Ammoniak (NH 4 + ) zu Nitrit (NO 2 ) wird am häufigsten durch Bakterien wie Nitrosomonas spp. ("Nitroso" bezieht sich auf die Bildung einer funktionellen Nitrosogruppe ). Nitritoxidation zu Nitrat (NO 3 ), obwohl traditionell angenommen wird, dass sie durch Nitrobacter spp. erleichtert wird . (Nitro bezieht sich auf die Bildung einer funktionellen Nitrogruppe ), ist jetzt bekannt, dass es in der Umwelt hauptsächlich durch Nitrospira spp. erleichtert wird .

Die Denitrifikation erfordert anoxische Bedingungen, um die Bildung geeigneter biologischer Gemeinschaften zu fördern. "Anoxische Bedingungen" bezieht sich auf eine Situation, in der Sauerstoff fehlt, aber Nitrat vorhanden ist. Die Denitrifikation wird durch eine Vielzahl von Bakterien ermöglicht. Das Belebtschlammverfahren , Sandfilter , Abfallstabilisierungsbecken , angelegte Feuchtgebiete und andere Verfahren können alle zur Stickstoffreduzierung verwendet werden. Da die Denitrifikation die Reduktion von Nitrat zu Distickstoff (molekularem Stickstoff) ist, wird ein Elektronendonor benötigt. Dies können je nach Abwasser organische Stoffe (aus dem Abwasser selbst), Sulfide oder ein zugesetzter Spender wie Methanol sein . Der Schlamm in den anoxischen Becken (Entstickungsbecken) muss gut durchmischt werden (Gemisch aus rezirkulierter Mischlauge, Rücklaufschlamm und Rohzulauf) zB durch Einsatz von Tauchmotorrührwerken , um die gewünschte Denitrifikation zu erreichen.

Im Laufe der Zeit haben sich verschiedene Behandlungskonfigurationen für Belebtschlammverfahren entwickelt, um ein hohes Maß an Stickstoffentfernung zu erreichen. Bei einem ersten Schema, dem Ludzack-Ettinger-Verfahren, wurde eine anoxische Behandlungszone vor dem Belebungsbecken und dem Klärbecken platziert, wobei der Rücklaufschlamm (RAS) aus dem Klärbecken als Nitratquelle verwendet wurde. Das Abwasser (entweder roh oder als Abwasser aus der Vorklärung) dient den fakultativen Bakterien als Elektronenquelle, um Kohlenstoff zu metabolisieren, wobei das anorganische Nitrat als Sauerstoffquelle anstelle des gelösten molekularen Sauerstoffs verwendet wird. Dieses Denitrifikationsschema war natürlich auf die Menge an löslichem Nitrat im RAS beschränkt. Die Nitratreduktion war begrenzt, da die RAS-Rate durch die Leistung des Klärers begrenzt wird.

Der "Modifizierte Ludzak-Ettinger-Prozess" (MLE) ist eine Verbesserung des ursprünglichen Konzepts, da er gemischte Lauge vom Auslassende des Belebungsbeckens bis zum Kopf des anoxischen Tanks recycelt, um eine konsistente Quelle für lösliches Nitrat für die Fakultativen bereitzustellen Bakterien. In diesem Fall stellt Rohabwasser weiterhin die Elektronenquelle bereit, und das Mischen unter der Oberfläche hält die Bakterien in Kontakt sowohl mit der Elektronenquelle als auch mit löslichem Nitrat in Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff.

Es gibt andere Prozesskonfigurationen, einschließlich anoxischer Tanks vor und nach den Belüftungstanks, wie zum Beispiel Variationen des Bardenpho-Prozesses.

Phosphorentfernung

Studien über US-Abwässer in den späten 1960er Jahren schätzten den durchschnittlichen Pro-Kopf-Beitrag von 500 Gramm (18 oz) in Urin und Fäkalien, 1.000 Gramm (35 oz) in synthetischen Reinigungsmitteln und weniger variablen Mengen, die als Korrosions- und Kesselsteinkontrollchemikalien in Wasserversorgungen verwendet werden . Die Quellenkontrolle über alternative Waschmittelformulierungen hat in der Folge den größten Beitrag reduziert, aber der Phosphorgehalt von Urin und Fäkalien blieb natürlich unverändert.

Phosphor kann in einem Verfahren, das als verbesserte biologische Phosphorentfernung bezeichnet wird, biologisch entfernt werden . Dabei werden bestimmte Bakterien, sogenannte Polyphosphat-akkumulierende Organismen (PAOs), selektiv angereichert und reichern große Mengen Phosphor in ihren Zellen an (bis zu 20 Prozent ihrer Masse).

Die Phosphorentfernung kann auch durch chemische Fällung erreicht werden , üblicherweise mit Salzen von Eisen (zB Eisenchlorid ) oder Aluminium (zB Alaun ) oder Kalk. Dies kann zu einer höheren Schlammproduktion führen, da Hydroxide ausfallen und die zugesetzten Chemikalien teuer werden können. Die chemische Phosphorentfernung erfordert einen wesentlich geringeren Platzbedarf als die biologische Entfernung, ist einfacher zu bedienen und oft zuverlässiger als die biologische Phosphorentfernung. Ein weiteres Verfahren zur Phosphorentfernung besteht darin, körnigen Laterit oder Zeolith zu verwenden .

Einige Systeme verwenden sowohl die biologische Phosphorentfernung als auch die chemische Phosphorentfernung. Die chemische Phosphorentfernung in diesen Systemen kann als Backup-System verwendet werden, wenn die biologische Phosphorentfernung nicht genügend Phosphor entfernt, oder kann kontinuierlich verwendet werden. In jedem Fall hat die Verwendung sowohl der biologischen als auch der chemischen Phosphorentfernung den Vorteil, dass die Schlammproduktion nicht so stark erhöht wird wie die chemische Phosphorentfernung allein, mit dem Nachteil der erhöhten Anfangskosten, die mit der Installation zweier unterschiedlicher Systeme verbunden sind.

Nach der Entfernung kann Phosphor in Form eines phosphatreichen Klärschlamms auf Deponien verbracht oder als Dünger in Mischung mit anderen ausgefaulten Klärschlämmen verwendet werden. Im letzteren Fall wird der behandelte Klärschlamm manchmal auch als Biofeststoffe bezeichnet.

Vierte Behandlungsstufe

Mikroverunreinigungen wie Pharmazeutika, Inhaltsstoffe von Haushaltschemikalien, Chemikalien für Kleinbetriebe oder Industrie, umweltpersistente pharmazeutische Schadstoffe (EPPP) oder Pestizide dürfen in den gängigen Abwasserreinigungsverfahren (Primär-, Sekundär- und Tertiärbehandlung) nicht eliminiert werden und führen daher zu Wasserverschmutzung. Obwohl die Konzentrationen dieser Stoffe und ihrer Zersetzungsprodukte recht gering sind, besteht dennoch die Möglichkeit, Wasserorganismen zu schädigen. Für Arzneimittel wurden folgende Stoffe als „toxikologisch relevant“ identifiziert: Stoffe mit endokrinschädigender Wirkung, genotoxische Stoffe und Stoffe, die die Entwicklung bakterieller Resistenzen fördern . Sie gehören hauptsächlich zur Gruppe der EPPP.

Techniken zur Elimination von Mikroverunreinigungen über eine vierte Behandlungsstufe bei der Abwasserreinigung werden in Deutschland, der Schweiz, Schweden und den Niederlanden implementiert und in mehreren anderen Ländern getestet. Solche Prozessschritte bestehen hauptsächlich aus Aktivkohlefiltern , die die Mikroverunreinigungen adsorbieren. Als kostengünstige Behandlungskombination für Arzneimittelrückstände wurde die Kombination von fortgeschrittener Oxidation mit Ozon gefolgt von granulierter Aktivkohle (GAC) vorgeschlagen. Für eine vollständige Reduktion von Mikroplasten wurde die Kombination von Ultrafiltration gefolgt von GAC vorgeschlagen. Auch der Einsatz von Enzymen wie Laccase, die von Pilzen sezerniert werden, wird untersucht. Mikrobielle Biobrennstoffzellen werden auf ihre Eigenschaft untersucht, organische Stoffe im Abwasser zu behandeln.

Um Arzneimittel in Gewässern zu reduzieren, werden auch Maßnahmen zur „Quellenkontrolle“ untersucht, wie beispielsweise Innovationen in der Arzneimittelentwicklung oder ein verantwortungsvoller Umgang mit Arzneimitteln. In den USA ist die National Take Back Initiative ein freiwilliges Programm für die breite Öffentlichkeit, das Menschen dazu ermutigt, überschüssige oder abgelaufene Medikamente zurückzugeben und zu vermeiden, sie in die Kanalisation zu spülen.

Schlammbehandlung und -entsorgung

Mechanische Entwässerung von Klärschlamm mit einer Zentrifuge in einer Großkläranlage (Arrudas-Kläranlage, Belo Horizonte , Brasilien)

Die Klärschlammbehandlung beschreibt die Verfahren zur Behandlung und Entsorgung von Klärschlamm, der bei der Abwasserbehandlung anfällt. Schlamm besteht hauptsächlich aus Wasser, wobei einige Mengen an Feststoffen aus flüssigem Abwasser entfernt werden. Primärschlamm enthält absetzbare Feststoffe in der primären während der Primärbehandlung entfernt Klärbecken . Sekundärschlamm ist in Nachklärbecken abgetrennter Schlamm, der in Bioreaktoren zur Nachbehandlung oder in Prozessen mit anorganischen Oxidationsmitteln eingesetzt wird . Bei intensiven, meist aeroben Klärverfahren (wie dem Belebtschlammverfahren ) wird der Klärschlamm kontinuierlich oder häufig aus der Flüssigkeitsleitung entfernt, um die Klärprozesse im Gleichgewicht zu halten: Der Schlammanfall sollte etwa dem Schlammabzug entsprechen. Der aus der Flüssigkeitsleitung entfernte Schlamm gelangt in die Schlammbehandlungsleitung. Bei großflächigen (natürlichen) Klärprozessen wie Teichen und bebauten Feuchtgebieten hingegen bleibt der anfallende Schlamm in den Kläranlagen akkumuliert und wird erst nach mehreren Betriebsjahren entfernt.

Die Schlammbehandlung konzentriert sich auf die Reduzierung von Schlammgewicht und -volumen, um Transport- und Entsorgungskosten zu reduzieren, und auf die Reduzierung potenzieller Gesundheitsrisiken bei Entsorgungsoptionen. Die Wasserentfernung ist das primäre Mittel zur Gewichts- und Volumenreduzierung, während die Zerstörung von Krankheitserregern häufig durch Erhitzen während der thermophilen Verdauung, Kompostierung oder Verbrennung erreicht wird . Die Wahl eines Schlammbehandlungsverfahrens hängt von der anfallenden Schlammmenge und dem Vergleich der erforderlichen Behandlungskosten für die verfügbaren Entsorgungsoptionen ab. Lufttrocknung und Kompostierung können für ländliche Gemeinden attraktiv sein, während die begrenzte Verfügbarkeit von Land aerobe Vergärung und mechanische Entwässerung für Städte vorzuziehen macht und Skaleneffekte in Ballungsräumen Alternativen zur Energierückgewinnung fördern können.

Umwelteinflüsse

Kläranlagen können erhebliche Auswirkungen auf den biotischen Zustand von Vorflutern haben und zu einer gewissen Wasserverschmutzung führen, insbesondere wenn nur basische Behandlungsverfahren verwendet werden. Bei Kläranlagen ohne Nährstoffentzug kann beispielsweise die Eutrophierung der aufnehmenden Gewässer ein Problem darstellen.


Wasserverschmutzung (oder aquatische Verschmutzung) ist die Verunreinigung von Gewässern , normalerweise durch menschliche Aktivitäten, in einer Weise, die sich negativ auf ihre rechtmäßige Nutzung auswirkt. Die Wasserverschmutzung verringert die Fähigkeit des Gewässers, die Ökosystemleistungen zu erbringen , die es sonst erbringen würde. Zu den Gewässern zählen beispielsweise Seen , Flüsse , Ozeane , Grundwasserleiter , Stauseen und Grundwasser . Wasserverschmutzung entsteht, wenn Schadstoffe in diese Gewässer eingebracht werden. Beispielsweise kann die Einleitung von unzureichend gereinigtem Abwasser in natürliche Gewässer zu einer Verschlechterung dieser aquatischen Ökosysteme führen . Alle Pflanzen und Organismen, die in verschmutzten Gewässern leben oder diesen ausgesetzt sind, können betroffen sein. Die Auswirkungen können einzelne Arten schädigen und sich auf die natürlichen biologischen Gemeinschaften auswirken, zu denen sie gehören. Wasserverschmutzung kann auch zu durch Wasser übertragenen Krankheiten bei Menschen führen, die verschmutztes Wasser zum Trinken, Baden, Waschen oder Bewässern verwenden .
Das gereinigte Abwasser der Kläranlage in Děčín , Tschechien, wird in Oberflächengewässer eingeleitet.

Wiederverwendung

Schlammtrocknungsbetten für die Klärschlammbehandlung in einer kleinen Kläranlage des Zentrums für Forschung und Ausbildung in Sanitäranlagen, Belo Horizonte , Brasilien.

Bewässerung

Zunehmend verwenden die Menschen aufbereitetes oder sogar unbehandeltes Abwasser zur Bewässerung , um Pflanzen zu produzieren. Städte bieten lukrative Märkte für frische Produkte und sind daher für Landwirte attraktiv. Da die Landwirtschaft mit Industrie und kommunalen Nutzern um immer knapper werdende Wasserressourcen konkurrieren muss, gibt es für Landwirte oft keine Alternative, das mit Abwasser belastete Wasser direkt zur Bewässerung ihrer Pflanzen zu verwenden. Die Verwendung von mit Krankheitserregern belastetem Wasser kann auf diese Weise erhebliche Gesundheitsgefahren verursachen. Die Weltgesundheitsorganisation hat 2006 Richtlinien für die sichere Abwassernutzung entwickelt. Sie befürworten einen Ansatz mit mehreren Barrieren bei der Abwassernutzung, bei dem Landwirte ermutigt werden, verschiedene risikomindernde Verhaltensweisen anzunehmen. Dazu gehören die Einstellung der Bewässerung einige Tage vor der Ernte, damit Krankheitserreger im Sonnenlicht absterben können, die vorsichtige Anwendung von Wasser, damit es keine rohen Blätter kontaminiert, das Reinigen von Gemüse mit Desinfektionsmitteln oder das Trocknen von Fäkalschlamm aus der Landwirtschaft vor der Verwendung als menschlicher Dünger.

Kreisförmiges Nachklärbecken der Belebtschlamm- Kläranlage der Kläranlage Arrudas, Belo Horizonte , Brasilien.

Aufbereitetes Wasser

Wasserrückgewinnung (auch die Wiederverwendung von Wasser oder Wasser - Recycling genannt) ist der Prozess der Umwandlung von kommunalem Abwasser (Abwasser) oder industrielles Abwasser in Wasser , das kann wieder verwendet für eine Vielzahl von Zwecken. Zu den Arten der Wiederverwendung gehören: städtische Wiederverwendung, landwirtschaftliche Wiederverwendung (Bewässerung), Umweltwiederverwendung, industrielle Wiederverwendung, geplante Trinkwasserwiederverwendung, De-facto-Abwasserwiederverwendung (ungeplante Wiederverwendung von Trinkwasser). Die Wiederverwendung kann beispielsweise die Bewässerung von Gärten und landwirtschaftlichen Feldern oder das Auffüllen von Oberflächenwasser und Grundwasser (dh Grundwasseranreicherung ) umfassen. Wiederverwendetes Wasser kann auch zur Erfüllung bestimmter Bedürfnisse in Wohnungen (zB Toilettenspülung ), Unternehmen und Industrie verwendet werden und könnte sogar auf Trinkwasserqualität aufbereitet werden. Die Wiederverwendung von behandeltem kommunalem Abwasser zur Bewässerung ist eine seit langem etablierte Praxis, insbesondere in ariden Ländern. Durch die Wiederverwendung von Abwasser im Rahmen eines nachhaltigen Wassermanagements kann Wasser als alternative Wasserquelle für menschliche Aktivitäten erhalten bleiben. Dies kann die Knappheit verringern und den Druck auf das Grundwasser und andere natürliche Wasserkörper verringern .

Globale Situation

Anteil sicher behandelter häuslicher Abwässer (in 2018)

Vor dem 20. Jahrhundert wurden in Europa Abwasserkanäle normalerweise in ein Gewässer wie einen Fluss, einen See oder ein Meer eingeleitet . Da es keine Behandlung gab, wurde der Abbau des menschlichen Abfalls dem Ökosystem überlassen . Dies könnte zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen, wenn die Assimilationskapazität des Ökosystems ausreichend ist, was heute aufgrund der zunehmenden Bevölkerungsdichte nicht oft der Fall ist.

Heute ist die Situation in städtischen Gebieten von Industrieländern meist so, dass die Kanalisation ihren Inhalt nicht direkt in ein Gewässer, sondern in eine Kläranlage leitet. In vielen Entwicklungsländern wird jedoch der Großteil des kommunalen und industriellen Abwassers ohne jegliche Behandlung oder nur nach Vorbehandlung oder Erstbehandlung in Flüsse und ins Meer eingeleitet . Dies kann zu einer Wasserverschmutzung führen . Über den Anteil des in der Kanalisation gesammelten Abwassers, der weltweit gereinigt wird, gibt es nur wenige verlässliche Zahlen. Eine globale Schätzung von UNDP und UN-Habitat aus dem Jahr 2010 lautete, dass 90 % aller anfallenden Abwässer unbehandelt in die Umwelt gelangen. Eine neuere Studie aus dem Jahr 2021 schätzt, dass weltweit etwa 52 % des Abwassers behandelt werden. Die Abwasserbehandlungsraten sind jedoch für verschiedene Länder auf der ganzen Welt sehr ungleich. Während beispielsweise Länder mit hohem Einkommen etwa 74 % ihres Abwassers behandeln, behandeln Entwicklungsländer durchschnittlich nur 4,2 %.

Das Joint Monitoring Program (JMP) for Water Supply and Sanitation von WHO und UNICEF berichten im Jahr 2021, dass 82 % der Menschen mit Kanalanschluss an Kläranlagen angeschlossen sind, die zumindest eine Sekundärbehandlung bieten. Dieser Wert variiert jedoch stark zwischen den Regionen. In Europa, Nordamerika, Nordafrika und Westasien beispielsweise verfügten insgesamt 31 Länder über eine universelle (>99 %) Abwasserbehandlung. In Albanien, Bermuda, Nordmazedonien und Serbien wurden jedoch „weniger als 50 % des Abwassers aus der Kanalisation einer zweiten oder besseren Behandlung unterzogen“, und in Algerien, dem Libanon und Libyen lag der Wert bei weniger als 20 % des Abwassers, das behandelt wurde. Der Bericht stellte auch fest, dass "weltweit 594 Millionen Menschen Abwasseranschlüsse haben, die nicht ausreichend behandelt werden. Viele weitere sind an Kläranlagen angeschlossen, die keine wirksame Behandlung bieten oder die Abwasseranforderungen nicht erfüllen."

Globale Ziele

Das Ziel 6 für nachhaltige Entwicklung hat ein Ziel 6.3, das wie folgt formuliert ist: „Bis 2030 die Wasserqualität verbessern, indem die Umweltverschmutzung reduziert, die Deponierung beseitigt und die Freisetzung gefährlicher Chemikalien und Materialien minimiert, der Anteil unbehandelter Abwässer halbiert und das Recycling und die sichere Wiederverwendung weltweit deutlich erhöht werden“ ." Der entsprechende Indikator 6.3.1 ist der „Anteil des sicher behandelten Abwassers“.

Daten aus dem Jahr 2020 zeigten, dass es immer noch zu viel nicht gesammeltes Haushaltsabwasser gibt: Nur 66 % aller Haushaltsabwasserströme wurden im Jahr 2020 in Kläranlagen gesammelt (dies wird aus Daten von 128 Ländern ermittelt). Auf der Grundlage von Daten aus 42 Ländern im Jahr 2015 stellte der Bericht fest, dass „32 Prozent aller Abwasserströme aus Punktquellen zumindest einer gewissen Behandlung unterzogen wurden“. Von den tatsächlich in zentralen Kläranlagen gesammelten Abwässern wurden im Jahr 2020 rund 79 % sicher behandelt.

Geschichte

Die Geschichte der Abwasserbehandlung hatte folgende Entwicklungen: Sie begann mit der Landnutzung ( Sickerwasserfarmen ) in den 1840er Jahren in England, gefolgt von der chemischen Behandlung und Sedimentation des Abwassers in Tanks, dann der biologischen Behandlung im späten 19. das Belebtschlammverfahren ab 1912.

Erst Ende des 19. Jahrhunderts wurde es möglich, die Abwässer durch biologischen Abbau der organischen Bestandteile durch den Einsatz von Mikroorganismen und Entfernung der Schadstoffe zu behandeln. Auch die Bodenbehandlung wurde immer weniger praktikabel, da die Städte wuchsen und die anfallende Abwassermenge nicht mehr von den landwirtschaftlichen Flächen am Stadtrand aufgenommen werden konnte.

Edward Frankland führte in den 1870er Jahren Experimente auf der Kläranlage in Croydon , England, durch und konnte zeigen, dass die Filtration von Abwasser durch porösen Kies ein nitrifiziertes Abwasser erzeugte (das Ammoniak wurde in Nitrat umgewandelt) und dass der Filter über lange Zeiträume unverstopft blieb Zeit. Damit wurde die damals revolutionäre Möglichkeit der biologischen Abwasserreinigung mit einem Kontaktbett zur Oxidation des Abfalls geschaffen. Dieses Konzept wurde 1887 vom Chefchemiker des London Metropolitan Board of Works , William Libdin, aufgegriffen:

...die wahre Art der Abwasserreinigung ist aller Wahrscheinlichkeit nach, zuerst den Schlamm zu trennen und dann in ein neutrales Abwasser umzuwandeln... in gereinigtem Zustand in den Strom abzugeben. Dies ist in der Tat das, was auf einer Kläranlage angestrebt und nur unvollständig erreicht wird.
Von 1885 bis 1891 wurden in ganz Großbritannien Filter gebaut, die nach diesem Prinzip arbeiteten, und die Idee wurde auch in den USA an der Lawrence Experiment Station in Massachusetts aufgegriffen , wo Franklands Arbeit bestätigt wurde. 1890 entwickelte die LES einen " Tröpfelfilter ", der eine viel zuverlässigere Leistung lieferte.

Vorschriften

In den meisten Ländern unterliegen die Abwassersammlung und -behandlung lokalen und nationalen Vorschriften und Normen .

Nach Land

Überblick

Europa

Die Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser (vollständiger Titel "Richtlinie 91/271/EWG des Rates vom 21. Mai 1991 über die Behandlung von kommunalem Abwasser") ist eine Richtlinie der Europäischen Union über die Sammlung, Behandlung und Einleitung von kommunalem Abwasser sowie die Behandlung und Einleitung von "Abwässern aus bestimmten Industriebereichen". Es wurde am 21. Mai 1991 angenommen. Es zielt darauf ab, "die Umwelt vor den schädlichen Auswirkungen der Einleitungen von kommunalem Abwasser und Einleitungen aus bestimmten Industriesektoren zu schützen", indem es die Sammlung und Behandlung von Abwasser in städtischen Ballungsräumen mit einem Einwohnerwert von mehr als 2000 vorschreibt , und fortgeschrittenere Behandlung an Orten mit einem Bevölkerungsäquivalent von mehr als 10.000 in sensiblen Gebieten.

Asien

Indien

In Indien fallen die Vorschriften zur Abwasserbehandlung unter drei zentrale Institutionen: "Das Ministerium für Umwelt, Wald und Klimawandel (MoEF&CC), das Ministerium für Wohnungswesen und Stadtentwicklung (MoHUA) und das kürzlich gegründete Ministerium von Jal Shakti." Auch die verschiedenen Wasser- und Sanitärpolitiken wie die „Nationale Umweltpolitik 2006“ und die „Nationale Sanitärpolitik 2008“ legen Regelungen zur Abwasserbehandlung fest. Landesregierungen und Kommunen tragen die Verantwortung für die Abwasserentsorgung sowie den Bau und die Unterhaltung von "Kanalisationsinfrastruktur". Ihre Bemühungen werden durch von der indischen Regierung angebotene Programme unterstützt, wie den National River Conservation Plan, die Jawaharlal Nehru National Urban Renewal Mission, den National Lake Conservation Plan. Durch das Ministerium für Umwelt und Forsten hat die indische Regierung auch Anreize geschaffen, die die Industrie ermutigen, "gemeinsame Einrichtungen" für die Abwasserbehandlung zu errichten.

Japan

Derzeit umfassen Japans Methoden der Abwasserbehandlung Abwasserkanäle in ländlichen Gemeinden, Abwasseranlagen und Vor-Ort-Behandlungssysteme wie das Johkasou-System zur Behandlung von häuslichem Abwasser. Größere Abwasseranlagen und Kanalisationssysteme werden in der Regel in städtischen Gebieten mit einer größeren Bevölkerung verwendet, um Abwasser zu behandeln. Ländliche Abwassersysteme werden zur Reinigung von Abwasser in kleineren häuslichen Kläranlagen für eine kleinere Bevölkerung verwendet. Johkasou ( jōkasō) -Systeme sind Tanks für Abwasserbehandlungssysteme vor Ort. Sie werden verwendet, um das Abwasser eines einzelnen Haushaltes oder dezentraler als ein Kanalsystem das Abwasser einiger weniger Gebäude zu behandeln.

Afrika

Libyen

In Libyen wird die kommunale Abwasserbehandlung von der Generalgesellschaft für Wasser und Abwasser in Libyen verwaltet, die in die Zuständigkeit des Ministeriums für Wohnungswesen und Versorgung fällt. Es gibt ungefähr 200 Kläranlagen im ganzen Land, aber nur wenige Anlagen funktionieren. Tatsächlich befinden sich die 36 größeren Werke in den großen Städten; jedoch sind nur neun von ihnen betriebsbereit, und der Rest befindet sich in Reparatur.

Die größten in Betrieb befindlichen Kläranlagen befinden sich in Sirte, Tripolis und Misurata mit einer Auslegungskapazität von 21.000, 110.000 bzw. 24.000 m3/Tag. Darüber hinaus handelt es sich bei einem Großteil der verbleibenden Abwasseranlagen um kleine und mittlere Anlagen mit einer Auslegungskapazität von ca. 370 bis 6700 m3/Tag. Somit werden 145.800 m3/Tag oder 11 Prozent des Abwassers tatsächlich gereinigt, der Rest wird unbehandelt ins Meer und in künstliche Lagunen geleitet. Tatsächlich führen nicht betriebsbereite Kläranlagen in Tripolis täglich dazu, dass über 1.275.000 Kubikmeter unverarbeitetes Wasser ins Meer gelangen.

Amerika

Vereinigte Staaten

Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) und staatliche Umweltbehörden legen im Rahmen des Clean Water Act Abwasserstandards fest . Punktquellen müssen Genehmigungen für die Einleitung von Oberflächenwasser durch das National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) erhalten. Punktquellen gehören Industrieanlagen, Kommunalverwaltungen (Kläranlagen und Regenwasserkanal - Systeme), andere staatliche Einrichtungen wie Militärbasen und einige landwirtschaftliche Einrichtungen, wie Tierfutterrationen . EPA setzt grundlegende nationale Abwasserstandards: Die „Secondary Treatment Regulation“ gilt für kommunale Kläranlagen und die „ Effluent Guidelines “, die Regelungen für Kategorien von Industrieanlagen sind.

Siehe auch

Verweise

Externe Links