Kläranlage

Eine Kläranlage dient der Reinigung von Abwasser, das von der Kanalisation gesammelt und zu ihr transportiert wurde.

Zur Reinigung der unerwünschten Bestandteile der Abwässer werden mechanische (auch physikalisch genannt), biologische und chemische Verfahren eingesetzt. Moderne Kläranlagen sind dementsprechend auch dreistufig, wobei in jeder Reinigungsstufe eine Verfahrensart im Vordergrund steht.

Anlageteile

Kommunale Kläranlage mit Vorklärung:

Beispielfliessschema einer kommunalen Kläranlage mit Vorklärung

Kommunale Kläranlage ohne Vorklärung:

Beispielfliessschema einer kommunalen Kläranlage ohne Vorklärung

Regenbecken und/oder Regentlastung

Falls Regen- und Schmutzwasser in einem Kanal der Kläranlage zugeleitet werden, muss in der Regel ein Teil des Regenwassers entweder bereits im Kanalnetz oder auf der Kläranlage gespeichert und/oder entlastet werden, um die Kläranlage nicht hydraulisch zu überlasten.

Rechenhaus

Zur Entfernung grober Abwasserinhaltsstoffe.

Vorklärbecken

Durch Absetzen entfernbare Abwasserinhaltstoffe werden dort abgeschieden. Es entsteht "Primärschlamm", der weiter zu behandeln ist.

Biologie Becken (Belebungsbecken)

Durch Belüften von Bakterienschlämmen werden Abbauprozesse zur Entfernung von (gelösten) Abwasserinhaltsstoffen vorgenommen. Durch die Zugabe von Fällmitteln kann mittels chemischer Reaktionen zum Beispiel der Nährstoff Phosphor entfernt werden. Dies verbessert auch die Absetzeigenschaften des Belebtschlammes im Nachklärbecken.

Nachklärbecken

Bildet eine Prozesseinheit mit dem Belebungsbecken. Trennt den Bakterienschlamm (Belebtschlamm) durch Absetzen aus dem Abwasser ab. Dieser wird in das Belebungsbecken zurückgeführt. Der Belebtschlamm muss daher gute Absetzeigenschaften aufweisen. Ist dies nicht der Fall (z.B. durch massenweises Wachstum fadenförmiger Mikroorganismen, Blähschlammbildung) treibt der Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken in das Gewässer ab. Damit wird nicht nur das Gewässer beeinträchtigt. Da nicht genug Schlamm im System Belebungsbecken/Nachklärbecken gehalten werden kann, sinkt die Reinigungsleistung. Das "Schlammalter", das heißt die mittlere Aufenthaltsdauer der Biomasse im System nimmt ab. Zuerst sind daher von einem derartigen Versagen die langsam wachsenden Bakterien (z.B. die Nitrifikanten, die Ammonium zu Nitrat umbauen) betroffen. Besonders leicht abbaubares Abwasser (z.B. Lebensmittelindustrie) neigt zur Blähschlammbildung. Die Vorschaltung kleiner, nicht oder gering belüfteter Becken vor dem Belebungsbecken (=Selektoren) kann die Blähschlammbildung vermeiden.

Der durch den Abbau der Abwasserinhaltstoffe entstehende Biomasszuwachs (der Überschussschlamm) ist zu entsorgen.

Reinigungsprozesse

Physikalische Verfahren bilden die erste Reinigungsstufe. Hier werden ca. 20-30% der festen Schwimm- und Webstoffe entfernt.

Biologische Verfahren werden in der zweiten Reinigungsstufe verwandt. Dabei sollen abbaubare organische Abwasserbestandteile möglichst vollständig mineralisiert werden, d.h. bis zu den anorganischen Endprodukten Wasser, Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat und Sulfat umgewandelt werden.

Chemische Verfahren dienen vor allem der Entfernung von Nährstoffen wie Phosphaten und Nitraten, die in den ersten beiden Reinigungsstufen nur unvollständig entfernt werden können. Um eine Eutrophierung der Vorflut zu vermeiden, müssen diese aber aus dem Abwasser entfernt werden.

Prozess	Kläranlagenkomponente	Zweck

Physikalische Verfahren
Siebung	Rechen, Trommelsieb, Mikrosieb	Entfernung von größeren Feststoffen und Schwimmstoffen
Abscheidung	Schwimmstoff- bzw. Ölabscheider	Entfernung von Fetten und Ölen
Sedimentation	Sandfang, Absetzbecken, Zentrifugalabscheider, Vor- und Nachklärbecken	Entfernung kleinerer Schwimmstoffe, Sand, geflockter Schwebstoffe
Filtration	Sandfilter	Entfernung von Schwebstoffe
Flotation	Flotationsbecken	Entfernung von feinen Schmutzpartikeln durch Einblasen von Luft und
Biologische Verfahren
Biochemische Oxidation	Belebungsbecken, Tropfkörper	Aerober Abbau organische Bestandteile zu anorganischen Endprodukten (H₂O, CO₂, NO₃^-, PO₄^3-, SO₄^2-) durch Belebtschlämme (Belebungsbecken) bzw. Bakterienrasen (Tropfkörper). Durch geeignete Betriebsführung bei Belebungsanlagen kann die Phosphoraufnahme in die Biomasse optimiert werden (Bio-P). Somit ist weniger Fällmittel zur Phorphorelimination erforderlich.
Biochemische Oxidation bei Kleinkläranlagen	Pflanzenkläranlage, Belebungsbecken, Tropfkörper	Aerober und Anaerober Abbau in flachen Becken und anschließendem Bodendurchgang bei Pflanzenkläranlagen bzw. Abbau durch Belebtschlämme (Belebungsbecken) bzw. Bakterienrasen (Tropfkörper)
Schlamm-Faulung	Faulturm	Anaerober Abbau organischer Bestandteile zu anorg. Endprodukten: Schwefelwasserstoff (H₂S), Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Ammoniak (NH₃)
Chemische Verfahren
Flockung	Flockungsbecken	Ausfällung von Phosphationen (PO₄^3-) mit Eisen- und Aluminiumsalzen
Fällung	Fällungsbecken	Entfernung von Kolloidstoffen und feinen Schmutzpartikeln, Neutralisierung von Säuren und Basen, Ausfällung von Salzen und Einstellung des pH-Wertes
Simultanfällung	Belebungsbecken/Nachklärbecken	Entfernung von Phosphor durch Eisen- bzw. Alluminiumzugabe zum Belebtschlamm.
Vorfällung	Mischbecken/Vorklärbecken	Entfernung von Phosphor durch Eisen- bzw. Alluminiumzugabe vor dem Vorklärbecken.
Adsorption	Aktivkohlefilter	Anlagerung von halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen (AOX)

Belastungskenngrößen

Die Belastung von Kläranlagen wird nach "Einwohnerwerten" (EW) bestimmt. Ein Einwohnerwert entspricht folgenden Größen:

Abwassermenge:

200 Liter pro EW und Tag

Verschmutzung

BSB₅:

Biochemischer Sauerstoffbedarf während einer Meßzeit von 5 Tagen. Damit wird nur jener Sauerstoffbedarf bestimmt, der durch die Oxidation von Kohlenstoffverbingungen durch Mikroorganismen entsteht. Die biologische Oxidaton von NH₄-N zu NO₃ soll nicht erfasst werden und wird im Versuch durch einen Hemmstoff unterbunden.

60 g pro EW und Tag

Davon können ca. 20 g in der Vorklärung durch Sedimentation entfernt werden.

CSB:

Chemischer Sauerstoffbedarf. Dieser wird mittels der Oxidation durch Kaliumdichromat bestimmt und umfasst den Sauerstoffbedarf zur Oxidation eines Großteils der Kohlenstoffverbindungen. Dieser Parameter kann zur Bilanzierung der Anlage herangezogen werden.

120 g pro EW und Tag

Stickstoff:

Liegt zumeist als organischer Stickstoff oder NH₄-N vor.

10 bis 12 g pro EW und Tag

Phosphor:

Liegt als organischer Stickstoff oder PO₄-P vor.

ca. 2,5 g pro EW und Tag.