Beschreibung der Abwasserreinigungsanlage

Inhaltsverzeichnis Beschreibung Verfahrenstechnik

Einleitung
Hier beginnt die Abwasserreinigung
Mechanische Reinigung
Biologische Reinigung
Nitrifikation
Belebtschlamm unter dem Mikroskop
Nachklärung
Phosphat Elimination
Schlammbehandlung
Schlammfaulung
Faulschlamm Entwässerung
Klärschlamm Verwertung
Energie in der Abwasserreinigung
Elektrische Antriebs- und Wärme-Produktion
Betriebsgebäude, Kommandoraum und Unterverteilung UV100
ARA Untermarch Zukunftsstudie 2040 (pdf)

Einleitung

Die Technik der Abwasserreinigung ahmt weitgehend natürliche Vorgänge nach. Heutige Abwassereinigungsanlagen sind in der Regel hochtechnisierte Anlagen die durch fachlich versiertes Personal, das umfangreich geschult und weitergebildet wird, betrieben werden. Dadurch werden die natürlichen Reinigungsprozesse um ein mehrfaches intensiviert und durch biologische und chemischen Verfahren ergänzt.

Nach diesen einleitenden Ausführungen werden wir Ihnen an Hand von Bildern die einzelnen Anlagenteile kurz vorstellen.

Kanalisation

Das Abwasser aus dem Verbandsgebiet wird über 2 Hauptsammelkanäle Lachen (West) und Wangen (Ost) der zentralen Abwassereinigungsanlage ARA Untermarch zugeführt.

1. Hauptsammelkanal Lachen (West)

Der erster Sammelkanal führt von Siebnen (dem Ortsteil der Gemeinde Galgenen) links der Wägitaler-Aa und entlang der Kantonstrasse, vorbei am ersten Regenüberlaufbecken RB-Paradies. Durch die Gemeinde Galgenen hindurch, am Dorfausgang Richtung Bügelerhof vorbei am zweiten Regenüberlaufbecken RB-Bügeler. Jetzt weiter dem Mosenbach entlang Richtung Lachen, Unterquerung der Eisenbahn und der Autobahn vorbei am dritten Regenüberlaufbecken RB-Mosenbach. Weiter in die St. Gallerstrasse vorbei an der Hochwasserentlastung RÜ-St. Gallerstrasse bis zur Kreuzung Kapelle. Dort befindet sich das Zusammentreffen mit dem zweiten Sammelkanal von Altendorf und Lachen, hinein in die Aastrasse zum vierten Regenüberlaufbecken RB-Spreitenbach.

Der zweiter Sammelkanal führt von den zwei Pumpwerken PW-Lidwil West und PW-Lidwil Nord der Gemeinde Altendorf dem See entlang, vorbei am ersten Regenüberlaufbecken RB-Stoglen. Weiter bis zum zweiten Regenüberlaufbecken RB-Hirschen, vorbei an der Messstelle MS-Altendorf durch die Gemeinde Lachen hindurch vorbei an der Kirche bis zum Pumpwerk PW-Hafen. Hier wird der Anteil Rohabwasser der Gemeinde Lachen zusammen mit dem Rohabwasser der Gemeinde Altendorf in die Druckleitung Richtung St. Gallerstrasse gepumpt. Die Druckleitung führt bis zur Kurve St. Gallerstrasse, zirka 120m vor der Kreuzung Kapelle Seidenstrasse, hinein in die Aastrasse und weiter zum RB-Spreitenbach.

In der Kreuzung Kapelle treffen also die beiden oben beschriebenen Sammelkanäle von Galgenen und Altendorf zusammen. Das Rohabwasser der Gemeinde Lachen kommt vom Regenüberlaufbecken RB-Gweerhof/Auhof vorbei am Regenüberlaufbecken RB-Bahnhofplatz weiter bis zur Vorderen Bahnhofstrasse. Von dort weiter durch die Seidenstrasse bis hin zur Kreuzung Kapelle wo das Zusammentreffen des Rohabwasser aus den Gemeinden Altendorf, Galgenen und Lachen stattfindet. Im natürlichem Gefälle in der Aastrasse vorbei am Regenüberlaufbecken RB-Spreitenbach. Unter dem Spreitenbach und der Wägitaler-Aa hindurch zum Rohawasser-Schneckenpumpwerk unmittelbar vor der Abwasserreinigungsanlage.

Der erste und zweite Sammelkanal zusammen mit dem Rohabwasser der Gemeinde Lachen bilden den Hauptsammelkanal Lachen (West). In der Aastrasse fliesst also das Rohabwasser der obengenannten 3 Gemeinden, zum Rohabwasser-Schneckenpumpwerk. Mit 8.20 Meter langen Schneckenpumpen wird das Rohabwasser zum 4.60 Meter höher gelegenen Rechenkanal der Abwasserreinigungsanlage angehoben.

Bei der Inbetriebnahme der ARA Untermarch sind 1973 zwei Schneckenpumpen mit einer Leistung von je 150 Liter pro Sekunde installiert.

1990  ⇒  Einbau Scheckenpumpe 3

Für die Betriebssicherheit wird im Juni 1990 die dritte Schneckenpumpe eingebaut. Diese Schneckenpumpe weist eine Förderleistung von 300 Liter pro Sekunde auf.

1973 - 2006  ⇒  Steuerung Scheckenpumpe 1 - 3

Während diesen 33 Betriebsjahren ist eine elektromechanische Relais-Steuerung installiert die folgende Funktionen erfüllen konnte:

Rohabwasser Schneckenpumpwerk Blick von unten Rohabwasser Schneckenpumpwerk Blick von oben

Rohabwasser Schneckenpumpwerk Blick von unten
am 12.10.2005

Rohabwasser Schneckenpumpwerk Blick von oben
am 14.04.2005

2007  ⇒  Modernisierung Scheckenpumpen 1 - 3 Einbindung ins Leitsystem

Im Zusammenhang mit dem Ausbau im Jahre 2007 wird die Steuerung modernisiert. Die Steuerung wird ins Prozessleitsystem (PLS) eingebunden. Ebenso werden die Stern-Dreieck-Anlauf Schaltungen durch Soft-Startergeräte ersetzt.

Im Pumpensumpf des Rohwasser-Schneckenpumpwerkes wird die Perlrohr-Niveaumessung ersetzt und die Hydrostatische Niveaumessung direkt in die SPS eingebunden.

2017 + 2018  ⇒  Planung und Vorbereitung Bewirtschaftung der zwei Hauptsammelkanäle

Im Betriebsjahr 2017 wird im Hinblick auf die Bewirtschaftung der zwei Hauptsammelkanäle West (Altendorf, Lachen und Galgenen) und Ost (Schübelbach, Nuolen und Wangen) die Schneckenpumpe 3 mit einem regelbaren Antriebsystem ausgestattet. Somit wird es möglich sein den Zulaufkanal Lachen zwischen RB-Spreitenbach und Zulaufhebewerk ARA bei Regenwetter als Speicherkanal mit 500 Kubikmeter zu nutzen. Die Schneckenpumpe 3 wird bei Regenwetter und bis zum maximalen ARA Zulauf Total (2-fache Trockenwettermenge), geregelt mit dem Frequenzumrichter.

Im Betriebsjahr 2018 wird die Schneckenpumpen 2, die ihren Dienst mit 45 Betriebjahren erfüllt hat, durch eine neue Schneckenpumpe ersetzt. Neu wird die Schneckenpumpe 2 mit einem Frequenzumrichter geregelt betrieben. Die Schneckenpumpe 1 wird weiter betrieben, bekommt ebenfalls einen Frequenzumrichter für den geregelten Betrieb. Für den redundanten Betrieb des gesamten Schneckenpumpwerkes ist es notwendig alle Rohabwasser Schneckenpumpen mit Frequenzumrichtern regelbar zu betrieben. Dadurch wird auch die redundante Betriebweise wieder möglich. Auch für die Energie Effizienz ist der Betrieb mit Frequenzumrichtern ein grosser Vorteil.

2. Hauptsammelkanal Wangen (Ost)

Der dritte Sammelkanal aus den zwei Ortsteilen Siebnen der Gemeinden Schübelbach und Wangen erfolgt bis zur ARA mit natürlichem Gefälle.
Das Rohabwasser von Nuolen dem Ortsteil der Gemeinde Wangen wird an 5 Stellen mit Pumpwerken (PW) angehoben.

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Abwasserreinigung

Ab hier beginnt die eigentliche Abwasserreinigung die grob in 4 Stufen unterteilt wird.

Die 4. Stufe fehlt in vielen Anlagen, so auch in unserer Anlage.

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Mechanische Reinigung

In der 1. Stufe der mechanischen Reinigung wird das Abwasser mit Hilfe der Physik gereinigt.

Rechenanlage

Nach der Inbetriebnahme 1973 bis 1985 nur einer der zwei Rechenkanäle mit einem Rechen ausgebaut. Im Rechenkanal 2 ist ein Greiferrechen eingebaut. Dieser Greiferrechen weist einen Stababstand von 30mm auf und auf dem Leuchtschaltbild ist er mit Rechen 5 bezeichnet. Vor dem automatisierten Greiferrechen ist in jedem der Rechenkanälen ein Grobrechen mit einer Lichtweite von 100mm angeordnet. Das am Grobrechen hängenbleibende Rechengut wird vom Betriebspersonal, 2 mal täglich kontrolliert. Wenn nötig wird das Rechengut von den Lammellenstreifen abgelöst und zum Greiferrechen weitergeleitet.

Im Betriebsjahr 1985 wird ein neuer Rundlauf-Feinrechen eingebaut. Damals war dieser auf dem Leuchtschaltbild mit Rechen 6 bezeichnet. Der heute im Rechenkanal 1 eingebaute Rundlauf-Feinrechen hat 8mm Stababstand. Als der neue Rechen eingebaut und in Betrieb stand, wurde der Greiferrechen mit 30mm Stababstand stillgelegt und rückgebaut.

Anschliessend im Betriebsjahr 1986 wird der Rechenkanal 2 mit einem baugleichen Rechen nachgerüstet. Für den Abtransport des Rechengutes ist ein Förderband installiert. Das Förderband ist damals mit Förderband 7 bezeichnet.

Die Massnahme, 3.75 mal kleinere Stabdistanz in der Rechenanlage, wirkt sich positiv auf die nachfolgende Schlammbehandlung aus.

Messtechnik Rechenansteuerung

Die Messtechnik, für das automatische "EIN" und "AUS" schalten der Feinrechenanlage in 2 Rechenkanälen, musste angepasst werden. Im Rechenkanal 2 sind zwei Perlrohr Niveaumessungen eingebaut. Die erste Messung befindet sich vor dem Rechen, die zweite nach dem Rechen.

Für die automatische Ansteuerung der Rechenanlage ist es notwendig festzustellen, wann ist genügend Rechengut an den Rechenstäben. Diese Feststellung muss unabhängig von der Zulaufmenge im Rechenkanal sein. Der Schaltpunk für die Rechenansteuerung ist die Differenz zwischen Niveau vor dem Rechen und Niveau nach dem Rechen. Da die 2 Niveaumessungen als 2 Luftdruckwerte vorliegen können diese auf die Differenz-Druckwage geführt werden. Hier kann, bei einem bestimmbaren Luftdruck Unterschied, der Schaltpunkt eingestellt werden.

Im Rechenkanal 1 sind damals nur die Leerrohre für die zwei Messstellen vorgesehen. Vor der Inbetriebnahme des neuen Rundlauf-Feinrechens werden die zwei Messtellen nachgerüstet. Die nachgerüsteten zwei Perlrohr Niveaumessungen werden, für den späteren gemeinamen Betrieb der beiden Rechen mit Magnetventilen umschaltbar, auf die vorhandene Differenz-Druckwage geführt.

1973 - 2008  ⇒  Niveau Differenz Bildung Funktionsablauf

Aggregate:

   ⇒   2 Perlrohr Niveau Messungen die erste vor dem Rechen und die zweite nach dem Rechen
   ⇒   1 Differenz Druckwaage mit einem Schaltpunkt
   ⇒   1 Rechenanlage + 1 Förderband Rechengut

Funktionsablauf:   Beginn

Die Grundstellung:

  1. Es fliesst eine bestimmte Abwassermenge im Rechenkanal
       ⇒   kein Rechengut befindet sich am Rechen
       ⇒   die Rechenanlage ist ausgeschaltet + betriebsbereit

  2. Beide Niveaumessungen zeigen, unabhängig von der Zulaufmenge, das gleiche Niveau an

  3. Rechengut bleibt an den Rechenstäben hängen
       ⇒   dadurch fliesst weniger Abwasser durch den Rechen
       ⇒   das Abwasser staut sich vor dem Rechen
       ⇒   das Niveau an der Messstelle vor dem Rechen steigt an
       ⇒   das Niveau an der Messstelle nach dem Rechen sinkt ab
       ⇒   der Balken der Differenz Druckwaage steigt nach oben

  4. Die eingestellte Schaltpunkt der Differenz Druckwaage wird erreicht
       ⇒   der elektrisch Positionsschalter an der Druckwaage schaltet
       ⇒   und wird durch einen elekrischen Haltungs Kontakt überbrückt "EIN"

  5. Die Rechenanlage und das Förderband schalten "EIN"
       ⇒   die Rechenanlage geht in Betrieb
       ⇒   räumt das anliegende Rechengut
       ⇒   auf das laufende Förderband

  6. Die Niveau Differenz sinkt
       ⇒   die beiden Niveaumessungen zeigen wieder den gleichen Wert an
       ⇒   der zweite elektrisch Positionsschalter unterbricht die elektrische Haltung
       ⇒   die Differenz Druckwaage schaltet "AUS"

  7. Die Rechenanlage schaltet "AUS"
       ⇒   die Rechenanlage ist ausgeschaltet + betriebsbereit
       ⇒   das Förderband schaltet verzögert "AUS"

Funktionsablauf:   ⇒   Ende

Die Grundstellung:   ⇒   ist erreicht

Prinzip Darstellung Niveaumessung Perlrohr

Prinzip Darstellung Niveaumessung
mit Perlrohr und Differenz Druckwaage
Bild: Hydrographische Dienste Steiermark

Die Messwerte einer Perlrohrmessung sind zwei Luftdruckwerte. Das funktioniert folgendermassen, auf der Sohle des Rechenkanals wird mit Druckluft eine einstellbare Luftmenge in das fliessende Abwasser gepresst. Dieser Messwert stellt die sogenannte Wassersäule. Optisch könnte man dies mit einem gläsernen mit Wasser befüllten U-Rohr darstellen. Anstelle der Wassersäule im U-Rohr nimmt man eine Druckmembrane auf der einen Seite der Balkenwaage. Wenn nun das Niveau im Rechenkanal steigt, braucht es einen höheren Druck damit die Luftblasen im steigenden Abwasserniveau ausperlen. Diese müssen nun ausgewertet werden. Hier bietet sich eine Druckwaage an. Hier wird vereifacht gesagt die beiden Luftdruckwerte durch zwei Membranen auf eine Balkenwaage geführt. Der Balken dieser Druckwaage schlägt jetzt durch die Zunahme des Rechengutes immer auf eine Seite aus. Jetzt ist an diesem Balken ein elektromechanischer Positionsschalter angebracht. Dieser wird nun auf einen bestimmten Niveaudifferenz eingestellt.

Ersatz der elektromechanischen / pneumatischen Messtechnik

Mit dem Ausbau der Biologischen Reinigung im Betriebsjahr 2008, werden die elektromechanischen Relaisteuerung nach und nach ersetzt. Auch die Rechenanlage wird ins neue Prozessleitsystem eingebunden und visualisiert.

Diese Situation wird auch genutzt um die in die Jahre gekommene Messtechnik nach und nach zu ersetzen. Bei der Rechenanlage werden die 4 Perlrohr Niveaumessungen durch Ultraschall Messtechnik in den zwei Rechenkanälen ersetzt. Dadurch dass die 4 Niveaumessungen direkt in die SPS eingelesen werden und die Diverenzberechnung elektronisch erfolgt, wird die Differenzbildung durch die elektromechanische Differenz-Druckwaage auch nicht mehr gebraucht.

Ab dem Betriebsjahr 1986 - 2017 werden mit Rundlauf Feinrechen die sperrigen Stoffe aus dem Abwasser entfernt. Dazu sind zwei Rundlauf Feinrechen mit 8 Millimeter Stabdistanz im Einsatz. Die Herausnahme des Rechengutes aus dem Rohabwasser und die Abgabe in die Rechengutpresse und anschliessend in die Container erfolgt maschinell und automatisch. Das ausgewaschene und gepresste Rechengut wird zur Kehrichtverbrennungsanlage abgeführt.

Ersatz Rechenanlage

Die Rechengutwaschpresse Bormet Baujahr 1995 verursacht zunehmend Störungen. Sie wird aus diesen Gründen, im Betriebsjahr 2015, ausserplanmässig durch eine moderne Intensiv Rechengut Waschpresse HUBER WAP 4/SL ersetzt.

Damit ist der erster Schritt in der Langfristplanung für den Ersatz der gesamten Rechenanlage umgesetzt. Im nächsten Betriebsjahr 2016 werden die Projektierungsarbeiten für die Erneuerung der Rechenanlage> in Angriff genommen.

Am Montag, 11. September 2017 der erste Siebrechen 2 wird in Betrieb gesetzt. Einen Monat später am Mittwoch, 11. Oktober 2017 ist die neu erstellte Siebrechen-Anlage in Betrieb.

Für den Winterbetrieb ist die Rechenanlage überdacht und mit einer Lüftungsanlage mit Heizungsregister ausgerüstet. Die benötigte Wärme wird von der Abwärme der Blockheizkraftwerken geliefert.

Nach der Rechenanlage und vor dem Sandfangbecken befindet sich das erste von drei Probenamegeräten. An diesen Rohabwasserproben werden, im betriebseigenen Labor, verschiedene chemische und biologische Analysen durchgeführt.

Rechenanlage Strainpress und Sandentnahme Rechengutwaschanlage mit Rechengutcontainer Rechengutwaschpresse mit Rechengutcontainer

Rechenanlage Strainpress
und Sandentnahme
am 06.01.2004

Rechengutwaschanlage mit
Rechengutcontainer
am 14.12.1998

Rotamat Waschpresse mit
Rechengut Container
am 16.11.2015

Sandfang- und Fettfangbecken

Das Rohabwasser fliesst ins Sandfang- und Fettfangbecken dem ersten Becken der mechanischen Reinigung. Der belüftete Sandfang Beckenteil dient der Sand- und Kies-Entnahme sowie der Vorbelüftung des Rohabwassers. Im Gegensatz zum seitlich angeordneten unbeüfteten, Fangbecken Beckenteil, wo die leichteren Abwasser Inhaltstoffe wie Fette und Oele sich ansammeln. Diese zwei Beckenteile sind, in der Längsrichtung, mit einer Lammellen bestückten Tauchtrennwand voneinander getrennt.

Es handelt sich hier hauptsächlich um physikalische Prozesse. Sand und schwere Feststoffpartikel setzen sich am Boden ab. Pflanzliche Öle und Fette trennen sich im seitlichen Abscheidebereich, der durch eine Tauchtrennwand beruhigt ist, durch Flotation ab. Die sich am Beckenboden abgesetzten schwereren Partikel werden durch den Sandfangräumer in die Sandtrichter geräumt.

Die Räumerbrücke auf dem Sandfangbecken wird von 1973 bis 2008 mit 3 Elektromotoren und einer elektromechanischen Relais Steuerung mit vielen Zeitrelais betrieben. Da die erwähnten Aggregate auf der beweglichen Räumerbrücke installiert sind, muss elektrische Energie auf den beweglichen Anlageteil geführt werden. Dies ist machbar mit einer, mit Schleifringen ausgestatteten, Kabeltrommel. Das spezielle, trommelbare Kabel wird bei der Räumfahrt auf der Länge des 16m langen Beckens auf den Boden abgerollt und auf der Rückfahrt wieder aufgerollt. Dies machte im Winter bei intensivem Schneefall einige Probleme.

Im Betriebsjahr 2008 wird es notwendig, nach 35 Jahren die ganzen in die Jahre gekommenen elektrischen Installationen inklusive Kabeltrommel, zu ersetzt. Auch der auf der Räumerbrücke unten in der Seitenwand angeordnete Steuerkasten, mit den elektromechanischen Steuerkomponenten, wird ersetzt. Der neue rostfreie Steuerkasten mit der Vorort SPS-Kleinsteuerung, wird auf der modifizierten Räumerbrücke bedienerfreundlich angeordnet. Die Steuerschalter für den Vorort Hand- und Revisionsbetrieb sind jetzt bedienerfreundlich auf Augenhöhe angeordnet. Die Anbindung ins Prozessleitsystem (PLS) erfolgt zu diesem Zeitpunkt mit 4 Digitalsignalen.

Ein Problem ist diesem Anlageteil geblieben. Es braucht weiterhin eine Energieversorgung auf die bewegliche Räumerbrücke. Der Fahrmotor sowie die zwei Antriebsmotoren für die Sandräumschilde sind immer noch auf der beweglichen Brücke angeordnet.

Im Dezember 2015 ist es endlich soweit die Räumerbrücke wird komplett umgebaut. Keine elektrischen Komponenten mehr auf dem beweglichen Anlageteil. Ab Dezember 2015 wird die Sandfang Räumerbrücke mit einer Seilwinde geschleppt. Dies hat den Vorteil dass keine Antriebs Motoren auf der beweglichen Räumerbrücke nötig sind. Auch das Anheben sowie das Absenken der Sandräum Schilde erfolgt rein mechanisch. Dadurch kann auf die aufwändige elektrische Energie Zuführung via Kabeltrommel gänzlich verzichtet werden.

Ein sehr wichtiger Vorteil der Seilwinden-Antrieb ist wintersicher. Auch die Energie intensive Räumerschienen-Heizung mit Betriebswasser für den Winterbetrieb kann rückgebaut werden.

Die Sandentnahme, das herausnehmen der schwereren Stoffe, bestehend aus Sand und abgesetzter Organik, ist weitgehend automatisiert.

Der in der Sandwaschanlage ausgewaschene Sand wird mindestens soweit gereinigt, dass dieser als Bauschutt gilt und in einer normalen Deponie wieder verwendet werden kann. Die Sandwaschanlage ist im Jahr 2009 eingebaut worden und ist im Rechengebäude aufgestellt.

Sandfang- und Fettfangbecken 1 und 2 Sandwaschanlage

Sandfang- und Fettfangbecken 1 und 2
am 14.04.2005

Rechenraum mit Sandwaschanlage
kurz vor der Inbetriebsetzung am
am 26.10.2009

Die Klärung und Reinigung des Abwassers geht nun vom Groben ins Feinere

Das Abwasser wird zunächst durch Zurückhalten und Absetzenlassen ungelöster Abwasserinhaltsstoffe mechanisch gereinigt. Zuerst werden alle absetzbaren Stoffe aus dem Abwasser herausgenommen. Dies geschieht in einem der zwei Absetz- oder Vorklärbecken. Die Wassergeschwindigkeit wird durch das grosse Volumen in diesem Becken so stark reduziert, dass der grösste Teil der absetzbaren Stoffe auf die Bodenfläche des Vorklärbecken absinken kann. Dieser Vorgang nennt man in der Fachsprache Sedimentation.

Der abgesetzte Primärschlamm wird alle zwei Stunden mit einem der zwei Seilzug- Schleppräumer in die zwei beim Beckenzulauf angeordeten Schlammtrichter pro Becken geschoben.

Von 1973 bis 2012 sind die zwei Vorklärbecken mit einem, über beide Vorklärbecken gebauten, Brückenräumer ausgestattet.

Im Betriebsjahr 2012 wird der Brückenräumer durch zwei wintertauglichere unabhängige Seilzug- Schleppräumer ersetzt und in Betrieb gesetzt.

Vorklärbecken 2 leer Räumer in Startstellung VKB-Raeumer Inbetriebnahme im leeren VKB 2

Brückenräumer Betrieb 1973 - 2012
VKB 2 leer Räumer in Startstellung
am 03.04.2006

Inbetriebnahme Schleppräumer 2012
VKB 2 leer während der Rückfahrt
am 15.03.2012

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Biologische Reinigung

Im Ablaufkanal und zugleich dem Zulaufkanal zur Biologischen Reinigung befindet sich das zweite Probennahmegerät. Mit dieser Probennahmestelle lässt sich der Wirkungsgrad der mechanischen Reinigungsstufe bestimmen.

In der zweiten Stufe wird das Abwasser biologisch abgebaut. (gereinigt)

Für die biologische Reinigung existieren verschiedene Verfahren. Das in unserer Anlage angewendete Verfahren ist das Belebtschlammverfahren.

In den Betriebsjahren 1972 - 2007 waren die Biologiebecken 1 - 4 mit 1'500m³ Inhalt nur für den Kohlenstoffabbau bemessen.

Seit dem Ausbau Belebtschlammbiologie 2005 - 2008 ist unsere Biologische Reinigung in zwei Blöcke unterteilt.

1. Biologieblock die vorgeschaltete Denitrifikation

Das mechanisch vorgeklärte Abwasser, aus der Vorklärung, überströmt die Hauptverteilrinne. Es fliesst über einstellbare Klappenwehre gleichmässig in den ersten Biologieblock. Die vorgeschaltete Denitrifikation mit den Biologiebecken 1 - 4. Das Abwasser enthält noch viele gelöste organische Kohlenstoff-Verbindungen und Nährstoffe. Diese würden in den Gewässern zu Fäulnis und Verschlammung und damit zu hygienischen Beeinträchtigungen führen.

Die Biologiebecken 1 - 4 sind seit Oktober 2007 bei geeigneten Bedingungen, Abwassertemperatur grösser 12°C, als vorgeschalte Denitrifikation in Betrieb. Um die Belebtschlammfracht gut durchmischt in Schwebe zu halten und möglichst wenig Sauerstoff einzutragen, ist ein Stossbelüftungsprogramm aktiv. Für 7 Minuten wird Luftsauerstoff in eines der vier Denitrifikationsbecken geblasen und damit die Belebtschlammfracht durchmischt. Die drei anderen Denitrifikationsbecken bekamen in den nächsten 21 Minuten keinen Luftsauerstoff, was aber auch ein leichtes absetzen der Belebtschlammfracht nach sich zog. Dieses Verfahren ist keine ideale Voraussetzung für die vorgeschaltete Denitrifikation.

Im Betriebsjahr 2014/2015 wird mit der Sanieung der Belüftungsanlage begonnen indem in zwei Becken Rührsysteme getestet werden. Ab dem Betriebsjahr 2016 sind die Biologiebecken 1 - 4 mit je 1 Rührsystem für eine verbesserte vorgeschaltete Denitrifikation ausgerüstet.

Zwischenhebewerk Biologieblock 1 + 2

Zwischen den zwei Biologieblöcken ist das Hebewerk Biologie angeordnet. Dieses Zwischenhebewerk ist nötig um den Belebtschlamm vom 1. Biologieblock der tiefer liegenden vorgeschaltete Denitrifikation, in den 2. Biologieblock die höher liegende Nitrifikation zu heben.

2. Biologieblock die Nitrifikation

Zur biologischen Reinigung des Abwassers wird vor allem Sauerstoff benötigt. Der Sauerstoff wird nicht als Reinsauerstoff sondern als Luftsauerstoff eingeblasen. Unsere Belebtschlammanlage ist mit einer feinblasigen Tiefenbelüftung (Streifenbelüfter) ausgerüstet.

Die gelöste Schmutzstoff Fracht die zirka zwei Drittel der gesamten organischen Verschmutzung ausmacht, wird durch Mikroorganismen, speziellen Bakterien und Protozoen, welche in den Belebungsbecken geeignete Wachstumsbedingungen vorfinden, durch biochemischen Abbau in Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) umgewandelt. Sie siedeln sich in Kolonien auf fein verteilten Schwebe- und Feststoffen an und bilden als Flocken den belebten Schlamm. Hier entsteht zusätzliche Biomasse, der sogenannte Belebtschlamm. Die Bakterien und Protozoen im Belebtschlamm entwickeln sich aus dem Abwasser selbst. Zu ihrer Lebenstätigkeit benötigen sie ausser den gelösten Schmutzstoffen des Abwassers den gelösten Sauerstoff.

Die benötigte Prozessluft wird durch 4 Drehkolbengebläse erzeugt, und über eine Kollektorleitung zu den 6 Biologiebecken gefördert. Der Gebläseraum Biologie befindet sich im Untergeschoss zwischen den Vorklärbecken und den grossen Biologiebecken.
Der Lufteintrag in alle Becken erfolgt in einer Tiefe von rund 4 Metern.

Unsere Biologiebecken 5 + 6 Nitrifikation sind mit je 53 Streifenbelüfter Aquastrip Type Q4.0 (LxB) 4'000 x 180mm bestückt. Der nötige gelöste Sauerstoff wird durch die Polyurethan (PUR) Membrane, im zweiten Biologieblock, der Nitrifikation drei Zentimeter über der Beckensohle feinblasig eingetragen.

Nach dem Ausbau Belebtschlammbiologie sind die Biologiebecken 5 + 6 mit 3'300m³ Inhalt für die Nitrifikation im Einsatz.

Diese Verdreifachung des Belebtschlamm Volumen ermöglicht die Nitrifikation und eine Teil-Denitrifikation.

Unsere Biologiebecken 5 + 6 sind bei geeigneten Bedingungen für den Stickstoffumbau zuständig. Die 2 Nitrifikationsbecken sind in je zwei Zonen mit unterschiedlicher Anzahl Streifenbelüfter belegt. In der ersten Zone Hochlastteil etwa 1/3 des Beckenvolumen sind 22 Streifenbelüfter in kurzen Abständen angeordnet. In der zweiten Zone Niederlastteil etwa 2/3 des Beckenvolumen sind 31 Streifenbelüfter in grösseren Abständen angeordnet.

Biologiebecken 2 leer mit Sicht auf die Tellerbelüfter Biologiebecken 6 leer mit Sicht auf die Streifenbelüfter Biologiebecken 5 und 6 in Betrieb

Biologiebecken 2 vor dem Umbau
mit Tellerbelüfter 1985 - 2006
am 14.04.2005

Nitrifikation Biologiebecken 6
Sicht auf die Streifenbelüfter
am 17.02.2006

Blasenbild Nitrifikation
Biologiebecken 5 + 6
am 17.03.2006

Eintrag Luftsauerstoff

In der Gebläsestation sind vier Drehkolbengebläse installiert, alle mit Elektromotoren und Frequenzumformer drehzahlreguliert. Jedes dieser 4 Belüftungsgebläse hat eine elektrische Leistung von 15 bis 30 kW. Die Luftleistung beträgt bei 50Hertz und 1'770 U/min -1 zirka 1'800 Nm3/h pro Gebläse.

Der Eintrag des Luftsauerstoffes für das überleben der Biomasse in den Belebungsbecken ist sehr Energieintensiv. Für das Einblasen der benötigten Menge Luftsauerstoff wird zirka 1/4 bis 1/2 des gesamten Energieverbrauches einer Abwasserreinigungsanlage aufgewendet.

Damit in allen sechs Belebungsbecken immer die geforderte Menge Sauerstoff vorhanden ist, wird der Sauerstoffgehalt in jedem Becken einzeln gemessen. Das im Prozessleitsystem ausgewählte Belüftungsprogramm regelt die Luftsauerstoffzufuhr zu jedem Belebungsbecken einzeln. Mit den Auswertungsgrössen wird die Luftsauerstoffzufuhr mit motorisierten Regulierschiebern geregelt.

Belüftungsgebläse ohne Schallschutz Belüftungsgebläse mit Schallschutz und Frequenzumformer Biologie Gebläseraum Kollektor

Belüftungsgebläse ohne Schallschutz
ohne elektrische Anschlüsse
am 16.11.2005

Belüftungsgebläse mit Schallschutz
vor der Inbetriebnahme
am 08.12.2005

Biologie Gebläseraum Kollektor
vor der Sanierung Biologie
am 18.07.2016

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Nitrifikation

Bei geeigneten Bedingungen in den Biologiebecken erfolgt die mikrobielle Umwandlung von Stickstoffverbindungen, der Oxidation von Ammonium mit molekularem Sauerstoff zu Nitrat.

Die Nitrifikation läuft in zwei Schritten ab. Der erste Schritt die Oxidation von Ammonium (NH4+) zum giftigen Nitrit (NO2-) und der zweite Schritt die Oxidation weiter zum weniger schädlichen Nitrat (NO3-).

Dieser Prozess bedingt eine Abwassertemperatur grösser 12 °C, einen hohen Sauerstoffgehalt (O2 = 1.5 - > 2 mg/l) und ein hohes Schlammalter (SA = 8 bis >10 Tage) in den aeroben Biologiebecken. Die Bakterien, die diese Umwandlung durchführen, werden als autrophe Bakterien bezeichnet.

Wenn die Bedingungen für die Nitrifikation gegeben sind, wird für die Nitrifikation ein Sauerstoffverbrauch von zirka 4.33 g (O2) pro g Nitrat (NO3-) benötigt. Die Nitrifikaten-Biomasse wächst im Ausmass von 0,24 g CSB je g Nitrat (NO3-) an.

Denitrifikation

Die Denitrifikation fasst die mikrobiologische Reduktion von Nitrat (NO3-) zu elementarem, gasförmigen Stickstoff (N2) zusammen. Unter Sauerstoffmangel sind Bakterien gezwungen, dem Nitrat (NO3-) über mehrere Stufen den Sauerstoff (O2) zu entziehen. Die Denitrifikation wird heute gezielt zur Verringerung der Nitratfracht eingesetzt. Dazu müssen in Abwesenheit von Sauerstoff (O2) heterothrope Bakterien mit Nitrat und organischen, abbaubaren Stoffen zusammengeführt werden. Diese Vorgabe bedingt eine entsprechende aufwendige Verfahrensführung.

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Belebtschlamm unter dem Mikroskop

Unter dem Begriff Mikroorganismen werden tierische, pflanzliche und andere belebte Organismen verstanden, die so klein sind, dass sie von blossem Auge als Einzelindividuen nicht mehr feststellbar sind Das heisst, es handelt sich um Organismen, die kleiner als 0.1 mm sind und nur unter dem Mikroskop erkennbar sind.

Die Mikroorganismen in der Abwasserreinigung

Die Mikroorganismen vor allem die Bakterien spielen bei der Elimination von gelösten und ungelösten Abwasserinhaltsstoffen, sowohl in der Abwasserreinigungsanlage als auch in den ober- und unterirdischen Gewässern, eine sehr wichtige Rolle. Es ist nicht übertrieben zu behaupten, dass den Bakterien in der Technologie der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung die wichtigste Aufgabe zukommt.

Ein Milliliter (1 cm3) Rohabwasser enthält zwischen 1 und 10 Millionen Bakterien. Obwohl diese enorme Zahl der Bakterien nur etwa einen Hundertstel des Volumens von 1 Milliliter beanspruchen bilden sie in 1 m 3 Abwasser eine gesamte Zelloberfläche von rund 60 m 2 ! Diese riesige Oberfläche erfordert einen sehr hohen Nährstoffumsatz, was die beeindruckende Abbauleistung des Belebtschlammes erklärt. Dies macht auch verständlich, weshalb in der biologischen Reinigungsstufe der Abwasserreinigungsanlage grosse Mengen Überschussschlamm gebildet werden.

Hier haben Sie die Gelegenheit einmal zu sehen wie es in der Biomasse des Belebten Schlammes bei der Abwasserreinigung bei starker Vergrösserung aussieht.

kleinmauliges Glockentierchen festgewachsene Wimpertierchen Kolonie Glockentierchen

"kleinmauliges" Glockentierchen

"festgewachsene" Wimpertierchen

Kolonie Glockentierchen

Fadenwurm Nitrobacter Nitrosomonas

Fadenwurm

Bakterie Nitrobacter

Bakterie Nitrosomonas

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Nachklärung

Von den zwei höher gelegenen Belebungsbecken 5 und 6 fliesst das Belebtschlammwassergemisch zu den vier Nachklärbecken.

Unsere vier Nachklärbecken sind hinter der biologischen Stufe (Biologiebecken) angeordnet, durch Verlangsamung der Fliessgeschwindigkeit wird eine Sedimentation der absetzbaren Stoffe erreicht. In biologischen Kläranlagen wird im Nachklärbecken der Belebtschlamm vom gereinigten Wasser getrennt und grösstenteils in die biologische Stufe zurückgeführt. Der nicht in das Belebungsbecken zurückgeführte Rücklaufschlamm wird zum Überschussschlamm (Sekundärschlamm) und wird zusammen mit dem Primärschlamm aus den Vorklärbecken der Schlammbehandlung zugeführt.

Gereinigtes Abwasser

Das gereinigte Abwasser fliesst über die getauchten Ablaufrohre vorbei am Ablauf-Probensammler zum Zürichsee.

Nachklärbecken 4 mit getauchten Ablaufrohren Das gereinigte Abwasser fliesst in den Zürichsee

Nachklärbecken 4 mit getauchten Ablaufrohren
am 17.03.2006

Das gereinigte Abwasser fliesst in den Zürichsee
am 14.12.1998

Rücklaufschlamm und Überschussschlamm

Der abgesetzte, belebte und immer noch sehr aktive Schlamm, der noch zu weiterer Reinigungsarbeit verwendet werden kann wird mit Kettenräumern zu den Schlammtrichtern geschoben. Von hier durch Überdruck und mit Motorschiebern geregelt in die Belebungsbecken 1 bis 4 zurückgeführt, um hier das neu ankommende Abwasser schneller zu beleben.

Ein Teil des Rücklaufschlammes altert. Er wird über die Zentrifuge (Dekanter) maschinell eingedickt und als Überschussschlamm, aus dem Kreislauf genommen und dem Primärschlamm beigefügt. Beides zusammen fällt unter den Begriff Frischschlamm. Das abgetrennte Wasser das nur noch einen geringen Anteil Schlamm enthält (0.1 % TS) wird Zentrat genannt. Das Zentrat wird als interner Rücklauf in die Biologiebecken 1 bis 4 zurückgeleitet.

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Phosphat Elimination

Phosphat gelangt über das gereinigte Abwasser und Regenentlastungen in die Gewässer. Um eine unerwünschte Anreicherung von Nährstoffen und damit Algenwachstum zu verhindern, wird in den meisten Abwasserreinigungsanlagen eine als dritte Reinigungsstufe bezeichnete Phosphatfällung betrieben. Dabei werden die gelösten Phosphate in eine absetzbare Flockenform überführt. Dies geschieht durch zudosieren von Eisen- oder Aluminium- Salz. Wenn die biologische Reinigung und die Phosphatfällung gleichzeitig und im gleichen Anlagenteil erfolgen, nennt man dieses Verfahren auch Simultanfällung. Die Ausfällung und die Entnahme des Phosphatschlammes erfolgt, im biologischen Anlageteil in den Nachklärbecken.

Zahlreiche mehrwertige Metallionen bilden mit den im Abwasser gelösten Phosphationen unlösliche Verbindungen. Zur Phosphatfällung werden aus wirtschaftlichen Gründen vor allem die Metallsalze (Fe3+), (Fe2+) und (Al 3+) eingesetzt.

Durch die Dosierung von Metallsalzen erfolgt ein Anionenaustausch. (PO43+) wird entfernt und (Cl-) oder (SO4-) gelangt ins Wasser. Zweiwertiges Eisen kann nur dann mit Erfolg angewendet werden, wenn es in sauerstoffhaltigem Wasser zum dreiwertigen Eisen oxidiert wird. (Fe2+) wird in der Praxis zur Oxidation in die Biologiebecken dosiert. Es können dann gleiche Resultate wie beim Einsatz von (Fe3+) erwartet werden. Für die Bemessung der Belüftungseinrichtungen spielt der dafür notwendige Sauerstoff keine Rolle.

Die Phosphate die für die Überdüngung unserer Seen verantwortlich sind müssen auf ein zulässiges Mass abgebaut werden. Als Fällmittel wird in der ARA Untermarch dreiwertigem Eisenchlorid (Fe3+) verwendet.

Die Installation ist einfach und besteht aus zwei Lagertanks. Im ersten Lagertank wird im Normalfall das dreiwertige Eisenchlorid in flüssiger Form gelagert. Im zweiten Lagertank ist in der Regel ein Aluminiumhaltiges flüssiges Fällmittel am Lager. Dies wird vor allem bei erschwerten Bedingungen z. B. beim Auftreten von Schwimmschlamm dosiert. Die Fällmittelzugabe erfolgt, vor dem Hebewerk Belebschlamm in den Zulauf zu den Belebungsbecken 5 und 6. Nach den eidgenössischen Gewässerschutzbestimmungen müssen Anlagen im Einzugsgebiet von Seen mit der dritten Reinigungsstufe ausgerüstet werden.

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Schlammbehandlung

In der Schlammbehandlung wird der bei der Abwasserreinigung anfallende Schlamm für seine nachfolgende Verwertung oder Entsorgung aufbereitet.

Bei jedem Abbau- und Reinigungsprozess fällt Schlamm an. Der in den Frischschlammschächten abgezogene Primärschlamm und der durch die Zentrifuge (Dekanter) eingedickte Überschussschlamm wird in 6-16 Chargen von jeweils 4 Kubikmetern als Frischschlamm durch die Schlammsiebung (Strainpress) gefördert. Die Schlammsiebung ist nötig weil immer wieder sperrige Stoffe, wie z. B. Haare und Wattestäbchen die Feinrechenanlage passieren, und in den Pumpenkreisläufen Probleme verursachen würden.

Aussenansicht Steuerschrank der Schlammsiebanlage

Frischschlamm Strainpress
Steuerschrank Aussenansicht
am 09.12.2001

Anschliessend wird der Frischschlamm dem Faulraum zugeführt. Der Frischschlamm wird zur anaeroben Schlammstabilisierung dem Faulraum übergeben.

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Schlammfaulung

Im Faulraum wird die organische Substanz des Frischschlammes durch die anaerobe Faulung um zirka 20 bis 30% abgebaut. Der eingetragene Frischschlamm verliert dadurch auch den unangenehmen Geruch und bekommt nach diesem Prozess eine neue Bezeichnung nämlich Faulschlamm.

Zur Aufrechterhaltung einer optimalen Schlammfaulung muss der Faulraum auf eine Temperatur zwischen 33 - 38 Grad beheizt und stetig und intensiv umgewälzt werden. Für die Aufrecherhaltung dieser konstanten Faulraumtemperatur ist eine Umwälzpumpe mit aussenliegendem Wärmetauscher im Dauereinsatz.

Für die zusätzliche Umwälzung ist 1973 bis 1985 ein Schraubenschaufler im Einsatz. Im Jahre 1985 wurde dieses Aggregat durch die Faulgas-Einpressung ersetzt. Die Faulgas-Einpressung hat den Vorteil der intensiveren effizienteren Durchmischung des Faulraumes.

Die zwei Faultürme besitzen einen Nutzinhalt von je 1'000 m3, total also 2'000 m3. Aus statischen Gründen und zur Vermeidung von Wärmeverlusten sind diese zwei Faulräume isoliert. In unserer zweistufig betriebener Faulung wird im ersten beheitzten und intensiv umgewälzten Faulraum die gesamte Faulgasmenge erzeugt.

Dieser erste Faulraum ist immer bis zum Überlaufrohr zum Nacheindicker befüllt. Die Unterkante des Überlaufrohres befindet sich 4.45 Meter unterhalb der Deckenoberkante des Faulgas-Entnahmedomes.

Faulraum Beschickung

In den Betriebsjahren 1973 bis 1985 wird der Faulraum täglich mit 2 - 3 Chargen beschickt.

Ab dem Betriebsjahr 1985 wird mit dem Einbau der Frischschlamm-Hygienisierungsanlage unser Faulraum mit 8 Chargen beschickt. Nach der Stilllegung der Frischschlamm-Hygienisierungs-Anlage im Jahre 2003 beschicken wir den Faulraum mit 12 Chargen von jeweils zirka 4 Kubikmetern.

Im Betriebsjahr 2011 stellen wir auf noch kleinere Chargen um und beschicken den Faulraum mit 24 Chargen und machen damit gute Erfahrungen.

Sanierung Nacheindicker und Ausbau zum Faulraum 2017 - 2019

Im Betriebsjahr 2017 beginnt die Planung für die Sanierung der Schlammbehandlung. Zuerst wird der bauliche Zustand des Nacheindicker, der baugleich wie der Faulraum erstellt wurde, ermittelt. Dazu wird Nacheindicker vollständig enleert, gereinigt und innen einer intensiven baulichen Prüfung unterzogen. Der Kläranlagenbetrieb kann in dieser Sanierungs-Phase nicht unterbrochen werden. Täglich müssen 50 Kubikmeter Frischschlamm verarbeitet werden.

Die Rohr-Installationen werden entsprechend angepasst. Für die Zeitperiode der Sanierung und dem Umbau des Nacheindicker zum Faulraum wird ein Programm erstellt. Dieses Programm erlaubt uns dass der in Betrieb stehende Faulraum bei Bedarf automatisch um zirka 40 - 50 Kubikmeter abgesenkt wird. Diese Absenkung erfolgt zum offenen Stapelbehälter. Um diesen automatisierten Funktionsablauf zu realisieren wird im Faulraum eine Niveaumessung eingebaut. Dieser Funktionsablauf wird als Programm im PLS realisiert.

Bei der Sanierung des Nacheindicker wird dieser installationsmässig soweit nachgerüstet, dass er später als Faulraum verwendet werden kann.

Verkleinerung des Faulschlammvolumens

Im jeweils zweiten Faulraum, dem die Funktion Nacheindicker zugeordnet wird, unterbricht die Gasproduktion durch abkühlen des Schlammes.

In diesem offenen Nacheindicker wird der Wassergehalt durch physikalisches Absetzen (Sedimentation) verringert.

Unter günstigen Verhältnissen kann das Volumen des Faulschlammes so auf die Hälfte reduziert werden. Das abgetrennte Faul- oder Trübwasser, das eine hohe Belastung an Stickstoff-Verbindungen aufweist, wird in einem internen Rücklauf zur biologischen Reinigung zurückführt.

Im Jahre 2000 wurde zusätzlich ein offener Nacheindicker oder Stapelbehälter mit einem Nutzinhalt von 500 m3 errichtet.

Offener Faulschlamm Stapelbehälter Inhalt: 500 m3 Nacheindicker 1 Sanierung Aussen

Offener Faulschlamm Stapelbehälter Inhalt: 500 m3
am 14.04.2005

Nacheindicker 1 Sanierung Aussen
am 29.08.2018

In diesem Stapelbehälter sind zwei Rührwerke und eine Schlammabgabepumpe eingebaut. Wenn der Absetzprozess beendet ist wir der Faulschlamm mit den beiden Rührwerken homogenisiert und anschliessend der Faulschlammentwässerungsanlage zugeführt.

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Faulschlamm Entwässerung

Um den Trockenrückstand des Klärschlammes zu erhöhen kann der stabilisierte, ausgefaulte Klärschlamm mit einer Faulschlammentwässerungsanlage maschinell eingedickt werden. Mit diesen Anlagen kann das Volumen des Klärschlammes um das 3 bis 12-fache reduziert werden. Für diese Aufgabe gibt es verschiedene Verfahren.

Aufgrund Kostenberechnungen und Angebotsvergleich fällten die Vorstands-Mitglieder des Zweckverbandes am Freitag, 10. Mai 1985 den Entscheid zu Gunsten der Schlammentwässerungsanlage, Siebbandpresse Fabrikat Von Roll. Für die Erstellung der Schlammentwässerungsanlage wurde im Südosten des ARA-Areales der Gebäudeteil Schlammentwässerung erstellt.

Im Betriebsjahr 1987 installierte die ARA Untermarch eine Siebbandpresse von der Firma Von Roll AG. Diese Anlage erzielte Enwässerungsergebnisse von 26 - 30% Trockenrückstand. Die Maschienenleistung entsprach 150 - 296 kg TR/h. Die Siebbandpresse wird nur in den Wintermonaten betrieben. Grund dafür ist in diesem Jahresabschnitt darf keine Verwertung in flüssiger Form stattfinden.

Im Betriebsjahr 1998 wird diese Anlage aus Kapazitätsgründen durch eine Hochleistungszentrifuge mit einer Austragsleistung von 24 - 32% TR und 350 - 600 kg TR/h ersetzt. Damit sich das Wasser vom Schlamm besser abtrennt wird Flockungshilfsmittel eingesetzt. Mit diesen Verfahren kann der Trockenrückstand des Faulschlammes von 3 - 9% TR auf 24 - 33% TR erhöht werden, und dies bei einem Abscheidungsgrad (ABS) von 95 - 98%.

Nach 16 Betriebsjahren folgt 2014 die nächste Modernisierung. Es ist notwendig die 16 Jahre alte Vorort SPS Steuerung und die 27 jährige Schaltanlage UV-Faulschlamm-Entwässerung zu ersetzen. Auch die Einbindung ins Prozessleitsystem (PLS) mit LWL (Licht Wellen Leiter) Glasfaserkabel.

Energietechnischen Überlegungen veranlassen uns, das Verfahren bremsen der Austragschnecke mit Wirbelstrombremse umgebaut. Die Wirbelstrombremse wird durch einen mit Frequenzumformer geregelten Bremsmotor ersetzt. Statt mit der Wirbelstrombremse Antriebsenergie zu vernichten. Die Austragschnecken-Drehzahl wird mit dem neuen Bremsmotor nur soweit angetrieben, dass die vom DSC ermittelte, nötige Differenzdrehzahl zur Trommel-Drehzahl, entsteht.

Faulschlamm Entwässerung Siebbandpresse Dekanter Hochleistungs-Zentrifuge Faulschlamm Entwässerung Dekanter Hochleistungs-Zentrifuge Abscheidungsgrad

Faulschlamm Entwässerung 1987 - 1998
Siebbandpresse Von Roll
am 22.03.1988

Faulschlamm Entwässerung ab 1998
Hochleistungs-Zentrifuge Alfa Laval
am 14.04.2005

Abscheidungsgrad Schlammentwässerung
Formel und Berechnungs-Beispiele
am 20.12.2017

Was ist Klärschlamm mit Trockenrückstand von 4% TR:

1. Beispiel: Entwässerungs-Ergebnis 24% TR

2. Beispiel: Entwässerungs-Ergebnis 30% TR

Die Transportmenge verringert sich um 25% wenn das Entwässerungs-Ergebnis von 24% auf 30% um 6% gesteigert werden kann.

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Klärschlamm Verwertung

In der ARA Untermarch endet die Schlammbehandlung nach zwei Stufen. Nach der Faulung und Stabilisierung erreicht der ausgefaulte Klärschlamm einen Trockenrückstand von 2 bis 4%TR.

Im Nacheindicker 2 (Stapelbehälter) Baujahr 2000 kann der stabilisierte Faulschlamm, bei geeigneten Bedingungen weiter, bis auf 6 bis 8 %TR statisch eingedickt werden.

Von der Inbetriebnahme 1973 bis ins Betriebsjahr 1988 konnte der Klärschlamm flüssig in der Landwirtschaft in der Region Untermarch, als Dünger auf den Wiesen verwertet werden.

In unserer Faulschlammentwässerung wird der stabilisierte Klärschlamm mit einer Zentrifuge weiter entwässert und weist am Ende einen Trockenrückstand von 23 bis 32% TR auf. Die Verwertung des Klärschlammes wird in der Schlammverbrennungsanlage des ZAB erledigt.

Klärschlamm muss gemäss Stoffverordnung verbrannt werden

Klärschlamm darf ab Sonntag, 1. Oktober 2006 nicht mehr als Dünger verwendet werden. Er muss künftig umweltverträglich entsorgt werden. Der Bundesrat hat die Stoffverordnung per Donnerstag, 1. Mai 2003 entsprechend geändert.

Der Klärschlamm enthält grosse Mengen an Pflanzennährstoffen wie Phosphor und Stickstoff. Er kann aber auch Schadstoffe und Krankheitserreger aus Industrie, Gewerbe und Privathaushalten enthalten.

Deshalb hat das BAFU im 2003 beschlossen die Verwertung als Düngemittel, in landwirtschaftlichen Betrieben ab Sonntag, 1. Oktober 2006 in allen Kantonen, zu verbieten. Seither verbrennen Kehricht- oder Schlamm- Verbrennungsanlagen (KVA resp. SVA) sowie die Zementindustrie, den gesamten anfallenden Klärschlamm. Eine weitere Möglichkeit bieten Schlammtrocknungsanlagen.

Wegen des grossen Wasseranteils meist > 70% muss bei der Verbrennung oder bei der vorgängigen Trocknung zusätzlich eine grosse Energiemenge aufgewendet werden. Alle anorganischen Reststoffe werden im Zement eingebettet. Es entstehen keine Abfälle, die entsorgt werden müssen.

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Energie in der Abwasserreinigung

Faulgas ist das gasförmige Produkt einer Gärung und kann aus nahezu allen organischen Abfällen hergestellt werden. Entstehungsorte sind Kläranlagen, Deponien und die Landwirtschaft. Faulgas oder Biogas entsteht durch anaeroben Abbau organischer Substanzen. Die Möglichkeit, mit Biogas den Anteil erneuerbarer (regenerativer) Energieträger an der Stromerzeugung zu erhöhen und gleichzeitig Entsorgungsprobleme zu lösen, haben Biogas in den letzten Jahren zu einiger Bedeutung verholfen. Abwasserreinigungsanlagen können durch eine effektive Biogasnutzung einen grossen Teil des Energiebedarfs selbst decken.

Im Faulraum wird der Frischschlamm während 15 bis 25 Tagen bei rund 33 bis 38 °C stabilisiert. Bei diesem Faulungsprozess erfolgt ein anaerober (ohne Sauerstoff), mikrobieller Abbau organischer Schlamminhaltsstoffe. Dadurch reduziert sich der Feststoffanteil des Schlammes. Als neues Produkt entsteht das Faulgas. Das Faulgas ist eigentlich ein Abfallprodukt, in dem aber noch Energie von zirka 6.4 kWh / m3 steckt.

Die Zusammensetzung Faulgas:

Faulgas Menge 2016:

Gasproduktion ARA Untermarch im Jahr:            382'939 m3 / Jahr

Gasproduktion ARA Untermarch pro Stunde:     43.7 m3 / Stunde

Das entspricht der Energiemenge von:                2'450'809 kWh / Jahr

Gasentnahmedom mit Kiesfilter und Überdruckventil auf dem Faulraum Gasometer 70 Prozent Füllstand

Gasentnahmedom mit Kiesfilter und
Überdruckventil auf dem Faulraum
am 14.04.2005

Gasometer mit zirka
70 Prozent Füllstand
am 20.03.2013

Zur Speicherung des produzierten Klärgases steht uns ein Gasspeicher (Nassgasometer) mit 300 Kubikmeter Inhalt zur Verfügung.

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Elektrische Antriebs- und Wärme-Produktion

Von 1973 bis heute ist bereits das 7. Blockheizkraftwerk in Betrieb

In den ersten 12 Betriebsjahren ist das erste Blockheizkraftwerk Deutz MWM G232-V6 gekoppelt mit einem 51kW Drehkolbengebläse in Betrieb.
Bereits im Betriebsjahr 1985 konnte das erste BHKW nicht die ganze anfallende Klärgasmenge verwerten.

Das zweite Blockheizkraftwerk Deutz MWM G227-4 gekoppelt mit einem 24kW Generator wird installiert und verwertete die zusätzliche Klärgasmenge.

Im Betriebsjahr 1991 ist eine weitere spürbare Erhöhung der Gasproduktion zu verzeichnen. Aufgrund dieser Tatsache wird für die ARA Untermarch ein Energie-Konzept erarbeitet. Das 1985 eingebaute BHKW hat einem Gasverbrauch von 14m3/h und wird ins Energie-Konzept einbezogen.

Die ARA Untermarch muss auf eine Gasverwertung von 36 bis 50m3/h ausgelegt werden. Für die Betriebs-Sicherheit muss bei Ausfall eines BHKW die Verwertung des Klärgases gewährleisten sein. Der Betriebsvorstand beschliesst die Planung für das dritte BHKW zu veranlassen.

Im Betriebsjahr 1993 wird das dritte Blockheizkraftwerk Deutz MWM G234-V8 in Betrieb gesetzt.

Im Betriebsjahr 2002 wird das erste BHKW Baujahr 1973 durch das vierte Blockheizkraftwerk Liebherr SwissMotor G926-2   ⇒   6 Zylinder Magermotorsteuerung ersetzt.
Der mit Brennkammer-Temperatur geregelte Magermotor entsprach dem damaligen Stand der Technik im Bezug auf die Abgas-Emissionen.


BHKW Liebherr GM-926-2 Gasmotor mit Gebläse BHKW Liebherr Wärmetauscher GM-926 BHKW Deutz MWM-G234-V8 Gasmotor BHKW Deutz MWM-G234-V8 Wartung

BHKW Liebherr GM-926-2
Gasmotor mit Gebläse
am 18.06.2003

BHKW Liebherr GM-926 mit
externem Wärmetauscher
am 18.06.2003

BHKW mit Generator 76 kW
Deutz MWM G234-V8 Gasmotor
am 05.01.2004

Wartungsarbeiten am BHKW
Deutz MWM G234-V8
am 30.03.2005


Betriebsjahr 2007: Neues Gasanlagen Konzept

In den Betriebsjahren 2005 - 2008 wird in der ARA Untermarch die Belebtschlammanlage ausgebaut. Innerhalb dieser Umbauarbeiten wird auch das Gasanlagen-Konzept hinterfragt.

Bis im Betriebsjahr 2007 führen die Gasleitungen vom Faulraum über das Treppenhaus herunter zum Untergeschoss des Betriebsgebäudes-Schlammbehandlung. Danach durch den zirka 80 m langen Leitungsgang, unterirdisch, zum Betriebsgebäude-Mechanische Reinigung ins 2. Untergeschoss.

Dort sind im 2. UG vier Betriebsräume, einer davon ist der Gebläseraum Biologiebecken, wo das erste / vierte und zweite BHKW sowie 4 Drehkolbengebläse installiert sind. Das dritte BHKW befindet sich im Erdgeschoss des Betriebsgebäude-Mechanische Reinigung nahe des Heizungswasserspeichers.

Diese sehr langen Leitungen vom 15m hohen Faulraum hinunter zum 80m enfernten 2. Untergeschoss des Betriebsgebäude-Mechanische Reinigung bestehen aus Grauguss.
Dieser lange Leitungsverlauf ist zur Arbeitssicherheit mit einer Gaswarnanlage gesichert.
Zudem gibt es eine Verfügung, die verlangt dass Graugussleitung durch rostfreie durchgehend verschweisste Leitung zu ersetzten sind.

Das erarbeitete Gasanlagen-Konzept sieht vor die BHKW Anlage unmittelbar beim Faulraum, Entstehungsort des Energieträgers Klärgas zu installieren.

Ebenso kann die thermische Energie des unmittelbar zum beheizen des Faulraum genutzt werden.

Unsere Anlage ab Betriebsjahr 2007: Notstrom Konzept mit Inselbetrieb

Das fünfte und sechste BHKW kann im Netz-Paralell-Betrieb oder Notstrom-Insel-Betrieb im Einsatz stehen.

Die bis anhin in Betrieb stehenden Blockheitzkraftwerke haben ihr Betriebsalter erreicht und werden rückgebaut.
Das vierte BHKW mit erst 5 Betriebsjahren und 34'885 Betriebstunden wird vom Lieferanten der zwei neuen BHKW zurückgenommen.

Aktuell ist im Dezember 2017 das siebte Blockheizkraftwerk in Betrieb gesetzt worden.

Das beim Faulprozess anfallende Faulgas wird für den Betrieb von Gasmotorenanlagen oder Blockheizkraftwerken (BHKW) verwendet. Faulgas oder Klärgas ist ein Gemisch von brennbaren Gasen, das bei der anaeroben Faulung entsteht.

Der Gasmotor, der einen Generator antreibt, wandelt das Faulgas (Methan) in elektrische Energie und Wärme um. Mit dieser Anlage kann 32% nutzbare mechanisch Antriebs-Energie (115kW) und eine Wärme-Energie von 44% (157kW) erzielt werden. Bei einem Gesamt-Wirkungsgrad von 76%.

Bei dieser Anlage wird die anfallende Wärme der Abgase und Motorabwärme mittels Wärmetauscher dem Heisswasserspeicher oder direkt der Heizungszentrale zugeführt. Wenn alle Komponenten einer Wärmekraftkopplung, Gasmotor mit umweltfreundlicher Brennkammer Temperaturregulierung, Generator, Wärmetauscher für die Abgas- und Kühlwasserabwärme des Gasmotors in Blockbauweise zusammengebaut werden, definiert man das Ganze als Blockheizkraftwerk (BHKW).

Dadurch können, nebst einer sinnvollen Verwertung des anfallenden Faulgases, die Betriebskosten gesenkt werden.

Wenn unser Blockheizkraftwerk (Gasmotorenanlage) ausfällt, steht in der betriebseigenen Heizzentrale ein Gasbrenner zur Verfügung. Dieser Gasbrenner beheitzt den Faulaum und ersetzt das ausgefallene Blockheizkraftwerk. Im Normalfall wird die anfallende Faulgasmenge in elektrische Energie umgewandelt und deckt zirka 50% der von der ARA benötigten elektrischen Energieverbrauch ab. Die beim Blockheizkraftwerk anfallende Wärmeenergie wird zum Beheizen des Faulraumes und aller Betriebsgebäude verwendet. Vorallem in den Sommermonaten muss die zuviel anfallende Wärmeenergie, durch die Notkühlanlage des Blockheizkraftwerkes, an die Umwelt abgegeben werden.

Gasfackel Anlage

Die Gasfackel ist eine Anlage zur gezielten Verwertung von Klärgas im Notfall.
In dieser Notfall-Situation muss, die zuviel anfallene Menge Faulgas die energetisch nicht genutzt werden kann, mit der Gasfackel eliminiert werden.

Das im Faulgas enthaltene Methan ist 32 mal klimaschädlicher als Kohlendioxid

Daher muss bei Störungen an einem Verbraucher das anfallende Methangas der Umwelt zuliebe, die nicht verwertbare Klärgasproduktion, umweltgerecht mit der Gasfackel Anlage abgefackelt werden.

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Betriebsgebäude, Kommandoraum und Unterverteilung UV100

Das dreigeschossige Betriebsgebäude dient der Unterbringung der Mittelspannungs-Trafostation, der elektrischen Hauptverteilung sowie der elektrischen Schaltanlage mechanische Reinigungsstufe. Ebenfalls in diesem Gebäude befindet sich die Rechenanlage, der Motorenraum Zulauf-Schneckenpumpwerk, Heisswasserspeicher und die Betriebswarte mit der Betriebsdatenerfassung.

An der Vorstandssitzung am Freitag, 21. Juni 2013 wird vor der Behandlung des Budgets 2013/2014 der Antrag zur Sanierung und Aufstockung des Betriebsgebäudes gestellt.

Seit der Inbetriebnahme der ARA vor ziemlich genau 40 Jahren am Freitag 13. Juli 1973 präsentiert sich das Betriebsgebäude in mehr oder weniger unveränderter Form. Dabei hat diesem Gebäude auch der Zahn der Zeit zugesetzt. Die Backsteinfassade zeigt zunehmende Witterungsschäden.

Das 42 Jahre bestehende Betriebsgebäude muss energetisch verbessert werden. Das Gebäude muss bezüglich Isolation dringend saniert werden. Die sanitären Einrichtungen sind veraltet und entsprechen nicht mehr dem heutigen Standard.

Im Erdgeschoss des Betriebsgebäudes befinden sich auch nach erfolgtem Ausbau der Belebtschlamm-Biologie in den Jahren 2005 bis 2008 und der Sanierung und Aufstockung des Betriebsgebäudes in den Jahren 2015/2016 nach wie vor der Kommandoraum.

Geändert hat sich natürlich das Inventar der Betriebswarte. Im aktuellen Kommandoraum stehen beim Arbeitsplatz ein Leisystem-Rechner mit zwei grossen Bildschirmen.

In den Anfangsjahren nach der Inbetriebnahme 1973 bis ins Betriebsjahr 2007 bestand die Betriebswarte mit Kommandoraum aus der Schaltanlage mit Schraubsicherungen, Schützen und Steuerrelais und im angebauten Kommandopult befanden sich die Steuerschalter, Meldelampen, Amperemeter und Betriebstundenzähler.

Über dem Kommandopult, mit den vielen Steuerschaltern und Anzeigeelementen, ist ein animierbares Leuchtschaltbild eingebaut.

Nach der Sanierung und Aufstockung des Betriebsgebäudes in den Jahren 2015/2016 wird das Betriebs-Labor vom 1. Untergeschoss auf der Nordseite ins 1. Obergeschoss auf die Südseite verlegt.

Im ersten Untergeschoss werden im alten Betriebs-Labor 1973 - 2015, die Garderoben, WC und Duschen für das Betriebspersonal umgebaut.

Der Aufenthaltsraum für das Betriebspersonal wird ebenfalls vom 1. Untergeschoss auf der Nordseite ins Sitzungszimmer im 2. Obergeschoss verlegt.

Im neuerstellten Sitzungszimmer im 2. Obergeschoss werden WC für Besucher Damen und Herren erstellt.

Das zweite Untergeschoss ergab sich aus fundationstechnischen Überlegungen. Hier ist der Gebläseraum Sandfangbelüftung, die Druckluftversorgung und die zentrale Blindstromkompensation sowie ein Lagerraum (alter Gebläseraum Biologie) untergebracht. Die weiteren Räume werden als Einstellräume genutzt.

Ebenfalls unter dem Boden sind zwei Leitungsgänge angeordnet. Der 1973 erstellte Leitungsgang verbindet das Betriebsgebäude mit der Schlammbehandlung, dem Gebäude zwischen den Faulräumen. In diesem Gebäudeteil ist ein Treppenhaus angeordnet das zum Faulraum und dem Nacheindicker führt.

Schlammbehandlung und Unterverteilung UV300

Im ersten Stock wurde im Jahre 1985 das erste Sitzungszimmer erstellt. Im Jahr 2006 wurde in diesem Gebäude die Unterzentrale Schlammbehandlung und die Betriebsräume für die zwei Blockheizkraftwerke erstellt. Ebenso in diesem Gebäudeteil werden ungenutzte Räume zu Archivräumen umgebaut.

Biologische Reinigungsstufe Unterverteilung UV200

Der im Jahre 2005 neu erstellte Leitungsgang verbindet die UV100-Unterverteilung Betriebsgebäude und die UV300-Unterverteilung Schlammbehandlung mit der UV200-Unterverteilung Biologie.

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