Biologie Becken 1 - 4   vorgeschaltete Denitrifikation

Biologiebecken 1 - 4 1973 - 2006

Sanierung Biologiebecken 1 - 4 2016

Denitrifikation

Nitrifikation

Was soll in den 4 Biologiebecken erreicht werden?

Bei geeigneten Bedingungen wird in diesen 4 Biologiebecken die Denitrifikation, Umbau des Stickstoffes angestrebt.

Was ist beim Ausbau 2005 - 2008 in diesen Biologie Becken installiert

  1. 14 Belüfter Streifen pro Becken

  2.   1 Sauerstoff Sonde pro Becken

  3.   1 Regulier Schieber Luft Sauerstoff Eintrag pro Becken

  4.   1 Programm Ablauf Steuerung: "Sommerbetrieb"

  5.   1 Programm Ablauf Steuerung: "Winterbetrieb"

Winterbetrieb:

Nitrifikation: ⇒ "Sollwert Sauersoff Gehalt < 2.0 mg/l"

Dabei wird in den Biologiebecken 1 - 4 wie in den Biologiebecken 5 + 6 Luft Sauerstoff eingeblasen. Der Sauerstoff Gehalt in diesem vorgeschalteten Biologie Block wird auf 0.5 - 2.0 mg O2/l gehalten.

Dieser Programm Ablauf kann gewählt werden wenn die Wasser Temperatur weniger als 10°C beträgt.
Mit diesem Programm Ablauf ist nur die Nitrifikation und keine Denitrifikation möglich.

Nach einer Versuchsphase stellt das Betriebspersonal fest: Dieser Programm Ablauf ist in der Praxis untauglich!!

Sommerbetrieb:

Denitrifikation: ⇒ "möglichst kein Sauersoff Eintrag"

In dieser Betriebsweise ist eine Teil Denitrifikation möglich. Diese Betriebsart wird gewählt wenn die Belebtschlamm Temperatur mehr als 12°C beträgt. Im Sommerbetrieb betreiben wir diesen Biologie Block als vorgeschaltete Denitrifikation.

In den Betriebsjahren 2007 - 2015 wird die Belebtschlamm Fracht in den Denitrifikations Becken 1 - 4 ohne Rührwerke in Schwebe gehalten. In den Becken wird alle 25 Minuten die Belüftung für 3 Minuten aktiviert. Die 4 Biologiebecken 1 - 4 werden anox, das heisst mit sehr kurzer Sauerstoff Zugabe betrieben.

Massnahmen Verbesserungen ab 2014

In der ersten Testphase betreiben wird vom Mittwoch, 12. Februar 2014 bis Donnerstag, 30. Oktober 2014 ein Oloid 600 Rührwerk von der Firma Staveb AG. Um eine optimale Durchmischung im Denitrifikations Becken zu erhalten, werden verschiedene Rührwerke vor Ort getestet. Die Tests wurden wissenschaftlich von der Hochschule Rapperswil begleitet. Es zeigt sich, dass das zuerst eingesetzte Rührwerk vom Typ Oloid aufgrund der ungünstigen Becken Geometrie keine befriedigenden Resultate erzeugt. Deshalb wird in einer 2. Testphase am Mittwoch, 11. Juni 2014 ein Strömungs Beschleuniger Typ ABS XSB 1621 von Franz Suter AG gewechselt. Das Oloid Rührwerk vermag nur auf 3 m Beckentiefe (unsere Beckentiefe ist 4 Meter) die Rührleistung zu erbringen, wobei sich in den Ecken des Beckens Ablagerungen bildeten. Dem gegenüber zeigte sich beim ABS XSB 1621 ein schönes Strömungs Bild im gesamten Becken.


Massnahmen vor den Sanierungsarbeiten


Oloid Rührwerk

Oloid 600 Rührwerk getestet
ausgewertet und verworfen

vom 12.02.2014 bis 10.06.2014


Rührwerk Typ ABS XSB 1621

Rührwerk Typ ABS XSB 1621
erfolgreiches Test Ergebnis

vom 11.06.2014 bis ......


In den Betriebsjahren 2016 - 2019 wird die Belebtschlamm Fracht in den Denitrifikations Becken 2 + 3 mit je einem Rührwerk in Schwebe gehalten. Die 2 Biologiebecken 2 + 3 werden anox, das heisst ohne Sauerstoff Zugabe betrieben.

Ab Betriebsjahr 2020 wird die Belebtschlamm Fracht in den Denitrifikations Becken 1 - 4 mit je einem Rührwerk in Schwebe gehalten. Alle Denitrifikations Becken werden anox, das heisst ohne Sauerstoff Zugabe betrieben.

Beschreibung der "Denitrifikation"

Denitrifikation ist die Fähigkeit von Mikroorganismen, selektiv Nitrat durch enzymatische Aktivitäten zu molekularem Stickstoff zu reduzieren. Dieser Prozess findet nur statt, wenn kein frei gelöster Sauerstoff im Wasser vorhanden ist (anoxisch). Die Denitrifikation ist der einzige biologisch bekannte Prozess, durch den organische oder anorganische Stickstoff Verbindungen zu Stickstoff Gas zersetzt und letztlich wieder in den Stickstoffkreislauf der Atmosphäre, zurückgeführt werden können. Wie bei der Nitrifikation sind auch bei der Denitrifikation verschiedene bakterielle Enzyme beteiligt. Im Unterschied dazu kann die Denitrifikation von einem einzigen Organismus durchgeführt werden. Die Reaktion ist also nicht vom vorhanden sein zweier verschiedener Bakterien Stämme abhängig. An der Umwandlung des Nitrat Stickstoffs sind Organismen beteiligt, die man allgemein als Denitrifikanten bezeichnet.

Durch Bakterien unter Sauerstoff Mangel vorgenommener Umbau des Nitrates zu Stickstoff und Sauerstoff durch bestimmte Mikroorganismen den sogenanten Denitrifikanten. Die Denitrifikation wird in der biologischen Abwasserreinigung als Folgeschritt nach der Nitrifikation für den Abbau von Stickstoff Verbindungen genutzt.

Um in diesen Biologiebecken 1 - 4 die vorgeschaltete Denitrifikation besser betreiben zu können wird die Stoss Belüftung nach und nach aufgehoben. Eine effiziente Denitrifikation kann nur unter Ausschluss von gelöstem Sauerstoff betrieben werden. Die Belebtschlammmenge muss gut durchmischt in Schwebe gehalten werden. Dies wird mit dem Einbau von einem Rühr Systemen erreicht.


Ablauf Funktion Denitrifikation


Denitrifikation Ablauf

Denitrifikation Abbau Ablauf
vom Nitrat zum reinen Stickstoff


Vorgeschaltete Denitrifikation

Bei diesem Verfahren gelangen Ammonium Verbindungen vom Zulauf der Kläranlage unverändert durch die Denitrifikations Stufe in die nachfolgende Nitrifikation. Erst dort werden diese Verbindungen unter aeroben Bedingungen in Nitrat umgewandelt und wieder in den Zulauf der Denitrifikation zurückgeführt. Dies geschieht mittels des Rücklaufschlamms, in dem der grösste Teil der Nitratverbindungen enthalten ist. Die vorgeschaltete Denitrifikation findet in unbelüfteten Becken statt. Es muss gewährleistet werden dass die Biomasse in Schwebe gehalten wird. In unseren Denitrifikations Becken ist eine Belüftungs Einrichtung eingebaut. Im Sommerbetrieb wird alle 21 Minuten für 7 Minuten die Belüftung in Betrieb gesetzt, damit die Belebtschlamm Menge in Schwebe gehalten werden kann.

Sanierung Biologiebecken Denitrifikation 2014 - 2016

Nach einer Testreihe ab 12. Februar 2014 mit zwei Oloid Rührsystemen, mit Strömungs Messungen durch die Hochschule Rapperswil gelangten wir zu Erkenntnissen, dass wegen der Becken Geometrie sich diese Variante nicht eignete und darum nicht einsetzbar ist.

In der Folge bauen wir im Betriebsjahr 2014 am 11. Juni im Biologiebecken 3 das erste Rührwerk provisorisch ebenfalls zu Testzwecken ein. Diese Testreihe zeigte ein gutes Ergebnis. Also wird am 05. November 2014 im Biologiebecken 2 das zweite Rührwerk ebenfalls provisorisch in Betreib gesetzt. Im Betriebsjahr 2019 wird die Sanierung der Belüftungsanlage fortgesetzt. In die Biologiebecken 1 und 4 werden ebenfalls Rührwerke eingebaut und alle vier Rührwerke mit Frequenz Umrichter geregelt betrieben.

Ein Vorteil dieses Konzeptes liegt darin dass im Block 1 der Denitrifikations Stufe, umgesetzte Nitrat Sauerstoff schon zum biologischen Abbau der organischen Inhalts Stoffe des Abwassers (BSB5-Wert) genutzt wird. Das heisst es ist keine externe Zugabe von Kohlenstoffquellen zum Nitratabbau notwendig. Im anschliessenden Block 2 Biologiebecken 5 + 6 Nitrifikations Stufe ist aufgrund dieses Sachverhalts ein verminderter Sauerstoff Bedarf vorhanden, da der BSB-Wert in der Denitrifikations Stufe schon reduziert wurde. Als Folge muss das Nitrifikations Becken weniger belüftet werden, wodurch Energie Kosten eingespart werden können. Bei der vorgeschalteten Denitrifikation ist es in der Regel nicht möglich, das gesamte Nitrat aus dem Abwasser zu entfernen, da der anfallende Schlamm nicht vollständig in die Denitrifikation zurückgeführt werden kann. Dies würde die Abwasser Durchfluss Kapazität der Kläranlage überfordern. Die hydraulische Belastung wäre zu hoch. Hier liegt einer der Nachteile der vorgeschalteten Denitrifikation. Je nach Situation führen die für den Rücklaufschlamm benötigten Pumpen zu hohen Energie- und Investitions Kosten. Eine Problem Lösung stellt der Einsatz spezieller Rührsysteme dar. Da das Abwasser mit dem Rücklaufschlamm vermischt werden muss, um Konzentrations Unterschiede im Klärbecken zu vermeiden müssen Rührsysteme eingesetzt werden.

Die technische Ausrüstung Belebtschlammbecken 1 - 4:

Vorgeschalteter Denitrifikation Block
Rücklaufschlamm
Überschussschlamm
Interner Kreislauf (Bio-P)

Kennzahlen Biologiebecken 1 - 4

Parameter

Becken Grösse
Anzahl Belüfter
Aufenthaltszeit Minimum
Schlamm Temperatur
Zirkulations Menge

Becken Fläche
Beüfterstreifen belegt
Aufenthaltzeit Mittelwert
Trocken Substanz: BS
Trocken Substanz: RLS

Becken Inhalt
Sauerstoff Gehalt
Aufenthaltzeit Mittelwert
Schlamm Alter
Fracht Belebtschlamm


Biologie Becken 1 - 4


16.0 x 6.0 x 4.0 m (LxBxT)


4 x 96 m2


4 x 380 m3


Belüfter Streifen Becken 1 - 4


14 Stück pro Becken


8.54 %


0.0 - 0.1 mg O2/Liter


Aufenthaltszeit


1.7 h


4.4 h


8.5 h


Belebtschlamm


3.7 bis 22.0°C


2.3 bis 3.90g / l
oder
0.23 bis 0.39% TS


9.8 bis 20.5 Tage


Rücklaufschlamm


8'640 bis 12'096 m3/d


0.69 bis 9.42g/l
oder
0.069 bis 0.942% TS


4'839 bis 7'776 kg/d

Optimale Wachstums Bedingungen für Mikroorganismen

Um die oben aufgeführten Verfahrens Abläufe optimal ablaufen zulassen, muss für ein optimales Wachstum der Mikroorganismen, auch ein möglichst ausgewogenes Nährstoff Angebot vorhanden sein. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung der Mikroorganismen sollten die folgenden Stoffverhältnisse im Vorgeklärten Abwasser vorhanden sein:

BSB5   :   Ammonium (NH4)   :   Phosphor (POP4)   =   50   :   4   :   1

Leider kann dieses optimale Verhältnis durch den Betreiber der Abwasser Reinigungs Anlage nur wenig beeinflusst werden

Biologische Abwasserreinigung

Eigentlich biochemische Abwasserreinigung, da neben biologischen Abbau Prozessen parallel dazu auch chemische Reaktionen stattfinden. In der Abwasserreinigung besteht zudem das Problem, dass viele Abbauschritte und somit Metabolite nicht immer ausreichend bekannt sind. Metabolite sind Abbau Produkte eines biochemischen Abbaus sowie die Abbau Zwischen Produkte.

Die im Abwasser enthaltenen organischen Verbindungen werden in der biologischen Abwasserreinigung einem Abbauprozess (Sekundär Stoffwechsel) zugeführt. Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Mikroorganismen in Verbindung mit gelöstem Sauerstoff bei aeroben Abbau Vorgängen oder unter Sauerstoff Ausschluss bei anaeroben Prozessen. Dabei entstehen durch Umwandlungs Prozesse anorganische Verbindungen und Biomasse.

Das am häufigsten angewandte Verfahren der biologischen Abwasserreinigung ist das Belebtschlamm Verfahren. Kontinuierlich durchflossene Biologiebecken, mit vorgeschalteten Vorklärbecken und nachgeschalteten Nachklärbecken eignen sich am besten für aeroben Abbau Vorgänge.

Die biologische Abwasserreinigung erfolgt in der Regel ohne Störungen oder Probleme, solange die Kleinst Lebewesen vor Säuren, Laugen und Gift Stoffen geschützt sind und ihnen mit dem Abwasser stets neue Nahrung und genügend Sauerstoff zugeführt wird. In ausreichend bemessenen und sorgfältig betriebenen mechanisch biologischen Kläranlagen können Abwässer so weit gereinigt werden, dass Fische im Vorfluter leben können.

Allerdings vermehren sich die Bakterien dabei und es wird aus einem Teil ihrer organischen Substanz neue Biomasse. Die Biomasse in einer gut funktionierenden Abwasserreinigung muss konstant gehalten werden. Dieses Ziel erreicht das Betriebspersonal indem es zu jedem Zeitpunkt weiss, wie viel Belebtschlamm in welchen Biologiebecken vorhanden ist. Um die Belebtschlamm Menge in den verschiedenen Biologiebecken konstant zu halten, muss aus dem jeweiligen Becken soviel Belebtschlamm als Überschussschlamm aus der Anlage abgezogen werden, wie zuwächst.

Bakterien

Bakterien spielen bei der biologischen Reinigung von Abwasser eine herausragende Rolle. Sie bewerkstelligen vielfältige Stoff Umwandlungs Reaktionen. Als deren Ergebnis können Wertstoffe wie Methangas (CH4) entstehen. Aus der übrigen Biomasse (Klärschlamm), organische Endprodukte wie Essigsäure (CH3) oder mineralische Endprodukte wie Kohlendioxid oder Kohlensäure (CO2), Stickstoff (N2) oder Wasser (H2O). Jede Bakterienart hat spezielle Stoffwechselfähigkeiten, die genutzt werden können. Aber auch Milieuansprüche, die befriedigt werden müssen, um die speziellen Fähigkeiten der Art auszunutzen.

Bakterien bestehen gemessen am Trockengewicht zu 70 bis 85% aus Wasser und der Rest zu 50% aus Proteinen. Die Zellwand macht 10 bis 20% aus, die DNS 3 bis 4%, die RNS 10 bis 20%. Dazu kommen Lipide und andere Substanzen mit ca. 10%.

Belebtschlamm (Biomasse)

Die bei der aeroben biologischen Abwasserreinigung durch den Abbau der Abwasser Inhaltstoffe im Belebungsbecken gebildete Biomasse samt anorganischen und organischen Anteile, wird als Belebtschlamm bezeichnet. Der Belebtschlamm liegt in der Regel in Form von Flocken vor, die neben lebender und toter Biomasse organische und mineralische Anteile enthalten. Belebtschlamm Flocken bestehen im Idealfall aus einem bräunlich gefärbten mineralischen Kern, in dem anaerobe Bedingungen herrschen und aus einer biologisch aktiven, aeroben grauen Randzone aus Mikroorganismen. Das Sedimentations Verhalten der Belebtschlamm Flocken ist von grosser Bedeutung für die Funktion der biologischen Reinigungs Stufe. Damit die Biomasse ohne Probleme vom gereinigten Abwasser getrennt und nach Bedarf als Rücklaufschlamm in die Biologiebecken zurückgeführt werden kann, müssen die Flocken gut absetzbar sein.

Gut absetzbarer Belebtschlamm Schlamm Volumen Index ISV von kommunalem Abwasser 80-120 ml/g.

Schlecht absetzbarer Belebtschlamm oder Blähschlamm Schlamm Volumen Index ISV grösser 150-200 ml/g.

Rücklaufschlamm

Beim Belebtschlamm Verfahren erfolgt nach dem Abbau der Schadstoffe im Abwasser eine Trennung des Belebtschlammes vom gereinigten Wasser in der Nachklärung. Ein Grossteil des abgetrennten Belebtschlammes wird in das Belebungsbecken als Rücklaufschlamm zurückgeführt. Ein kleinerer Teil wird dem System als Überschussschlamm entnommen.

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letztes Update: 10.12.2019


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