Biologie Becken 1 - 4     vorgeschaltete Denitrifikation

Biologiebecken 1 - 4     1973 - 2006

Biologiebecken 1 - 4     Sanierung 2016

Denitrifikation

Nitrifikation

Was soll in den 4 Biologie Becken nach dem Ausbau erreicht werden?

Die Zielsetzung für diesen Anlageteil ist, mit der vorgeschalteten Denitrifikation, den Richtwert Nitrit NO2-N im Ablauf der Nachklärung < 0.2mg/l NO2 das ganze Betriebsjahr einzuhalten.

Für die Anforderungen an die Ableitung von verschmutztem Abwasser sind auf Bundes Ebene die Gewässerschutz Verordnung (GSchV) vom 28. Oktober 1998 sowie Beschlüsse der Nordsee Anlieger Staaten und der Internationalen Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) massgebend.

Die gesetzlichen Rahmen Bedingungen auf Bundes Ebene werden durch kantonale Festlegungen ergänzt, wie etwa dem Massnahmen Plan Wasser (MPW) und Regierungsrats Beschlüssen (RRB) zum Schutz des Zürichsees.

Sonderfall Nitrit:
In Anhang 3.1 Ziff. 2 Nr. 6 GSchV ist die Anforderung an den Parameter Nitrit als Richtwert festgelegt. In der GSchV ist die Bedeutung des Richtwertes nicht definiert. Im Kanton Schwyz wird diese Anforderung als Grenzwert betrachtet, die Anforderung ist entsprechend nur erfüllt, sofern die Anzahl der Grenzwert Überschreitungen gleich oder kleiner ist als die Anzahl der zulässigen Abweichungen gemäss Anhang 3.1 Ziff. 42 GSchV.

Richtwert:
Richtwerte müssen in der Regel im Jahresmittel erreicht werden, damit die Anforderung erfüllt ist. Sie bezeichnen ebenfalls eine Mindest Anforderung, auf welche die ARA dimensioniert werden muss.

Nitrit Anhang 3.1
Gemäss GSchV gilt für alle ARA mit mehr als 200 EW der Richtwert von 0.3mg/l N. Erhöhte Nitrit Konzentrationen fallen unregelmässig an, insbesondere bei Störfällen und bei stark belasteten oder nicht optimal eingestellten ARA in der Übergangszeit zwischen kalter und warmer Jahreszeit und umgekehrt.

Unser «Verfahrens Ingenieur» plant 2005 den Umbau der 4 Biologie Becken





Rückbau in jedem der 4 Biologie Becken


Neu Einbau in jedem der 4 Biologie Becken



Massnahmen für den Umbau der Biologiebecken 1 - 4


Belüftungsteller Demontage

Die 156 Teller Membranbelüfter
werden für den Umbau entfernt

am 29.04.2006


Becken Umbau Keilentfernung

Becken Umbau Keilentfernung
Denitrifikation Becken

am 29.04.2006


Winterbetrieb:

Nitrifikation: ⇒ «Sollwert Sauersoff Gehalt < 2.0 mg/l»

Dabei wird in den Biologie Becken 1 - 4 wie in den Biologie Becken 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:

Nitrifikation + Denitrifikation: ⇒ «wenig Sauersoff Eintrag»

Mit dieser Betriebart ist eine Teil Denitrifikation möglich. Diese Betriebsart wird gewählt wenn die Belebtschlamm Temperatur mehr als 10°C beträgt. Im Sommerbetrieb betreiben wir die Biologie Becken 1 - 4 als vorgeschaltete Denitrifikation.

Feststellungen

In den Betriebsjahren 2007 - 2015 wird die Belebtschlamm Fracht in den Biologie Becken mit der Stoss Belüftung in Schwebe gehalten. Das heisst alle 25 Minuten wird die Belüftung für 3 Minuten aktiviert. Die 4 Biologie Becken 1 - 4 können nicht ohne Sauerstoff Zugabe betrieben werden.

Die Stoss Belüftung, um die Belebtschlamm Fracht in der Schwebe zu halten, ist Kontra Produktiv. Eine effiziente Denitrifikation kann nur unter Ausschluss von gelöstem Sauerstoff betrieben werden. Wir wollen die vorgeschaltete Denitrifikation effizienter betreiben.

Sanierung Biologie Becken Denitrifikation 2014 - 2016

Die Betriebsleitung macht die Betriebs Kommission auf diese Problematik aufmerksam. Der Vorschlag, die 4 vorgeschalteten Denitrifikations Becken mit Rührwerken nachzurüsten, findet Anklang. Der Verband beschliesst die Sanierung der Denitrifikation an die Hand zu nehmen. Es wird beschlossen mit zwei Lieferfirmen Versuche durchzuführen.

Versuch mit Rührsystem «Oloid»

Vom Mittwoch, 12. Februar 2014 bis Dienstag, 10. Juni 2014 ist das «Oloid» 400 und danach das «Oloid» 600 Rührsystem von der Firma Staveb AG im Testbetrieb. Es werden umfangreiche Strömungs Messungen durch ein Team von der Hochschule Rapperswil (HSR) durchgeführt. 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. Die wissenschftlichen Auswertungen geben uns die Gewissheit, die Becken Geometrie eignet sich nicht für dieses Rührsystem.

Versuch mit Strömung Beschleuniger

Vom Mittwoch, 11. Juni 2014 bis Freitag, 4. Juli 2014 ist ein Strömung Beschleuniger Typ ABS XSB 1621 von Franz Suter AG im Einsatz. Der Strömung Beschleuniger Sulzer SB und XSB 1621 zeigt eine energieeffiziente Durchmischung für unseren Anwendungs Bereich. Das Aggregat ist darauf ausgelegt, in unseren 375 Kubikmeter grossen Becken genügende Strömungen zu erzeugen.

Die Auswertung Rührsystem «Oloid» und Strömung Beschleuniger «ABS XSB»

Die Auswertung ist schnell gemacht:
  -   Das «Oloid» 600 Rührsystem ist nicht geeignet für unsere Beckengrösse.
  -   Der Strömung Beschleuniger Typ ABS XSB 1621 zeigt ein gleichmässiges Strömungs Bild im gesamten Becken Bereich.

Nach Auswertung der Resultate wird gestaffelt jedes Denitrifikations Becken mit einem Strömung Beschleuniger nachgerüstet. Der am Mittwoch, 11. Juni 2014 für den Versuch im Biologie Becken 3 eingebaute Strömung Beschleuniger Typ ABS XSB 1621 von Franz Suter AG bleibt provisorisch im Einsatz. Bereits am Mittwoch 5. November 2014 wird im Biologie Becken 2 der zweite Strömung Beschleuniger ebenfalls provisorisch in Betreib gesetzt. In den Betriebsjahren 2015 - 2019 wird die Belebtschlamm Fracht in den Denitrifikations Becken 2 + 3 mit je einem Strömung Beschleuniger in Schwebe gehalten. Die beiden Biologie Becken 2 + 3 werden anox, das heisst ohne Luft Sauerstoff Zugabe betrieben. Im Betriebsjahr 2019 werden in die Becken 1 und 4 die zwei letzten Strömung Beschleuniger eingebaut. Mit dem Einbau der Frequenz Umrichter für alle vier Antriebs Motoren können alle Denitrifikations Becken geregelt betrieben werden. Die Belebtschlamm Fracht wird ab diesem Zeitpunkt gut durchmischt und effizient in Schwebe gehalten. Alle Denitrifikations Becken werden jetzt anox, das heisst ohne Luft Sauerstoff Zugabe betrieben. Die sehr lange dauernde Sanierung im Anlagen Teil Denitrifikation ist nun beendet.

Bilder zu den Versuchen vor den Sanierungs Arbeiten


Oloid Rührwerk

«Oloid» 600 Rührwerk getestet
ausgewertet und verworfen

vom 12.02.2014 bis 10.06.2014


Rührwerk Typ ABS XSB 1621

Strömung Beschleuniger Typ ABS XSB 1621
erfolgreiches Test Ergebnis

vom 11.06.2014 bis 04.07.2014


Beschreibung «Denitrifikation»

Denitrifikation ist die Fähigkeit von Mikro Organismen, 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 Stickstoff Kreislauf 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.

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


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 Rücklauf Schlamm, in dem der grösste Teil der Nitrat Verbindungen 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.

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 Kohlenstoff Quellen zum Nitrat Abbau notwendig. Im anschliessenden Block 2 Biologie Becken 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 Rücklauf Schlamm benötigten Pumpen zu hohen Energie- und Investitions Kosten. Eine Problem Lösung stellt der Einsatz spezieller Rührsysteme dar. Da das Abwasser mit dem Rücklauf Schlamm 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
Beüfter Streifen 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 Mikro Organismen

Um die oben aufgeführten Verfahrens Abläufe optimal ablaufen zulassen, muss für ein optimales Wachstum der Mikro Organismen, auch ein möglichst ausgewogenes Nährstoff Angebot vorhanden sein. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung der Mikro Organismen sollten die folgenden Stoff Verhältnisse 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 Abwasser Reinigung

Eigentlich biochemische Abwasser Reinigung, da neben biologischen Abbau Prozessen parallel dazu auch chemische Reaktionen stattfinden. In der Abwasser Reinigung besteht zudem das Problem, dass viele Abbau Schritte 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 Abwasser Reinigung einem Abbau Prozess (Sekundär Stoffwechsel) zugeführt. Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Mikro Organismen 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 Abwasser Reinigung ist das Belebtschlamm Verfahren. Kontinuierlich durchflossene Biologie Becken, mit vorgeschalteten Vorklärbecken und nachgeschalteten Nachklärbecken eignen sich am besten für aeroben Abbau Vorgänge.

Die biologische Abwasser Reinigung 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 Abwasser Reinigung muss konstant gehalten werden. Dieses Ziel erreicht das Betriebs Personal indem es zu jedem Zeitpunkt weiss, wie viel Belebtschlamm in welchen Biologie Becken vorhanden ist. Um die Belebt Schlamm Menge in den verschiedenen Biologie Becken konstant zu halten, muss aus dem jeweiligen Becken soviel Belebt Schlamm als Überschuss Schlamm 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 Stoffwechsel Fähigkeiten, die genutzt werden können. Aber auch Milieu Ansprüche, die befriedigt werden müssen, um die speziellen Fähigkeiten der Art auszunutzen.

Bakterien bestehen gemessen am Trocken Gewicht 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 Abwasser Reinigung durch den Abbau der Abwasser Inhaltstoffe im Belebungs Becken 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 Mikro Organismen. 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 Biologie Becken 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 Belebungs Becken als Rücklauf Schlamm zurückgeführt. Ein kleinerer Teil wird dem System als Überschuss Schlamm entnommen.


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