Belebungsanlagen mit FUCHS Belüftern (Umdruck) [pdf, 1,3

Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern
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Belüftung, Umwälzung und Durchmischung von Belebungsbecken
Aufgabe der in Belebungsbecken installierten Belüftungs- und Umwälzeinrichtungen
ist es, den für den biologischen Abbau benötigten Sauerstoff einzutragen,
das Abwasser und den Belebtschlamm zu vermischen und eine so starke Strömung
zu erzeugen, dass es zu keinen Schlammablagerungen kommt.
Grundsätzlich unterscheidet man Druckbelüftungen, Oberflächenbelüfter (Kreisel,
Walzen) und Strahlbelüfter (z.B. FUCHS-Belüfter).
FUCHS Wendelbelüfter und CENTROX-Belüfter tragen den erforderlichen Luftsauerstoff
ein. Gleichzeitig durchmischen sie das Belebtschlamm-Abwasser-Gemisch
und sorgen für die erforderliche Strömung.
Dabei sind folgende Eigenschaften hervorzuheben:
� Die Maschinen sind sehr robust und benötigen wenig Wartung.
� Es gibt keine Lager und Dichtungen im eingetauchten Teil.
� Auch bei nicht vorgeklärtem Abwasser ist ein intermittierender Betrieb
möglich, ohne dass die Gefahr der Verstopfung, Verzopfung oder
Inkrustierung besteht.
� Die Maschinen sind relativ leicht und mit einem aufsteckbaren Hubgalgen gut
zu handhaben.
� FUCHS-Belüfter arbeiten im Gegensatz zu Oberflächenbelüftern bei ruhiger
Wasseroberfläche. Probleme durch Lärmbelästigung, Geruchs- und
Aerosolbildung sowie Auskühlung des Abwassers treten daher nicht auf.
� Durch die Aufteilung der Belüfterleistung auf mehrere Geräte kann der
Sauerstoffeintrag sehr genau dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden,
was für einen wirtschaftlichen Betrieb wichtig ist.
� Die für eine Druckbelüftung notwendige, teure Gebläsestation sowie
Druckluftleitungen sind bei FUCHS-Belüftern nicht erforderlich.
Bemessung
Die Mindestanforderungen an die Qualität von behandelten Abwässern, die in
öffentliche Gewässer eingeleitet werden sollen, sind im WHG § 7 a festgelegt.
Über die Grundlagen des Belebungsverfahrens gibt es umfangreiche Fachliteratur,
weshalb hier darauf nicht eingegangen werden soll. Hinsichtlich der Bemessung von
Belebungsanlagen zur Reinigung kommunaler Abwässer wird insbesondere auf die
Arbeitsblätter A 126 und A 131 der DWA (vorm. ATV) verwiesen.
Die für eine Belebungsanlage insgesamt erforderliche Belüfterleistung errechnet
sich aus dem Sauerstoffbedarf (kg O2/h) und dem Ertragswert (kg O2/kWh) der
Belüftungseinrichtung.
Zur Ermittlung des Sauerstoffbedarfs sollte ein OC/load von 2,5 - 3,0 kg O2/kg BSB5
gewählt werden.
Änderungen vorbehalten!

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Bei vorgeschalteter Denitrifikation genügt dabei meistens das 24-h-Mittel, während
bei intermittierender Denitrifikation der erforderliche Sauerstoff während ca. 16 h/d
eingetragen werden muss.
Bei Aufstauanlagen ergeben sich noch kürzere Belüftungszeiten.
Der Leistungsbedarf für die Strömungserzeugung und Durchmischung hängt jeweils
vom Nutzvolumen und der Form des Belebungsbeckens ab.
Einsatz von FUCHS-Belüftern
1. Beckenform und Installation
FUCHS Belüfter können nahezu bei jeder Beckenform zum Einsatz kommen.
Für schwach belastete Belebungsanlagen kommen nur hydraulisch günstige
Beckenformen in Frage. Hierzu gehören Ringbecken, Umlaufbecken mit
halbkreisförmigen Enden und Umlenkbögen, Rundbecken oder Oxidationsgräben.
Darüber hinaus eignen sie sich auch gut für die Umrüstung und
Nachrüstung bestehender Anlagen, sogar von quadratischen, rechteckigen oder
CAROUSSEL-Becken.
Die Belüfter werden mit speziellen Aufhängungen an Maschinenbrücken oder am
Beckenrand befestigt. Bei schwankendem Wasserspiegel werden sie schwimmend
installiert, so dass die Eintauchtiefe gleich bleibt.
2. Nährstoff-Elimination und Steuerung
Neben dem Abbau der organischen Kohlenstoffverbindungen (BSB5, CSB) wird bei
Kläranlagen mit einem Anschlusswert ab 5.000 EW auch eine weitgehende
Nitrifikation (NH4-N � 10 mg/l) gefordert. Nach Möglichkeit sollte auch denitrifiziert
werden.
Gut bewährt haben sich die vorgeschaltete, die simultane und die intermittierende
Denitrifikation. Letztere eignet sich besonders für kleinere Anlagen, in denen
kommunales Abwasser gereinigt wird.
Bei der intermittierenden Denitrifikation kann die Steuerung der Belüftungspausen
problemlos mit Zeitschaltuhren erfolgen. Zur Regelung der N-Elimination können das
REDOX-Potential sowie der Nitrat- oder Ammoniumgehalt gemessen werden.
Um einen wirtschaftlichen Betrieb der Belüftungseinrichtung zu gewährleisten,
sollte während der oxischen Phasen auf jeden Fall der O2-Gehalt gemessen und
geregelt werden.
Zur Strömungserzeugung und Durchmischung des Beckeninhaltes während der
Denitrifikationsphasen kommen bei kleineren Anlagen oder Oxidationsgräben
bevorzugt FUCHS TURBOSTAR Mischer zum Einsatz. Bei größeren Becken werden
zweckmäßig langsam drehende Rührwerke installiert.
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Beispiele
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Die Ausrüstung von Belebungsanlagen mit FUCHS-Belüftern wird im Folgenden
anhand von acht Beispielen für Anschlussgrößen von 750 EW bis 22.000 EW
erläutert.
1. Aufstau-Oxidationsgraben für 750 EW
Eine kleine Gemeinde wird nach dem Trennverfahren entwässert.
Die Abwasserreinigung erfolgt in einer eigenen Kläranlage mit einem einfachen
Rechen, einem Rundsandfang und einem Aufstau-Oxidationsgraben sowie einem
nachgeschalteten Schönungsteich.
Der zyklische Betrieb des Oxidationsgrabens führt zu einer Belüftungszeit von nur
ca. 12 h/d und bewirkt eine weitgehende Denitrifikation.
Wegen der geringen Wassertiefe von ca. 1,20 m kamen nur Wendelbelüfter mit einer
Nennleistung bis 4,0 kW in Frage.
Wegen des schwankenden Wasserspiegels wurden die beiden Maschinen
schwimmend installiert. Bereits einer der beiden Wendelbelüfter WBL-IV genügt für
die Strömungserzeugung im Becken bei schwacher Belastung.
Im Schönungsteich, der mit einem Abflussbegrenzer ausgestattet ist, findet eine
Nachreinigung des Abwassers und eine Vergleichmäßigung des Ablaufs statt.
[Bild 1]
2. Doppel-Oxidationsgraben für 1.500 EW
In einer Gemeinde mit knapp 1.000 Einwohnern gibt es mehrere Gasthöfe und einige
kleine Gewerbebetriebe. Die Reinigung der dort anfallenden Abwässer erfolgt in
einem alten Doppel-Oxidationsgraben, dem ein Rechen und ein Rundsandfang
vorgeschaltet sind.
Die beiden Gräben werden wechselweise beschickt, so dass - ähnlich wie beim
Aufstau-Oxidationsgraben - keine Nachklärung notwendig ist. Wegen des
alternierenden Betriebes beträgt die Belüftungszeit insgesamt ca. 16 h/d. Auch beim
wechselweise beschickten Doppel-Oxidationsgraben wird zwangsläufig eine
weitgehende Denitrifikation erzielt.
Die Anlage war ursprünglich mit insgesamt vier Walzenbelüftern à 5,5 kW bestückt.
Betriebsprobleme im Winter, der hohe Geräuschpegel und die Kosten für notwendige
Reparaturen veranlassten die Gemeinde, die beiden Oxidationsgräben nach und
nach mit Wendelbelüftern umzurüsten. Auch hier wurden wegen der geringen
Wassertiefe von ca. 1,20 m Wendelbelüfter mit einer Nennleistung von 4,0 kW
gewählt. Jeder Graben ist heute mit drei solchen Maschinen bestückt, von denen
eine für die Strömungserzeugung genügt, während die beiden anderen je nach
Sauerstoffbedarf zu- oder abgeschaltet werden.
Da die Schwellenbeschickung der verstellbaren Ablaufwehre recht hoch ist,
bestand die Gefahr, dass mit dem gereinigten Abwasser auch Schlammflocken in
den Vorfluter abtreiben. Daher wurde den Oxidationsgräben ein Schönungsteich
nachgeschaltet. [Bild 2]
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3. Doppel-Oxidationsgraben mit Nachklärung für 2.000 EW
In einer kleinen Ortschaft, die im Einzugsbereich einer Großstadt liegt, sind in den
letzten Jahren mehrere Neubaugebiete erschlossen worden. Dadurch ist die
Bevölkerung auf über 1.800 Personen angestiegen. Nennenswerte Gewerbebetriebe
oder Fremdenverkehr gibt es dort nicht.
Die ursprünglich vorhandene Kläranlage, bei der es sich um einen wechselweise
beschickten Doppel-Oxidationsgraben mit einer Ausbaugröße von 1.500 EW
handelte, war daher um mehr als 20 % überlastet.
Da der Platz für einen großzügig bemessenen Schönungsteich fehlt, entschloss man
sich, den Rohabwasserstrom zu teilen, die beiden Oxidationsgräben parallel zu
beschicken und eine Nachklärung nachzuschalten. Statt der alten Walzenbelüfter
wurden in den Gräben jeweils drei Wendelbelüfter WBL-III (Nennleistung: à 3,0 kW)
und ein TURBOSTAR Mischer TS 1.5 (Nennleistung: 1,5 kW) installiert.
Für die Strömungserzeugung und Durchmischung der Gräben genügt jeweils ein
Belüfter oder der TURBOSTAR Mischer.
Es wird intermittierend denitrifiziert, wobei die Denitrifikationsphasen über Zeitschaltuhren
gesteuert werden. [Bild 3]
4. Belebungsanlage in aufgelöster Bauweise für 3.000 EW
Für die Reinigung der Abwässer mehrerer Dörfer sollte eine preisgünstige Kläranlage
mit einer Ausbaugröße von 3.000 EW errichtet werden. Besondere Anforderungen
an die Reinigungsleistung wurden dabei nicht gestellt.
Da das erforderliche Gelände für belüftete Teiche nicht vorhanden war, wurde eine
Belebungsanlage mit Rundbecken geplant und gebaut.
Das Belebungsbecken mit einem Nutzvolumen von 900 m³ und einer Wassertiefe
von 2,90 m wurde mit einem zentral angeordneten CENTROX-Belüfter CX 5.5
und drei Wendelbelüftern WBL-V (Nennleistung: jeweils 5,5 kW) ausgerüstet.
Der CENTROX-Belüfter saugt das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch durch ein
Leitrohr vom Beckenboden her an und verhindert dadurch Schlammablagerungen im
Zentrum. Zur Strömungserzeugung und Durchmischung des Beckens muss er
zusammen mit einem Wendelbelüfter durchlaufen. Die beiden anderen Belüfter
werden je nach O2-Bedarf zu- oder abgeschaltet.
In der Anlage wird weitgehend nitrifiziert. Auf eine gezielte Denitrifikation wurde
verzichtet. [Bild 4]
5. Belebungsanlage in aufgelöster Bauweise mit weitgehender Nährstoff-
Elimination für 5.000 EW
Eine Belebungsanlage zur Reinigung kommunaler Abwässer mit einer Ausbaugröße
von 5.000 EW sollte in aufgelöster Bauweise erstellt werden.
Geplant und gebaut wurde ein rundes Belebungsbecken mit einer Wassertiefe von
3,50 m, das in ein zentrales Anaerob-Becken und ein ringförmiges Belüftungsbecken
unterteilt ist. Die Nachklärung wurde als separates Rundbecken mit Räumer erstellt.
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Das Rohabwasser wird zunächst mittels Siebanlage und Rundsandfang mechanisch
vorgereinigt. Sodann wird es in dem Anaerob-Becken mit dem Rücklaufschlamm
intensiv vermischt. Dadurch wird der Schlammindex günstig beeinflusst und
gleichzeitig eine biologische Teil-Dephosphatierung bewirkt.
Zur Umwälzung und Durchmischung des Anaerob-Beckens dient ein FLOWSTAR
Rührwerk mit vertikaler Welle FS-V 1.1 (Nennleistung: 1,1 kW).
Im Belüftungsbecken erfolgt neben dem Abbau der organischen Schmutzstoffe eine
fast vollständige Nitrifikation. Durch intermittierende Belüftung wird auch weitgehend
denitrifiziert.
Ausgestattet wurde das Becken mit vier Wendelbelüftern WBL-X (Nennleistung:
à 11,0 kW) und einem langsam drehenden Tauchrührwerk (Nennleistung: 2,2 kW).
Zur Strömungserzeugung genügt ein Wendelbelüfter oder das Tauchrührwerk. [Bild
5]
6. Umlaufbecken für 7.500 EW
Für den Bau einer Gruppenkläranlage mit einer Ausbaugröße von 7.500 EW stand
nur ein relativ schmales Grundstück zur Verfügung. Daher wurde das
Belebungsbecken als Umlaufbecken ausgebildet. Bei der Nachklärung handelt es
sich um ein Rundbecken mit Räumer.
Die Anlage wurde mit sechs Wendelbelüftern Typ WBL-X (Nennleistung: à 11,0 kW)
und zwei langsam drehenden Tauchrührwerken (Nennleistung: 2,2 kW) ausgestattet.
Für die Strömungserzeugung genügen die beiden Tauchrührwerke oder ein
Tauchrührwerk und zwei Belüfter.
In der Anlage werden niedrige BSB5-Ablaufwerte und durch intermittierende
Belüftung auch eine weitgehende N-Elimination erzielt. [Bild 6]
7. Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation für 10.000 EW
Bei der Planung des Klärwerks für eine Kleinstadt mit wenig Industrie wurde
das Verfahren der vorgeschalteten Denitrifikation gewählt. Dadurch wird der
Schlammindex günstig beeinflusst und außerdem der Spitzenstrom für die Belüftung
gesenkt.
Das Belebungsvolumen wurde auf drei gleich große, parallel angeordnete
Umlaufbecken aufgeteilt. Dies geschah einerseits aus Platzgründen und
andererseits, um gelegentlich eines der Becken ohne Betriebsunterbrechung der
gesamten Anlage entleeren zu können.
Die Anlage wurde mit einem langsam drehenden Tauchrührwerk
(Nennleistung: 2,2 kW) und acht Wendelbelüftern WBL-VII (Nennleistung: à 7,5 kW)
ausgestattet.
Für die Strömungserzeugung in den Nitrifikationsbecken genügen jeweils zwei
Belüfter. Die übrigen werden je nach O2-Bedarf zu- oder abgeschaltet.
Zur Förderung des nitrathaltigen Abwassers aus den Nitrifikationsbecken in die
Denitrifikationsstufe dienen Rezirkulationspumpen. [Bild 7]
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8. Belebungsanlage mit weitgehender Nährstoffelimination und getrennter
Schlammbehandlung für 22.000 EW
Als vor einigen Jahren eine Gruppenkläranlage mit einer Ausbaugröße von
22.000 EW zu planen war, wurde wegen des schwachen Vorfluters eine
weitgehende Nitrifikation gefordert. Außerdem wurde die Entseuchung des
anfallenden Klärschlamms gewünscht, um diesen problemlos landwirtschaftlich
verwerten zu können.
Gebaut wurde ein Klärwerk mit Feinrechen, Langsandfang, Vorklärbecken und einer
schwach belasteten Belebungsanlage mit vorgeschalteter Denitrifikation sowie eine
aerob-thermophile Schlammbehandlung.
Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, wurden die Vorklärung und die biologische
Reinigungsstufe zweistraßig ausgeführt.
Die Belebungsbecken und die Nachklärungen wurden als kostengünstige
Rundbecken gleichen Durchmessers erstellt. Die Belebungsbecken sind dabei in
eine zentrale Denitrifikationszone und einen ringförmigen Belüftungsraum unterteilt.
Zur Umwälzung und Durchmischung der Denitrifikationsbecken dient jeweils ein
FLOWSTAR Rührwerk mit vertikaler Welle FS-V 2.2 (Nennleistung: 2,2 kW).
Die beiden Nitrifikationsbecken sind mit insgesamt 12 Wendelbelüftern WBL-VII
(Nennleistung: à 7,5 kW) bestückt. Für die Strömungserzeugung genügt dabei ein
Belüfter pro Becken. Die übrigen werden je nach O2-Bedarf zu- oder abgeschaltet.
Rezirkulationspumpen fördern das nitrathaltige Abwasser aus den
Nitrifikationsbecken in die Denitrifikationsstufen.
Gemäß WHG darf der P-Gehalt im Ablauf einer Kläranlage mit einer Ausbau-
größe von 22.000 EW nicht mehr als 2 mg/l betragen. Daher wurde dem
vorhandenen Verteilerschacht vor den Belebungsbecken ein anaerobes
Mischbecken vorgeschaltet. Damit ist eine biologische Teildephosphatierung
möglich.
Zusätzlich können Fällungsmittel dosiert werden. [Bild 8]
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