Bemessung der Kläranlage Gevelsberg nach ATV-DVWK-A 131 – Teil 1

Abwasserbehandlung (Wastewater Treatment)

1 Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

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Aufgabe 1: Selbststudium A 131

Arbeiten Sie das Kapitel „4. Bemessungsgrundlagen“

des ATV-DVWK-A 131 durch! Fassen Sie kurz

zusammen, welche Ausgangsinformationen benötigt

werden, um eine Kläranlage nach A 131 zu bemessen!

5 Minuten

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Aufgabe 1: Bemessungsgrundlagen

Einwohnerwert EW

Täglicher Abwasserzufluss bei Trockenwetter Qd

Maximaler Trockenwetterzufluss Qt

Bemessungszufluss bei Regenwetter Qm

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Aufgabe 1: Bemessungsgrundlagen

Tägliche CSB-Fracht im Zulauf zur KA Bd,CSB,Z

Tägliche BSB5-Fracht im Zulauf zur KA Bd,BSB,Z

Tägliche TKN-Fracht im Zulauf zur KA Bd,TKN,Z

Tägliche NO3-N-Fracht im Zulauf zur KA Bd,NO3-N,Z

Tägliche P-Fracht im Zulauf zur KA Bd,P,Z

Tägliche Feststofffracht im Zulauf zur KA Bd,AFS,Z

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Aufgabe 1: Bemessungsgrundlagen

Tägliche CSB-Fracht, Zulauf Belebungsstufe Bd,CSB,ZB

Tägliche BSB5-Fracht, Zulauf Belebungsstufe Bd,BSB,ZB

Tägliche TKN-Fracht, Zulauf Belebungsstufe Bd,TKN,ZB

Tägliche NO3-N-Fracht, Zulauf Belebungsstufe Bd,NO3-

N,ZB

Tägliche P-Fracht, Zulauf Belebungsstufe Bd,P,ZB

Tägliche Feststofffracht, Zulauf Belebungsstufe Bd,AFS,ZB

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Aufgabe 1: Bemessungsgrundlagen

behördlicher Überwachungswert, CSB CCSB,ÜW

behördlicher Überwachungswert, Nanorg. SanorgN,ÜW

behördlicher Überwachungswert, Pges. CP,ÜW

Maßgebende tiefste Abwassertemperatur TBem., tief

Maßgebende höchste Abwassertemperatur TBem., hoch

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Aufgabe 1: Bemessungsgrundlagen

Maßgebende Konzentration des CSB im Zulauf

zur Belebungsstufe CCSB,ZB

Maßgebende Konzentration der abbaubaren

organischen Stoffe im Zulauf zur Belebung CBSB,ZB

Maßgebende TKN-Konzentration im Zulauf zur

Belebungsstufe CTKN,ZB

Maßgebende NO3-N-Konzentration im Zulauf

zur Belebungsstufe CNO3-N,ZB

Maßgebende Konzentration des Phosphors im

Zulauf zur Belebung CP,ZB

Maßgebende Konzentration der Feststoffe im

Zulauf zur Belebung XTS,ZB

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Excel: Arbeiten mit Namen

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Die Verwendung von Namen für bestimmte Ausgangsdaten oder Zwischenergebnisse unter MS Excel kann insbesondere in folgenden Fällen Zeit sparen:

• bei komplexen Berechnungen mit vielen untereinander verknüpften Rechenschritten

• bei Berechnungen, wo man sich dem Ergebnis nur iterativ annähern kann • bei Berechnungen, die übergreifend mehrere Arbeitsblätter und/oder Dateien

umfassen

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Excel: Arbeiten mit Namen

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Mehrere Wege, den Namen einer Zelle festzulegen:

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1. Überschreiben des Eintrags im Namenfeld einer Zelle in der Bearbeitungsleiste

Excel: Arbeiten mit Namen

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Mehrere Wege, den Namen einer Zelle festzulegen:

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2. Eingabe über Drop-down-Menü der Zelle, die benannt werden soll

Excel: Arbeiten mit Namen

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Mehrere Wege, den Namen einer Zelle festzulegen:

Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

3. Festlegen des Namens im Menü „Formeln“, „Namen definieren“

Excel: Arbeiten mit Namen

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Mehrere Wege, den Namen einer Zelle festzulegen:

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4. Festlegen des Namens im Menü „Formeln“, „Namensmanager“

Excel: Arbeiten mit Namen

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Verwenden eines Namens in Formeln (Beispiel VBB):

Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

Excel: Arbeiten mit Namen

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Verwenden eines Namens in Formeln (Beispiel VBB):

Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

Excel: Arbeiten mit Namen

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Verwenden eines Namens in Formeln (Beispiel VBB):

Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

Excel: Arbeiten mit Namen

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Suchen eines Namens oder des Zellbezugs im „Namensmanager“:

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Änderung/Löschen eines Namens oder des Zellbezugs mittels „Namensmanager“:

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Excel: Arbeiten mit Namen

Excel: Arbeiten mit Namen

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Zu einer Zelle gehen, für die ein Name festgelegt wurde:

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1. Drop-down-Verzeichnis der Namen in der Bearbeitungsleiste öffnen 2. Namen suchen und anklicken, z. B. MTS_BB

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Aufgabe 2: KA Gevelsberg

Studieren Sie das Dokument „Kenndaten und Kurzbeschrei-

bung KA Gevelsberg“! Nach Anhang 1 (Häusliches und kommu-

nales Abwasser) der Abwasserverordnung werden die Min-

destanforderungen an die Beschaffenheit des Ablaufs in ein

Gewässer nach Größenklassen gestaffelt. Welche Größenklasse

gilt für KA Gevelsberg? Welche Mindestanforderungen gelten

demzufolge für diese KA?

5 Minuten

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Wiederholung: Mindestanforderungen

Auszug aus Abwasserverordnung, Anhang 1 „Häusliches und kommunales Abwasser“

Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #01 Abwasserbehandlung – Einf.

Parameter Kürzel

behördlicher Überwachungswert, CSB CCSB,ÜW

behördlicher Überwachungswert, Nanorg. SanorgN,ÜW

behördlicher Überwachungswert, Pges. CP,ÜW

MA

90 mg/l

18 mg/l

2 mg/l

Ü-Wert

65 mg/l

13 mg/l

1,5 mg/l

Überwachungswerte KA Gevelsberg

Die zuständige Wasserbehörde hielt es offenbar aus Gründen des Immissionsschutzes für geboten, Überwachungswerte (Spalte Ü-Wert) festzulegen, die „schärfer“ als die Mindestanforderungen (Spalte MA) gemäß Anhang 1 „Häusliches und kommunales Abwasser“ der Abwasserverordnung sind.

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Aufgabe 3: CSB-Fraktionierung

Aus den vorhandenen Zulaufwerten für die Kläranlage

Gevelsberg sollen die maßgeblichen Fraktionen des CSB

und der Feststoffe im Zulauf zum Belebungsbecken

ermittelt werden. Soweit keine Angaben vorliegen, sind

die Zulaufwerte unter Verwendung der Faustwerte für

die einwohnerspezifischen Tagesfrachten zu schätzen.

15 Minuten

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CSB-/Feststoff-Fraktionierung KA Gevelsberg im Zulauf zur Belebung nach ATV-DVWK-A 131

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264 mg/l

221 mg/l

132 mg/l 89 mg/l 30 mg/l 13 mg/l

82 mg/l

103 mg/l

21 mg/l

43 mg/l

119 mg/l

Siehe hierzu auch Excel-Tabelle, Register „Zulaufwerte“ und „CSB-Bilanz“

Rechen Sand-u.

Fettfang

Vorklär-

becken

Belebungs-

becken Nachklär-

becken

MÜSE

Faulbehälter Nacheindicker

Rücklaufschlamm

Primär-

schlamm

Frisch-

schlamm

Rechen-

gut

Fett

Sand

Überschussschlamm

Biogas

Kehricht,

Verbrennung

Waschen,

Deponie

Nutzung,

Entwässerung,

Trocknung,

Verbrennung,

Deponie

Gewässer,

Filtration

mechanische Stufe biologische Stufe

Fäll-

mittel

Entwässerung

Prozess-

wasser

Prozess-

wasser

FHM

Nitri Deni

Schlammbehandlung

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Aufbau einer kommunalen Kläranlage

aus SCHNEIDER, 2014

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Aufgabe 4: Reaktorvolumina

Für die Kläranlage Gevelsberg sollen die Volumina der

Reaktoren der maßgeblichen Behandlungsstufen

ermittelt werden. Dabei sind die Reaktorvolumina zu

ermitteln, die zur Nitrifikation bzw. Denitrifikation zur

Verfügung stehen. Die Ergebnisse sind in einer Skizze

einzutragen.

10 Minuten

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Skizze KA Gevelsberg, maßgebliche Stufen

29 Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

Stufe VKB BioP DN DN/N

fakultativ N NKB

V

VBB

VN

Stufe VKB BioP DN DN/N

fakultativ N NKB

V 1.700 m³ 2 x 340 m³ 6 x 1.190 m³ 4 x 1.190 m³ 4 x 2.400 m³ 2 x 12.900 m³

2 x 760 m³

VBB 23.700 m³

VN 14.360 m³

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Aufgabe 5: Selbststudium A 131

Arbeiten Sie Kapitel 5.2.1.1 Erforderliches

Schlammalter, 5.2.1.2 Bemessung von Anlagen mit

Nitrifikation und Kapitel 5.2.1.3 Bemessung von

Anlagen mit Nitrifikation und Denitrifikation im

ATV-DVWK-A 131 durch! Beschreiben Sie, wie der

Sicherheitsfaktor und das Bemessungsschlamm-

alter bestimmt werden!

10 Minuten

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Aufgabe 6: Bemessung Vorklärbecken

Für die Kläranlage Gevelsberg soll das rechteckige

Vorklärbecken nachbemessen werden.

Der Zufluss zur KA beträgt bei Mischwasserzufluss

𝑸𝒎 = 950 l/s und bei Trockenwetter 𝑸𝒕 = 475 l/s.

Die Aufenthaltszeit im Becken soll mit tR = 1,0 h und

die Oberflächenbeschickung bei Trockenwetter mit

qa = 2,5 m/h angesetzt werden.

Selbststudium zu Hause Vorgehensweise bei der Bemessung siehe Excel-Tabelle Bemessung KA 90.000 EW nach A 131 - Aufgabenstellung.xlsx, Register Bemessung VKB

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Volumenstrom- und Feststoffbilanzen

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𝑄𝑍𝐵

𝑄𝑅𝑆

𝑇𝑆𝐵𝐵

𝑇𝑆𝑅𝑆

𝑄Ü𝑆

𝑋𝑇𝑆,𝐴𝑁

𝑄𝑍𝐵 − 𝑄Ü𝑆

𝑇𝑆𝑅𝑆

𝑄𝑍𝐵 + 𝑄𝑅𝑆 ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑄𝑅𝑆 + 𝑄Ü𝑆 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆 + 𝑄𝑍𝐵 − 𝑄Ü𝑆 ∗ 𝑋𝑇𝑆,𝐴𝑁

𝑄𝑍𝐵

+ 𝑄𝑅𝑆

𝑇𝑆𝐵𝐵

Vollständige TS-Bilanz NKB:

𝑄𝑍𝐵

𝑇𝑆𝐵𝐵

Vereinfachte Feststoffbilanz NKB

33 Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

𝑄Ü𝑆

𝑋𝑇𝑆,𝐴𝑁

𝑄𝑍𝐵 − 𝑄Ü𝑆

𝑇𝑆𝑅𝑆

Schlammbilanz für NKB ausgeglichen, wenn genau so viel Schlamm entnommen wie zugeführt wird. Wenn 𝑋𝑇𝑆,𝐴𝑁 = vernachlässigbar gering und die Entnahme von Überschussschlamm exakt den Schlammzuwachs im BB ausgleicht, können Ablauf NKB und 𝑄Ü𝑆 unberücksichtigt bleiben.

𝑄𝑅𝑆

𝑇𝑆𝑅𝑆

𝑄𝑍𝐵

+ 𝑄𝑅𝑆

𝑇𝑆𝐵𝐵

𝑄𝑍𝐵

𝑇𝑆𝐵𝐵

𝑄𝑅𝑆

𝑇𝑆𝑅𝑆

Vereinfachte Feststoffbilanz NKB

34 Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

𝑄𝑍𝐵 + 𝑄𝑅𝑆 ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑄𝑅𝑆 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆 Dann gilt... Mit 𝑄𝑅𝑆 = 𝑄𝑍𝐵 ∗ 𝑅𝑉

ergibt sich 𝑄𝑍𝐵 + 𝑄𝑍𝐵 ∗ RV ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑄𝑍𝐵 ∗ 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

𝑄𝑍𝐵

+ 𝑄𝑅𝑆

𝑇𝑆𝐵𝐵

Vereinfachte Feststoffbilanz NKB

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𝑄𝑍𝐵 + 𝑄𝑍𝐵 ∗ RV ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑄𝑍𝐵 ∗ 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

wird umgewandelt in 𝑄𝑍𝐵 ∗ 1 + RV ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑄𝑍𝐵 ∗ 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

nach Kürzen von 𝑄𝑍𝐵 ergibt sich 1 + RV ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

1 + 𝑅𝑉

Auflösen nach 𝑻𝑺𝑩𝑩 führt zu der in A 131 aufgeführten Formel

Vereinfachte Feststoffbilanz NKB

36 Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung

aus der letzten Formel 1 + RV ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

erhält man durch Auflösen der Klammer:

𝑇𝑆𝐵𝐵 + 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝐵𝐵 = 𝑅𝑉 ∗ 𝑇𝑆𝑅𝑆

Division durch 𝑅𝑉, Subtraktion von 𝑇𝑆𝐵𝐵

𝑇𝑆𝐵𝐵

𝑅𝑉 = 𝑇𝑆𝑅𝑆 − 𝑇𝑆𝐵𝐵

erhält man durch Auflösen nach 𝑻𝑺𝑹𝑺:

𝑇𝑆𝑅𝑆 = 𝑇𝑆𝐵𝐵 ∗1 + 𝑅𝑉

𝑅𝑉

Auflösen nach 𝑹𝑽 führt zu:

𝑅𝑉 = 𝑇𝑆𝐵𝐵

𝑇𝑆𝑅𝑆 − 𝑇𝑆𝐵𝐵

Literaturverzeichnis

37

ATV-DVWK-A 131, 2000 ATV-DVWK-A 131 Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen Abwassertechnische Vereinigung e.V. / Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V., Mai 2000

ATV-DVWK-A 198, 2003 ATV-DVWK-A 198 Vereinheitlichung und Herleitung von Bemessungswerten für Abwasseranlagen Abwassertechnische Vereinigung e.V. / Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V., April 2003

DROSTE, 1997 Droste, R. L.: Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment John Wiley & Sons, Inc., New York, 1997

GUJER, 2007 Gujer, W. Siedlungswasserwirtschaft Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2007

HENZE et al., 1987 Henze, M.; Grady, C. P. L.; Gujer, W.; Marais, G. v. R.; Matsuo, T. Activated Sludge Model No. 1 IAWPRC Scientific and Technical Reports, No. 1, IAWQ, London, 1987

KUNZ, 1992 Kunz, P.: Umwelt-Bioverfahrenstechnik Vieweg, Braunschweig 1992

KREBS, 2007 Krebs, P.: Vorlesung Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft TU Dresden, Institut für Siedlungswasserwirtschaft, 2007

LONDONG et al., 2009

Londong, J.; Lützner, K. u. a. Abwasserbehandlung Weiterbildendes Studium Wasser und Umwelt Bauhaus-Universität Weimar, 3. überarbeitete Auflage, September 2009

SCHNEIDER, 2014 Schneider, F. Vorlesungsskript Entsorgung (Abfall & Abwasser) für Master Urbane Infrastrukturplanung, Abwasserreinigung Beuth-Hochschule für Technik, Berlin, 2014

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