Abwassertechnik Ria PanteProf. Hepcke

Entsorgungstehnik04.10.06

(Abwassertechnik + Abfallbeseitigung) Klausur reine Verstämdnisfragen

Prof. Hepcke

1. Einführung

1.1 Warum müssen wir Abwasser reinigen?

a) Bekämpfung der Seuchengefahr (Verhinderung)-> Kanalisation – Fluss, See, Meer

b) Erhaltung des ökologischen Gleichgewichts-> Abwasserreinigung -> sauberes Wasser

-> Schlamm der stinkt-> Faulung -> geruchsneutral

c) Erhaltung von Freiheitswerten (Baden etc.)-> Desinfektion

d) Wertstoffrückgewinnung aus dem Schlamm -> CH4 (Biogasanlagen)-> Strom

Notiz: Abwasser lässt sich schlecht über längere Entfernung transportieren / leiten (biologische Prozesse im Abwasser…). Daher haben industrielle Unternehmen (hier: nicht in direkter Nähe zu einer Abwasserreinigungsanlage) oft eigene Reinigungsanlagen. Auch: finanzielle Vorteile.

1.2 Methoden der Abwasserreinigung Siehe Skript (Warum beschäftigt sich FM mit Abwassertechnik?)

1.3 Kreislauf des Wassers 11.10.06

Welche Größe bestimmt den Umfang der Abwasserreinigung?Gleichgewicht bezogen auf den O2-Gehalt:Luftsauerstoff

O2-Gehalt – O2-Verbrauch + O2-Zufuhr ≥ 0

O2-Gehalt ≈ 9 mg/l (20°C) = Sättigung (hier: LUFT und nicht reines O2)

O2-Gehalt ≥ 5-6 mg/l -> Forelle, Lachs (sauber)O2-Gehalt ≥ 2 mg/l -> Karpfen (schmutzig)O2-Gehalt ≥ 0,5 – 0,2 mg/l -> aerobe Bakterien

O2-Verbrauchsfaktoren:

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Stoffumsetzung durch Bakterien

(BSB5 = biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen)

Stoffumsetzung durch chemische Prozesse (GSB)

Sauerstoffbedarf von grünen Pflanzen bei Nacht

Sauerstoffbedarf durch Bodenschlamm

Sauerstoffbedarf durch biochemische Oxidation

von NH4 -> NO2 -> NO3 (Nitrifikation)

Sauerstoffbedarf von höheren Lebewesen (Fische, Krebse,…)

O2-Ausnahme: physikalische Belüftung

- Sättigung der Grenzschicht (sehr schnell)- Diffusion in tiefere Schichten (sehr langsam) (Zeitlicher Prozess: Sättigungsgefälle)Beschleunigung durch: Turbulenz (Wasserumwälzung z.B. in Flüssen)

biologische Belüftung- grüne Pflanzen(Folie Gütegliederung der Fliessgewässer)

1.4 Wassernutungen, Wasserbedarf

Trinkwasser Brauchwasser- Fäkalienwasser - Bewässerung- Kochen - Kühlwasser- Wäschen waschen - Produktion von Gütern- Körperpflege- Hausputz

Wasserbedarf:Personen (Einwohner) (ca. 130 l / Person / Tag) m³/dSpezieller Bedarf [l / (Einwohner x Tage)]Verteilung über den Tag [l / s, m³ / h]

18.10.06

2. Grundlagen der Kanalisation und Abwasserreinigung

2.1 Entwässerung

Trennkanalisation 1 Schmutzwasserkanal 1 Regenwasserkanal

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Mischkanalisation 1 Kanal für Schmutz- und Regenwasser

Teilentwässerung 1 Schmutzwasserkanal + Regenwasserversickerung

1 Regenwasserkanal + Abwasserreinigung + Versickerung

Nichtentwässerung Regenwasserversickerung + Abwasserreinigung + Versickerung

2.2 Abwasserreinigung

- Grobstoffe- Sand oder mineralisch absetzbare Stoffe mechanische - Öle, Fette -> Leichstoffe Abwasserreinigung- organisch absetzbare Stoffe(in allen Ländern möglich)

- Umwandlung der organisch gelösten Stoffe in organisch absetzbare Stoffe biologische Abwasserreinigung ( Bakterien, Biomassenaufbau)

(Anlagen nur in Ländern, wo es Strom gibt, wo man sich die Technik leisten kann; die Technik muss „idiotensicher“ sein)

- Umwandlung der anorganisch gelösten Stoffe in anorganisch gelöste Stoffe (N, P) chemische Reinigung durch chemische Fällung und Flockung (?) (bezieht sich nur auf Phosphatfällung)

=> 25.10.06

3. Kleinkläranlagen nach DIN

DIN = allgemein anerkannte Regel der Technik (a.a.R.d.T.) (DIN = Haftung/ Zivilrecht)

DIN 4261: KleinkläranlagenTeil 1: Abwasserreinigung ohne Abwasserbelüftung -> Anwendung + BetriebTeil 2: Abwasserreinigung mit Abwasserbelüftung -> Anwendung + BetriebTeil 3: Abwasserreinigung ohne Abwasserbelüftung -> Betrieb + WartungTeil 4: Abwasserreinigung mit Abwasserbelüftung -> Betrieb + Wartung

3.1 Abwasserreinigung ohne Abwasserbelüftung

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3.1.1 AnwendungsbereichAbwasserzufluss ≤ 8 m³/dTrennverfahren, kein Regenwasser≤ 50 EinwohnerKeine Einleitung von: Regenwasser, gewerbliches Abwasser,

landwirtschaftliches Abwasser, Kondensate aus Feuerstätten (CO2, HSO4-), Fremd- und Drainagewasser, Abwasser aus

Schwimmbecken

3.1.2 Begriffe Schmutzwasser: durch Gebrauch verunreinigtes Wasser

-> chemisch, biologisch, bakteriologisch, physikalisch (erwärmen)

Häusliches Schmutzwasser: … (Medikamente)

Gewerbliches Schmutzwasser: wegen z.B. hoher Konzentration Landwirtschaftliches Schmutzwasser: Gülle, Milch auch wegen hoher

Konzentration

3.1.3 Abwasserbehandlung und –einleitung

3.1.3.1 Abwasserbehandlung Mechanische Behandlung Absetzen + Aufschwimmen

- Ausnahmeregelung; keine Ableitungsmöglichkeit

Anaerobe Behandlung Ausfaulung von Abwasser und Schlamm; Teilreinigung; keine Direkeinleitung

Anaerobe; aerobe Behandlung Ausfaulgrube + Untergrundverrieselung - Ableitung möglich; aber i.d.R. nicht genehmigt

Ausfaulgrube + Filtergraben - Ableitung möglich; wenn Kontrollschacht vorhanden

Sonstige Nachbehandlung Muss im Einzelfall geprüft werden

3.1.3.2 AbwassereinleitungEinbringen in den Untergrund; - i.d.R. nur bei vorheriger Kontrolle

Ausreichender Abstand zum Grundwasser

Einleiten in ein oberirdisches Gewässer; - das Gewässer muss zur Aufnahme groß genug sein

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3.1.4 Bemessungsgrundlage

3.1.4.1 BemessungswerteEW = Einwohnwert (EW = EZ+EGW)

EZ = EinwohnerzahlEGW = Einwohnergleichwert -> aus Sondernutzungen z.B. Jugendherbergen

Schmutzwassermenge: 150 l/(E * d)Spritzwassermenge: 1/10 Qd

3.1.4.2 WohngebäudeWohnung > 50 m² 4 Einwohner

≤ 50 m² 2 Einwohner

3.1.4.3 Andere AnlagenInternate u.ä.: 1 Bett = 1-3 EGW (wegen Personal…)Campingplätze: 2 Personen = 1 EGWGaststätten: ohne Küche: 3 Plätze = 1 EGW

mit Küche: 1 Platz = 1 EGW

3.1.5 Allgemein Baugrundsätze 08.11.06

Einbaustelle:a) für Schlammsaugewagen zugänglichb) ausreichend Abstand zu Gebäuden wegen Geruchsbildung

Werkstoffe:a) Wasserdich -> wasserdichter Beton + Beschichtung, Kunststoff, (Gusseisen)b) korrosionsfest -> wasserdichter Beton + Beschichtung, Kunststoff, (Gusseisen)

Zu- und Ablaufleitung:a) ausreichendes Gefälleb) Leitungen müssen leerlaufen können

Be- und Entlüftung:a) Windrichtung beachten

3.1.6 Bemessung(nicht so interessant für uns)

3.1.6.1 Mehrkammerabsetzgruben300 l/E, mind. Aber 3000 lbis 4000 l -> Zweikammergruben 2/3 / 1/3 > 4000 l -> Dreikammergruben ½ / ¼ / ¼

Mehrkammerausfaulgruben1500 l/E, mind. 6000 l

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immer mind. Dreikammergruben

3.1.6.2 Filtergräben oder UntergrundverrieselungFilterlänge pro E- Kies + Sand 10 m/E- lehmiger Sand 15 m/E- sandiger Lehm 20 m/E

3.2 Kleinkläranlagen mit Belüftung

3.2.1 AnwedungsbereichWie Teil 1 50 E; 8 m³/l; häusl. Schmutzwasser

3.2.2 BegriffeWie Teil 1

3.2.3 Allgemeines- ausreichende Wartung z.B. durch Fachfirmen- Schlammbeseitigung regelmäßige Abfuhr- Dokumentation des Betriebes + Wartung

3.2.4 BaugrundsätzeWie Teil 1

3.2.5 Bemessung

3.2.5.1 BelüftungsverfahrenFrei schwebende Mikroorganismen (Schlamm)Einblasen von LuftsauerstoffSchlamm-Wasser-Trennung (Absetzbecken)SchlammrückführungRaumbelastung BTS ≤ 0,2 […]Schlammbelastung BTS <= 0,05 […]Mindestvolumen VBB >= 1 m³Sauerstoffgehalt C O2 BB >= 2 [mg O2/l] (C = Konzentration)

Raumbelastung BR [kg BSB5 / (m³BB * d)] ≤ 0,2Schlammbelastung BB [kg BSB5 / (kgB130 * d)] ≤ 0,05Mindestvolumen VBB [m³] ≥ 1Sauerstoffgehalt CO2 BB [mg O2 / l] ≥ 2

(im Einlauf Konzentration)

3.2.5.2 Tropfkörper – Tauchkörperverfahren- festsitzende Mikroorganismen auf Trägermaterial

-> Lavagestein; Kunststoffelemente)- Sauerstoffzufuhr durch freie Zirkulation der Luft (Verrieselung) - Schlamm-Wasser-Trennung (Absetzbecken)- Kreislaufpumpe

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Raumbelastung BR[kg BSB5 / (m³Fk * d)] ≤ 0,15 […]Mindestvolumen VTK [m³] ≥ 1 m³

Fächenbelastung BA[kg BSB5 / (m³Tk * d)] ≤ 0,004 […]Spezifische Fläche A [m²/h³] = 100-200 m²/m³Mindestfläche [m²] = 45 m²(Luft wird eingetragen durch ein – und auftauchen)

Absetzbecke:Verweilzeit tR ≥ 3,5 hOberfläche ANK ≥ 0,7 m²Wassertiefe hNK ≥1 mOberflächenbeschichtung fA [m³/(m²*h)] ≤ 0,3BB m²/

≤ 0,4TK m²Bakterien 15.11.06

Nährstoffe sind immer vorhanden Temperatur des Wassers liegt meistens bei ca. 6°C, kann aber im

Sommer auf bis zu 20°C warm werden Ph-Wert von ca. 6-9 dürfte für die Bakterien akzeptabel sein

3.3 Sonderverfahren

Membrananlagen Getauchtes Festbett(sehr gut und nicht viel Aufwand)

SBR-VerfahrenPhase 1: Halbvolles BBPhase 2: Fällen mit Belüftung; Kohlenstoffabbau; Nitrifikation NH4 -> NO3

Phase 3: Füllende; keine Belüftung; Rühren; anoxisches Milieu; Denitrifikation NO3 -> N2

Phase 4: kein Rühren; -> Absetzen der BiomassePhase 5: Abzug des gereinigten KlarwassersAb und zu Phase 6: Überschussschlamm abziehen -> Zulauf zur 3-Kammer- Ausfaulgrube

3.4 Schlammbehandlung

a) Primärschlamm aus dem Absetzteil Ausfaulen in der 3-Kammer-b) Sekundärschlamm aus der Biologie Ausfaulgrube

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-> Entsorgung über die kommunale Kläranlage

-> in Entwicklungsländern-> Polder -> Trockenbeete

(natürliche Trocknung + Kompostierung)-> landw. Verwertung

22.11.06

4. Teichanlagen (in Reihe geschaltet)

Vorschriften ATV (DWA) Arbeitsblatt A 201 (1989)-> allge. anerkannte Regel der Technik (aaRdT)

Elimination von Grobstoffen, absetzbaren Stoffen, Schwimmstoffen Elimination von Kohlenstoffverbindungen Elimination von Stickstoffverbindungen Elimination von Phosphorverbindungen Stabilisierung von Schlämmen

mehr Fläche und Zeit notwendig, für wenig entwickelte, warme, schwach besiedelte Regionen

Vorstufe ist immer eine 3-Kammer-Absetz- oder Ausfaulgrube (physikalisch).Teiche allge. große Oberfläche wg aeroben Milieus, aber nur geringe Tiefe, da sonst zu großer anaerober Bereich (?)

4.1 Absetzteich

Funktion: Absinken der feinen Schlammpartikel (Sedimentation)Ausfaulen des Bodenschlammes

Überwiegend anaerob. (physikalisch)

Bemessungskriterium: Durchlaufzeit; Schlammanfall (z.B. 5 Jahre)

4.2 Unbelüfteter Abwasserteich (manchmal 2 hintereinander)(Keine technische Belüftung, sondern Diffusion)

Funktion: biologische Reinigung! durch Mikroorganismenoben -> aerobes Milieu C-Abbau + Nitrifikation NH4 ->

NO3

mitte -> anoxisches Milieu (bisschen) Denitrifikation NO3 -> N2

unten -> anaerobes Milieu Teil-C-AbbauSchlammstabilisierung

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Bakterien wandeln biologisch gelöste Stoffe in Feststoffe um, die dann absinken.Nitrifikation -> entscheidend ist das Schlammalter (Bakterien vermehren sich alle 8 Tage)Denitrifikation -> kein freier Sauerstoff (anoxisch) & und Nahrung

Bemessungskriterium: BSB5- Flächenbelastung; geometrische Abmessung

4.3 Belüftete Teiche (evtl.)

(Künstliche Belüftung)-> zur Leistungssteigerung bei Platzmangel zur Erweiterung (wenn mehr Abwasser anfällt)Erst wird der Teich tiefer gemacht, weil wir es durch die Belüftung können und auch müssen, da sonst der Schlamm aufgewirbelt werden würde.Einblasen von Luft über einen in halber Wassertiefe hängenden porösen Schlauch.

4.4 Schönungsteich29.11.06

Geeignet für biologisch gereinigtes AbwasserSicherheitsfunktion und QualitätsausgleichNur natürliche Belüftung; überwiegend aerob

Bemessungskriterium:Durchflusszeit

4.5 Bemessung und Betrieb

Eingangsgrößen 60g BSB5 /(Exd) (-> wie viel Schmutz der Mensch insgesamt pro Tag hinterlässt)

150l/(Exd)Kein Regenwasser oder vorheriger Abschlag (-> vorheriges Ableiten des Regenwassers)

4.5.1 Absetzteiche

Spez. Volumen: VEW >= 0,5 m³/ERechn. Verweilzeit tR >= 1dGeometri. Abmessungen: Tiefe >= 1,5m

Länge : Breite 3 : 1Böschungsneigung <= 1: 1,5Freibord: ~ 0,3mEinlauf: QuerverteilungAuslauf: Rückhalt von Schwimmstoffen ->

TauchwandUmgehung: für den Fall des Schlammräumens

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4.5.2 Unbelüftete Teiche

Spez. Oberfläche: AEW >= 10m²/EDurchflusszeit tR >= 20dGeometrische Abmessung: Tiefe ~ 1,0mSonstige Abmessung: wie vorherZu- und Ablauf: wie vorher

4.5.3 Belüftete Teiche

BSB5-Raumbelastung: BR <= 25g BSB5/(m³xd)Tiefe 1,5 – 3,5mSauerstofflast OB >= 1,5kg/kg BSB5

Energiedichte WR ~ 1 – 3W/m³

4.5.4 Schönungstiefe

Verweilzeit tR ~ 2 – 5dTiefe 1 – 2m

06.12.06Teichanlagen kombiniert mit Tropfkörper (oder im getrentem Becken Tauchkörper)Zw. Absetzteich und unbe. Teich wird eine Pumpe zwischengelegt, die das Wasser hochpumpt und es über einen Tropfkörper tropfen lässt. So wird das fast sauerstofflose Wasser fast Sauerstoff-gesättigt.BakterienbettAber im ersten unbe. Teich sammelt sich auch mehr Schlamm an.

Bemessungsdaten:Raumbelastung BR <= 0,4 kg BSB5/(m³ x d) -> Kohlenstoffelimination

BR <= 0,2 -> einschl. NitrifikationTropfkörperhöhe H = 3 – 4,5 m Rücklaufverhältnis ~ 100%

5. Pflanzenkläranlagen

5.1 Grundprinzipien

Mechanische Grobreinigung -> 3-Kammer-Ausfaulgrube

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+ Ausfaulung des Primärschlammes

Kein Teich, sondern ein mit Pflanzen besetzter überstauter Bodenkörper; Filterwirkung im Bodenkörper (-> mechanisch).

Biologische Kohlenstoffelimination -> Mikroorganismen in einem getauchten Festbett (Wurzeln + Bodenmaterial)Teilweise N+P-Elimination durch Pflanzenwachstum; jahreszeitabhängig (unterschiedlich viel Sonne -> unterschiedliches Wachstum)

5.2 Verfahrensvarianten

Krefelder System (nach Käthe Seiden)- Binsen-Schilf-Anlage bestehend aus mehreren Becken mit Filterwirkung- teilweise vertikale Durchströmung und teilweise horizontal- nicht bindiger Boden (kein Zusammenhalt da kein Ton oder Kalk

System Wurzelraumentsorgung (nach Kickuth)- mit Pflanzenbesetzter Bodenkörper – eine zusammenhängende Fläche- horizontal durchflossen- bindiger Boden

System (nach Mettmann)- hydrobotanische Anlage mit mehreren Segmenten teilweise überstaut- horizontal durchflossen- nicht bindiger Boden

5.3 Anwendungsbereich

i.d.R. bis 50 E, 8 m³/dEinleitung nur von häuslichem AbwasserKein Regenwasser, Fremdwasser, gewerbliches Abwasser

5.4 Abwasservorbehandlung

zur Einleitung der Grobstoffe 3-Kammer-Absetzgrube oder Ausfaulgrube

5.5 Allgemeine Planungs- und Baugrundsätze

EinbaustelleFür Saugewagen zugänglich (3-KFG)Ggf. Bodenaustausch (Pflanzenbeet)Schutz vor unbefugtem Zugang (Krankheitserreger, ertrinken)Keine Beeinträchtigung von Nachbarn durch Geruch

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Schutz des UntergrundesAbdichtfolie, wurzelfestNatürliche Bodendichtung kf-Wert < 10 -9 m/s

Abwasserverteilung, FrostschutzEin- und Auslaufbereich durch Steinschüttung schützenEinlauf quer verteilen

Probenahme und MengenmessungFreie Zugänglichkeit zum Ablaufschacht

5.6 Bemessung

Krefelder System: 5 m²/EWurzelraum: 5 m²/EMettmann: 10 m²/ETiefe: 0,6 – 1,0 m Länge : Breite = 2,5 : 1Pflanzenbesatz: 4 Stück / m²

5.7 Genehmigung

Genehmigung durch die untere Wasserbehörde Kreis im Einzelfall (Entscheidung fällt individuell, da

keine DIN Stadt für Pflanzenkläranlagen)

Gesetzesgrundlage: Landeswassergesetz -> Wasserhaushaltsgesetz (WHG)

5.8 Reststoffentsorung

Abfuhr des Schlammes aus der 3-KFG KläranlagePflanzenschnitt Kompostierung

7. Regenwasserversickerung

7.1 Allgemeines

Eingriff in natürlichen Wasserhaushalt-> höhere Abflussereignisse -> Überschwemmungen -> durch höheren Versiegelungsgrad

Abhilfe:- Ableiten über natürliche Gewässer- künstliche Versickerung mit und ohne Zwischenspeicher

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Vorschriften: DWT/ATV – A 138

7.2 Rechtliche Aspekte

Wasserhaushaltsgesetz -> Landeswassergesetz -> behördliche Genehmigung zur Einleitung von Regenwasser in ein öffentliches Gewässer

-> Baugesetzbuch: Pflicht zu Prüfung, ob Regenwasser versickert werden kann-> Ortssatzung: Anschluss- und Benutzungszwang

7.3 Voraussetzungen

- ausreichende Durchlässigkeit des UntergrundesKf-Wert 10-2 – 10-6 m/s

- ausreichender Abstand zum Grundwasserspiegeli.d.R. 1 bis 2 m mindestens

- natürliche Fließgeschwindigkeit des Grundwassers (zu schnell fließendes Wasser wird nicht auf natürlichem Wege gereinigt)

Kf-Wert: Grobkies: 10-1 bis 10-2

Mittelsand: 10-4

Sand+Schluff: 10-6

Schlussiger Ton: 10-10

7.4 Verfahrensvarianten

Flächenversickerung -> Zweitnutzung -> Bodenpressung + Durchlässigkeit kombinieren

Muldenversickerung -> Speicherfunktion + Versickerung (offener Speicher)

Rigolenversickerung -> unterirdischer Speicher + Versickerung-> Rohrversickerung-> Schachtversickerung

Abwasser im FM : - Tropenkrankenhäuser

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- Seuchen (Tuberkulose)- Strahlenkliniken (wenn mit radioaktivem Material gearbeitet wird, muss Abwasser so lange gelagert werden, bis Strahlung abgeklungen ist)

Was ist im Abwasser?- biologische Stoffe (Kohlenstoffe) -> Bakterienvermehrung- Grobstoffe (Ungeziefer)- mineralische Stoffe (nicht abbaubar)

- Salze -> Algenwachstum (Gewässer kippen nachts um / Sauerstoff-Mangel)

- Phosphate -> Algenwachstum (Gewässer kippen nachts um / Sauerstoff-Mangel)

- Stickstoff

- Verfahren- Tropf- / Tauchkörperverfahren nach DIN- Belebungsverfahren (Belebschlammverfahren)- Teiche- Pflanzenkläranlage

- Kohlenstoffe über Mikroorganismen umgewandelt-> es entsteht CO2 + Wärme + Wasser

- im Belebungsverfahren als Schwebteile- im Tropf- / Tauchkörperverfahren am Trägermaterial- im Teich am Boden und hauptsächlich in der Wasserphase- in Pflanzenkläranlagen am Boden und am Wurzelwerk (schwebende Einzelbakterien)

- künstliche O2-Zufuh nötig:- im Belebungsverfahren -> Einblasen über Boden- Tropfverfahren-> durch Bewegung des Wassers durch die Luft- Tauchkörperverfahren -> durch Bewegung der Tauchkörper- Teiche -> durch Oberfläche

- immer 3-Kammer-Absetzgrube vorausgesetzt (Grobstoffe)

- Phosphatbeseitigung -> chemische Fällung (Einsen-Salze)- Stickstoff (am Harnstoff NH4 (Ammonium))

-> nitrifizierende Bakterien (langer Vermehrungsprozess, lange Verweilzeit)

-> Nitrat entsteht

- Nitratbeseitigung -> anoxisches Mileau -> Bakterien vernichten NO2 / NO3 zu N2 und O2

- Nährsalze / Keime bleiben über(in Krankenhäusern) -> Desinfektion- Erhitzung 70°C bzw. Abkochen

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- UV-Bestrahlung (Protophasen-Beschädigung)- Chlorierung -O3 (aufwendige, teure Erzeugung)- bei Trinkwasser -> Silbertabletten- Langsamsandfiltration

- Reststoffe -> -> Wegbringen zur Verbrennung oder in Großkläranlagen-> oder trocknen lassen-> Teiche ausbaggern-> Pflanzenkläranlage -> Schlamm wird als feine dispense Stoffe mit dem Wasser mitgeführt

Überbelastung bei Teichen und Pflanzenkläranlagen beachten

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