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):
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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“:
Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung
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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
Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung
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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
35 Dr.-Ing. O. Sterger: Ü #03 Abwasserbehandlung
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
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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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