Abwasser- kläranlageneinlauf in seen / eutrophierung

Thema: Eutrophierung von Seen durch Abwasser- und Kläranlageneinlauf       Worterklärung   Eutrophierung: [grieschich]; Überdüngung; Nährstoffzunahme eine Gewässers, ist u. a. ein natürlicher Prozess der durch den Menschen stark beschleunigt werden kann, hierfür kann vornehmlich das Einleiten von Abwasser und das Einschwemmen von Düngemitteln als Grund angesehen werden; die Eutrophierung führt zu einer Veränderung der Lebensgemeinschaft in einem See, so kann eine übermäßige Vermehrung von bestimmten Pflanzen und tierischem Plankton bei bestimmten Bedingungen das sogenannte "Umkippen eines Sees" zur Folge haben   Ablauf: Kommt aus dem Bereich des Baus und stellt eine Einrichtung dar, welches u. a. Flüssigkeiten von einem System in ein anderes transportieren kann   Kläranlagenablauf: behandeltes ehemaliges ´Abwasser`, welches in einem Klär werk gereinigt wurde und mittels eines Vorfluters in natürliche Gewässer wie Seen und Fließgewässer geleitet wird   Abwasserablauf: transportiert Schmutzwasser mit unterschiedlicher Beschaffenheit/Inhaltsstoffen, gelangt zum Teil unbehandelt in natürliche Gewässer                       Inhalt:   1.      Einleitung 2.

      Funktionsweise einer modernen Kläranlage 3.      Eutrophierung 4.      Zusatzinformationen 5.      Was kann man gegen eine Eutrophierung tun 6.      Ende                               1 Einleitung: Vorgeschichte: Geht man an einem Hochsommertag am Wöhrder See spazieren, macht die "Wasserfläche" vor allem des Unteren Sees mehr den Eindruck einer großen, wogenden Wiese. Zwischen dem dichten "Pflanzenteppich" hängt allerlei Unrat - Flaschen, Plastikfolien, Styroporstücke - eindrucksvolle Beweise für die negative Einstellung oder Gedankenlosigkeit mancher Mitmenschen gegenüber der Natur (was an Müll am Grund liegt, fällt erst nicht so auf).

Ein einziges Boot rudert höchst mühsam durch dieses dichte Gewirr von Laichkräutern und Algen. Ein modriger Geruch weist auf beginnende Fäulnisprozesse hin. Der Tretbootsverleih vor dem Norikus-Hochhaus hat geschlossen. Wer möchte auch hier jetzt "herumgondeln"? Der Stoffkreislauf im Ökosystem See ist gestört. Wasser als Gebrauchsgegenstand: -         um den Vortrag zu verstehen muss man das Problem der E. ganz am Ursprung packen: am Menschen selber, der ein Verbraucher ist -         der Mensch besteht 60% aus Wasser trinkt selbst ca.

3 Liter und scheidet diese aus, ähnlich ist dies auch bei Tieren -         darüber hinaus nutzt der Mensch Wasser: Kochen, Wäschewaschen -         Schätzungsweise 200 Liter Pro-Kopf-Verbrauch -         Folie 1 -         Demgegenüber steht die Industrie, die wiederum große Mengen an Wasser verbraucht   Siehe auch Handout       % Gesamtabwasseranfall 100 Kommunales Abwasser 32 Industrieabwasser (ohne Kreislaufwasser) 47 Landwirtschaftliches Abwasser 1 Regenwasserabfluss aus dem kanalisierten Gebiet 20 Kommunaler Abwasseranfall 100 Häusliches Schmutzwasser 50 Fremdwasser 14 Industrielles und gewerbliches Abwasser 36         2 Funktionsweise einer (modernen) Kläranlage: -         kommunale Kläranlagen kombinieren die mechanische Reinigung mit einer sehr effizienten biologischen und sowie chemischen Klärung der Abwasser (3-stufige)   1. Stufe (physikalische): -          Abwasser - mittels Pumpen in den Rechen-/Siebebereich - Grob- und/ oder Feinrechen "durchgesiebt". Alle Schmutzpartikel, die größer als die Abstände zwischen den Rechenstäbe sind, werden aussortiert. -          Sandfang wird Sand abgesondert. Der Sand ist im Abwasser, da die Kanäle überwiegend unterirdisch verlegt sind, und durch Undichtigkeiten immer Sand mit in das Wasser gelangt. -          Öl- und Fettabscheider -          Schmutzwasser in die Vorklärung.

Hier wird durch eine einfache Sedimentation (Absetzvorgang) der Schlamm aus den Wasserstrom entnommen. Etwa 30 % der organischen Belastung können damit entfernt werden. Es entsteht "Primärschlamm", der weiter zu behandeln ist. Bei modernen Anlagen mit Stickstoffentfernung entfällt dieser Anlagenteil oft oder ist klein bemessen, da die organische Belastung des Abwassers als Kohlenstoffquelle zur Stickstoffentfernung (Reduktion des NO3 zu N2) im anoxischen Teil resp. der anoxischen Phase der biologischen Stufe benötigt wird. Ebenso wird dieser Anlagenteil bei Kläranlagen mit simultaner, aerober Schlammstabilisierung in der biologischen Stufe nicht verwendet, da sonst weiterhin nicht stabiliserter Primärschlamm anfallen würde.

  Danach fließt das Abwasser in das Kernstück einer Kläranlage, die biologische Stufe (2. Stufe): -          Sie besteht aus Belebungsbecken, Nachklärbecken und neuerdings auch aus dem Bio-P-Becken. -          Die Belebungsbecken sind in einen unbelüfteten und einen belüfteten Teil gegliedert, zwischen denen das Abwasser zirkuliert und durch Bakterien und viele Mikroorganismen die im Belebtschlamm leben, biologisch gereinigt wird. -           Neben organischen Kohlenstoffverbindungen werden auch Stickstoff (im Belebungsbecken) und Phosphor (im Bio-P-Becken) reduziert.  Unter anaeroben Bedingungen wird unter anderem Phosphor abgebaut. wird eine Phosphorreduzierung bis zu 80% erreicht.

Aber Vorsicht: Die Abscheidung von Phosphor (Im Bio-P- Becken) aus dem Abwasser wird nicht mittels Organismen bewerkstelligt, sondern mit Hilfe chem. Reaktionen (Fällungsreaktionen) -> daher gehört die Phosphorabscheidung eher in den Bereich der 3. Stufe. Biologiebecken (Belebungsbecken) Durch Belüften von Bakterienschlämmen werden Abbauprozesse zur Entfernung von (gelösten) Abwasserinhaltsstoffen vorgenommen. Durch die Zugabe von Fällmitteln kann mittels chemischer Reaktionen zum Beispiel der Nährstoff Phosphor entfernt werden. Dies verbessert auch die Absetzeigenschaften des Belebtschlammes im Nachklärbecken.

Der Nährstoff Stickstoff wird durch Nitrifikation (biologische Oxidation von Ammonium zu Nitrat unter Beisein von Sauerstoff) und Denitrifikation (Reduktion von Nitrat zu elementarem Stickstoff unter Abwesenheit gelösten Sauerstoffs) entfernt.   -          Das Belebtschlammverfahren beruht auf Abbauvorgängen, wie sie in jedem Gewässer ablaufen - in der Kläranlage erfolgt das jedoch in einer deutlich höheren Intensität. In der Nachklärung werden die Mikroorganismen als Belebtschlamm durch Sedimentation vom gereinigten Wasser getrennt.   Nachklärbecken Das Nachklärbecken bildet eine Prozesseinheit mit dem Belebungsbecken. In ihm wird der Bakterienschlamm (Belebtschlamm) durch Absetzen aus dem Abwasser abgetrennt. Der Schlamm wird in das Belebungsbecken zurückgeführt.

Der Belebtschlamm muss daher gute Absetzeigenschaften aufweisen. Ist dies nicht der Fall (z.B. durch massenweises Wachstum fadenförmiger Mikroorganismen, Blähschlammbildung) treibt der Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken in das Gewässer ab. Damit wird nicht nur das Gewässer beeinträchtigt. Da nicht genug Schlamm im System Belebungsbecken/Nachklärbecken gehalten werden kann, sinkt die Reinigungsleistung.

Das Schlammalter, d.h. die mittlere Aufenthaltsdauer der Biomasse im System, nimmt ab. Zuerst sind daher von einem derartigen Versagen die langsam wachsenden Bakterien (z.B. die Nitrifikanten, die Ammonium zu Nitrat umbauen) betroffen.

Besonders leicht abbaubares Abwasser (z.B. aus der Lebensmittelindustrie) neigt zur Blähschlammbildung. Die Vorschaltung kleiner, nicht oder gering belüfteter Becken vor dem Belebungsbecken (Selektoren) kann die Blähschlammbildung vermeiden. Der durch den Abbau der Abwasserinhaltsstoffe entstehende Biomassezuwachs (der Überschussschlamm) ist zu entsorgen. 3.

Chemische Stufe: -          (da durch die biologische Klärung das Phosphat nicht vollständig entfernt werden konnte) je nach P-Belastung mit einem Aluminium-Fällmittel behandelt. Phosphatfällung nachgeschaltet. Metallsalze (oder Kalke) gehen dabei mit dem Phosphor eine unlösliche Bindung ein, die sich als grobe Flocken im Nachklärbecken absetzen. -          Stickstoffelimination: Nitrifikation und Denitrifikation -          zuerst Nitrifikation: Ammonium zu Nitrat -          dann Denitrifikation: Nitrat zu elementaren N², das N² entweicht daraufhin in die Atmosphäre     Aus den Nachklärbecken fließt das gereinigte Wasser in den sogenannten Vorfluter. Ein Vorfluter ist ein Gewässer, in das gereinigte Abwasser eingeleitet wird. Dies kann ein Fluß, ein See oder ein Meer sein .

Pumpen fördern den Schlamm aus den Nachklärbecken zurück zum Bio-P-Becken oder ins Belebungsbecken, wo mit frischem Abwasser vermischt der Reinigungszyklus erneut beginnt. Da bei der Reinigung natürlich auch Schmutz in Form von Schlamm anfällt, wird dieser überschüssige Schlamm dem Kreislauf nach Bedarf entnommen. Neben Rechengut und Sand fällt somit auf einer Kläranlage als "Abfallprodukt" hauptsächlich Schlamm an. Dieser wird abgezogen, teilweise auch entwässert und in den Faulturm gefördert. Unter Luftabschluss und bei ca. 33 - 35 o C fault der Schlamm dort aus und es entsteht letztlich u.

a. Methangas, das oft in BHKW-Modulen für die Energieversorgung der Anlage eingesetzt wird. Der ausgefaulte Schlamm wird im Nacheindicker zwischengespeichert und kann als Nassschlamm oder, wie heute üblich, in entwässerter Form als Dünger in der Landwirtschaft oder als Bodenverbesserer im Landschaftsbau verwendet werden.   Reinigungsprozesse Physikalische Verfahren bilden zumeist die erste Reinigungsstufe. Hier werden ca. 20-30 % der festen Schwimm- und Webstoffe entfernt.

In der weitergehenden Abwasserreinigung und der Industriewasserwirtschaft werden unter anderem Adsorption, Filtration und Stripping eingesetzt. Biologische Verfahren werden in der zweiten Reinigungsstufe kommunaler Abwasserreinigungsanlagen und für den Abbau org. hochbelasteter Abwässer in der Anaeroben Abwasserreinigung eingesetzt. Sie verwenden mikrobiologische Abbauvorgänge. Dabei sollen abbaubare organische Abwasserbestandteile möglichst vollständig mineralisiert werden, d.h.

bis zu den anorganischen Endprodukten Wasser, Kohlendioxid, Nitrat, Phosphat und Sulfat in der aeroben, bzw. organische Säuren und Methan in der anaeroben Abwasserreinigung umgewandelt werden. Üblicherweise werden damit die Kohlenstoffverbindungen aus dem Abwasser entfernt Chemische Verfahren bedienen sich chemischer Reaktionen wie Oxidation und Fällung. Sie dienen in der kommunalen Abwasserreinigung vor allem der Entfernung von Phosphor durch Fällungsreaktionen. Dieser Prozess hat große Bedeutung zur Vermeidung der Eutrophierung der Vorflut. Zudem werden chemische Verfahren zur Fällung in der Industriewasserwirtschaft und zur weitergehenden Abwasserreinigung (z.

B. Flockung/Fällung/Filtration) eingesetzt. . Ebenso erfolgt die Entfernung von organischem Stickstoff und Ammonium durch biologische Nitrifikation und Denitrifikation.                               Prozess Kläranlagenkomponente Zweck   Chemische Verfahren Flockung Flockungsbecken Entfernung von Kolloidstoffen und feinen Schmutzpartikeln durch Flockungsmittelzugabe bzw. Einstellung des pH-Wertes Neutralisation/pH-Wert Einstellung Neutralisationsbecken Einstellung des gewünschten pH-Wertes durch die Zugabe von Säure oder Base.

Fällung Fällungsbecken Ausfällung von Phosphationen (PO43-) mit Eisen- und Aluminiumsalzen Simultanfällung Belebungsbecken/Nachklärbecken Entfernung von Phosphor durch Eisen- bzw. Aluminiumzugabe zum Belebtschlamm. Vorfällung Mischbecken/Vorklärbecken Entfernung von Phosphor durch Eisen- bzw. Aluminiumzugabe vor dem Vorklärbecken. Nachfällung Mischbecken/Absetzbecken nach dem Nachklärbecken Entfernung von Phosphor durch Eisen- bzw. Aluminiumzugabe vor dem Vorklärbecken.

Chemische oder physikalische Oxidation Sonderbecken Zerstörung biologisch nicht abbaubarer organischer Verbindungen z.B. durch Ozon oder UV-Licht. Gegebenenfalls mit dem Ziel, die Reste biologisch abbauen zu können (z.B. Entfärbung von Abwasser) Desinfektion Sonderbecken Entkeimung durch Chlor- oder Ozonzugabe oder durch UV-Bestrahlung                           biologische Verfahren: Prozess Kläranlagen-komponente Zweck Biochemische Oxidation Belebtschlam-mverfahren, Tropfkörper Aerober Abbau organischer Bestandteile zu anorganischen Endprodukten (H2O, CO2, NO3-, N2, PO4---, SO4--) durch Belebtschlämme (Belebungsbecken) bzw.

Bakterienrasen (Tropfkörper). Durch geeignete Betriebsführung bei Belebungsanlagen kann die Phosphoraufnahme in die Biomasse optimiert werden (Bio-P). Somit ist weniger Fällmittel zur Phosphorelimination erforderlich.Grundsätzliches Ziel ist stets, zu entfernende Abwasserinhaltsstoffe durch biologische Prozesse (Veratmung, Biomassewachstum) in Formen zu überführen, die durch Sedimentation oder Stripping (gasförmiges Austreiben) aus dem Abwasser entfernt werden können und zudem möglichst unschädlich sind. Schlammfaulung Faulturm Anaerober Abbau organischer Bestandteile des Primär- bzw. Überschusschlammes zu anorganischen Endprodukten: Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Ammoniak (NH3)   Anaerobe Abwasserreinigung Reaktor Anaerober Abbau organischer Bestandteile zu anorganischen Endprodukten: Schwefelwasserstoff (H2S), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Ammoniak (NH3).

Besonders für organisch hochbelastete Abwässer geeignet (z.B. Lebensmittelindustrie, Tierkörperbeseitigung).           3 Eutrophierung: -         in chemisch reinem Wasser können keinerlei Lebewesen existieren. -         damit Pflanzen wachsen können (und dadurch auch andere Lebewesen eine Lebensgrundlage haben) muß das Wasser neben Kohlendioxid ein Mindestmaß an gelösten Mineralstoffen enthalten, vor allem Phosphor-, Stickstoff- und Kaliumverbindungen. Sie sind die wichtigsten Pflanzennährstoffe (deshalb auch die wirksamen Bestandteile von Dünger aller Art).

Nach dem Gehalt an diesen düngenden Mineralstoffen unterscheidet man grob drei Gewässertypen oligotrophe Gewässer= geringer Nährstoffgehalt z.B. Gletscherseen und Oberläufe der meisten Gebirgsbäche, viele Seen in Skandinavien. mesotrophe Gewässer= mittlerer Nährstoffgehalt z.B. die meisten oberbayerischen Seen eutrophe Gewässer= hoher Nährstoffgehalt fast alle Gewässer in dicht besiedelten oder landwirtschaftlich intensiv genutzten Regionen, also auch fast die gesamte Pegnitz einschließlich Wöhrder See   -         dabei richtet sich das Pflanzenwachstum nach demjenigen Nährstoff, der in der geringsten Menge vorhanden ist.

Gesetz des Minimum -          In naturbelassenen (nicht vom Menschen beeinflußten) Gewässern ist dieser das Wachstum begrenzende Faktor fast immer der Gehalt an Phosphat. à starke Bedeutung von Phosphateintrag!!!!!!!!!!!!!!!!! - Die Planktonalgen benötigen als Nährstoffe Stickstoff(N)- und Phosphor(P)-verbindungen im Verhältnis N:P wie 16:1 -         steigende Eutrophierung (vom oligotrophen See ausgehend): nimmt der Bestand an Lebewesen zu (gemessen nach Arten- und Individuenzahlen), mit ihnen steigt aber auch der Bedarf an wassergelöstem Sauerstoff.   photosyntheseaktive Arten treten in großer Menge nur im Epilimnion auf, dazu auch nur nahe der Seeoberfläche und da es in stehenden Gewässern im Sommer kaum eine Wasserumwälzung gibt, geht ein hoher Anteil des gebildeten Sauerstoffs direkt an die Atmosphäre verloren.   Die Eutrophierung eines Gewässers 1.      Stufe: Das Wasser ist quellrein; Gewässergüteklasse I    In einem ganz sauberen Gewässer leben Tiere und Pflanzen in relativ geringer Zahl miteinander:       Tiere Pflanzen Fische, kleine Wassertiere (Krebse, Schnecken, Fliegenlarven) Wasserpflanzen (z.B.

Seerose, Wasserpest, Laichkraut)  Zooplankton (mikroskopisch kleine Tierchen, z.B. Wimpertierchen)  Phytoplankton (mikroskopisch kleine Pflanzen, z.B. Algen)  Konsumenten: konsumieren  pflanzliches Material und Sauerstoff  Produzenten: liefern Nahrung und produzieren Sauerstoff  In Wasser mit der Gewässergüteklasse I ist viel Sauerstoff im Wasser gelöst. Die Nahrungskette sieht folgendermaßen aus:   Fisch  -->  frisst   -->   Krebs   -->   frisst   -->   Wimpertier   -->   frisst   -->   Algen -         Destruenten (z.

B. Bakterien) ernähren sich von Kadavern -         zersetzen abgestorbene Lebewesen und daraus wieder Nährstoffe bilden, organisch zu anorganisch : benötigen sie Sauerstoff. -         in sauberen Gewässer gibt es allerdings nur wenige Bakterien, da nur wenige Lebewesen sterben. Es herrscht ein ökologisches Gleichgewicht:  

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