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Biologische Reinigung

Kleinkläranlagen

In der biologischen Reinigungsstufe, dem Kernstück jeder Abwasserreinigungsanlage, passiert im wesentlichen nichts anderes als bei der natürlichen Selbstreinigung der Gewässer. Mikroorganismen -hauptsächlich Bakterien – "fressen" den Schmutz. Teilweise wird dieser zu Wasser und Kohlendioxid abgebaut, teilweise zu Biomasse (je nach Anlage Schlamm oder biologischer Rasen) umgewandelt. Dazu ist eine bestimmte Verweilzeit des Abwassers in der Anlage notwendig. Während dieser Zeit müssen sich die Mikroorganismen in innigem Kontakt mit dem Abwasser befinden und mit Sauerstoff versorgt werden.

Die entstehende Biomasse wird bei fast allen Anlagentypen in einem gesonderten Nachklärbecken durch Absetzen vom gereinigten Abwasser abgetrennt. Durch den ständigen Zuwachs der Biomasse entsteht im Laufe der Zeit ein Überschuß, der regelmäßig aus dem System entfernt werden muß. Frist durch einen Befugten zu entsorgen oder kann gegebenenfalls nach Stabilisierung verwertet werden.

Die Bemessung ist in der ÖNORM B2502-1 festgelegt.

Belebungsanlagen mit Durchlaufbetrieb

Belebungsanlagen mit Durchlaufbetrieb bestehen im wesentlichen aus einem - fallweise auch zwei - Belebungsbecken mit der Belüftungseinrichtung, dem Nachklärbecken mit Schlammrückführung und einem separaten oder integrierten Schlammspeicher. Das allenfalls vorgeklärte Abwasser wird zuerst ins Belebungsbecken eingeleitet, wo es durch frei im Abwasser schwimmende Bakterienflocken gereinigt wird. Die Sauerstoffversorgung erfolgt durch Einblasen von Luft mittels Gebläse, wodurch gleichzeitig eine Durchmischung des Beckeninhaltes bewirkt wird.

Anschließend muß in einem Nachklärbecken der entstehende Schlamm vom gereinigten Abwasser abgetrennt werden. Ein Großteil des Schlamms wird zur Anreicherung des Belebungsbeckens in dieses zurückgeführt. Das gereinigte Abwasser kann frei auslaufen. Der Überschußschlamm wird entweder in einen eigenen Schlammspeicher gepumpt oder -soweit diese ausreichend bemessen ist - in der Anlage belassen.

Der Überschußschlamm wird in vielen Kleinkläranlagen im Vorklärbecken zwischengespeichert. Dort vermischt er sich mit dem nicht stabilisierten Primärschlamm (Schlamm aus dem Rohabwasser). Dieses Schlammgemisch ist nicht stabilisiert und muß periodisch entfernt und entsorgt werden. Daher sind Anlagen mit getrennter Schlammspeicherung vorzuziehen.

Erforderliche Mindestwartung: Täglich ist zu kontrollieren, ob die Sauerstoffversorgung funktioniert. Ein- bis viermal monatlich müssen bestimmte Abwasseruntersuchungen (z.B. Gehalt an absetzbaren Stoffen und Ammonium) zur Überprüfung des Wirkungsgrades vom Betreiber selbst durchgeführt werden. Ein- bis zweimal jährlich muß ein Gutachten über die Ablaufqualität erstellt werden (Fremdüberwachung). Zweckmäßig ist es, die ebenfalls ein- bis zweimal jährlich notwendige Überprüfung des Anlagenzustandes gleichzeitig mit der Fremdüberwachung durchführen zu lassen.

Dabei sind die für den Betrieb der Abwasserreinigungsanlage wesentlichen Anlagenteile bzw. Funktionen (z.B. Beschickungs- und Verteilereinrichtungen, Belüftungsaggregate, Schaltintervalle, Alarmeinrichtungen, Belebtschlammgehalt, Sauerstoffeintrag, Nachklärung) auf ihren Bauzustand bzw. ihre Betriebsfähigkeit zu untersuchen. Ein- bis zweimal pro Jahr muß der Überschußschlamm entsorgt werden.

Bewertung:
Vorteil der Anlagen: Bei gleichmäßiger Beschickung mit vorwiegend häuslichem Abwasser ist bei normgemäßer Bemessung und ordnungsgemäßem Betrieb normalerweise eine ausreichende Abwasserreinigung sichergestellt.
Nachteil der Anlagen: Sie sind, wenn keine Vorreinigung vorhanden ist, sehr empfindlich gegen Stoß-Belastungen. Eine weitere Schwachstelle kann die Rückführung des Schlammes aus dem Nachklärbecken in das Belebungsbecken sein. Der Energiebedarf für die Belüftung wirkt sich deutlich in den Betriebskosten aus.
Belebungsanlagen mit Aufstaubetrieb

Bei Belebungsanlagen mit Aufstaubetrieb sind die oben beschriebenen Komponenten (Belebungsbecken und Nachklärbecken, fallweise auch Vorklärbecken) in einem Becken vereinigt. Was in der Durchlaufanlage räumlich getrennt ist, erfolgt in Aufstauanlagen durch zeitliche Staffelung. Das geht so vor sich: Das gegebenenfalls vorgeklärte Abwasser wird in das Becken eingeleitet und gemeinsam mit dem vorhandenen Belebtschlamm belüftet. Nach einer gewissen Zeit - meist in der Nacht - wird die Belüftung ausgeschaltet. In dieser Belüftungspause setzt sich der Schlamm ab, danach wird das überstehende Klarwasser abgepumpt. Anschließend wird der Zyklus von vorne wieder begonnen.

Eine Normung für diese Anlagen gibt es noch nicht, sie ist in Arbeit. Dennoch sind am Markt Anlagen mit hoher Betriebssicherheit erhältlich.

Erforderliche Mindestwartung: Im wesentlichen gleich wie bei der Belebungsanlage mit Durchlaufbetrieb. Wegen der jedoch vergleichsweise unkomplizierten Bauart ist die Funktionskontrolle bzw. die Überprüfung des Anlagenzustandes einfacher.

Bewertung:
Vorteil der Anlagen: Errichtung, Betrieb und Wartung der Anlagen sind einfach. Eine große Betriebssicherheit ist u. a. wegen der guten Abpufferung der Tagesspitzen im Abwasserzulauf gegeben. Der Belebtschlamm bleibt immer zur Gänze im gleichen Becken, er braucht nicht zurückgeführt werden. Es sind immer ausreichend Mikroorganismen für die Reinigung vorhanden. Durch die hohe Aufenthaltszeit des Schlammes ist er weitgehend stabilisiert. Der anfallende Überschußschlamm kann unter bestimmten Rahmenbedingungen verwertet werden.
Nachteil der Anlagen: Der Energiebedarf für die Belüftung wirkt sich deutlich in den Betriebskosten aus. Je nach Belastbarkeit des Gewässers, in welches das gereinigte Abwasser eingeleitet wird, kann die stoßweise Ableitung problematisch sein. Eine weitere Anlagenkomponente zur Vergleichmäßigung der Ablaufmengen kann erforderlich werden.
Getauchte Festbettanlagen

Festkörperanlagen unterscheiden sich von den Belebungsanlagen im wesentlichen dadurch, daß die Mikroorganismen nicht frei im Becken schwimmen, sondern als sogenannter ,,biologischer Rasen" auf einem Trägermaterial fixiert sind. Gleich ist, daß sich die Mikroorganismen im engen Kontakt mit dem Abwasser befinden und belüftet werden müssen. Eine ausreichende Vorklärung ist unverzichtbar. Für die Bemessung dieser Anlagen gibt es bisher keine Norm.

Das zu Packungen verbundene Trägermaterial, von dem zahlreiche Varianten am Markt angeboten werden, befindet sich überstaut im Abwasser. Die Druckbelüftung ist unterhalb des Festbetts angeordnet. Sie bewerkstelligt neben der Sauerstoffversorgung gleichzeitig das Umwälzen des Abwassers und das Freispülen des Trägermaterials vom Überschußschlamm. Da die Gefahr besteht, daß die Elemente zuwachsen und dadurch verstopfen, ist das Zusammenwirken von Füllmaterial, Belüftungseinrichtung und Tragkonstruktion ebenso wie die gute Vorreinigung des Abwasser von großer Wichtigkeit. Größtmögliche Durchströmbarkeit für Abwasser und Luft bzw. für die entstehenden Gase muß gegeben sein.

In der Regel wird das Abwasser (gegebenenfalls gemeinsam mit Schlammrückführung) mehrmals durch die Anlage gepumpt. Der gemeinsam mit dem gereinigten Abwasser ablaufende Schlamm muß in einem Nachklärbecken abgetrennt werden.

Erforderliche Mindestwartung: Wie bei den Belebungsanlagen. Zusätzlich Kontrolle auf Verstopfung, wenn eine verringerte Reinigungsleistung festgestellt wird.

Bewertung:
Vorteil der Anlagen: Die Anlagen haben ein vergleichsweise kleines Bauvolumen. Sie sind einfach und betriebsstabil, weil die Mikroorganismen verläßlich zurückgehalten werden. Hohe Betriebssicherheit ist auch bei problematischen Abwasserinhaltsstoffen und Stoßbelastungen gegeben. Schlammabtreiben, was bei Belebungsanlagen immer wieder vorkommen kann, ist weitgehend ausgeschlossen.
Nachteil der Anlagen: Weil mehrere Anlagenkomponenten notwendig sind, ergeben sich entsprechende Anschaffungskosten. Bei zu schwacher Belüftung bzw. zu gering bemessener Vorklärung (insbesondere wenn diese auch als Schlammspeicher verwendet wird) besteht Verstopfungsgefahr. Sie besteht auch dann, wenn die Einbauten zu geringe Zwischenräume aufweisen und schlecht durch- bzw. umspült werden. Für die Belüftung und das Umpumpen fallen Energiekosten an.
Tropfkörperanlagen

Bei Tropfkörperanlagen wird das (unbedingt vorzureinigende) Abwasser über Festkörper verrieselt. Die Mikroorganismen siedeln sich auf der Festkörperoberfläche an und bilden den sogenannten ,,biologischen Rasen". Dieser bleibt großteils haften, nur ein geringer Teil wird ausgewaschen. Der Schlamm muß in einer Nachklärung vom gereinigten Abwasser abgetrennt werden. Die Sauerstoffversorgung erfolgt durch Luft, welche über den biologischen Rasen streicht. Der Lufteintrag erfolgt in der Regel über natürliche senkrechte Luftbewegung, kann aber auch durch Gebläse unterstützt werden.

Eine gleichmäßige Verteilung des Abwassers auf der Tropfkörperoberfläche muß gewährleistet sein. Dafür verwendet man Drehsprenger, Verteilerrinnen, Spülkippen oder Sprühteller. Als Füllmaterial gelangen Kunststoffkörper oder Gesteinsbrocken mit einer großen Oberfläche zur Anwendung. Wichtig für die Funktionsfähigkeit des Tropfkörpers ist, daß das Füllmaterial ein Durchsickern des Abwassers problemlos zuläßt. In der Regel muß das Abwasser mehrmals (Rücklaufverhältnis) auf dem Tropfkörper verrieselt werden. Dafür ist eine eigene Pumpe notwendig.

Erforderliche Mindestwartung: Täglich muß die Funktionsfähigkeit der Pumpe(n) und die Verteilereinrichtung kontrolliert werden. Die wöchentliche Kontrolle erstreckt sich auf den ordnungsgemäßen Luftzutritt zum Tropfkörper. Die Untersuchung der Ablaufwerte muß analog zu den Belebungsanlagen erfolgen.

Bewertung:
Vorteil der Anlagen: Da in der Regel kein Gebläse für die Sauerstoffversorgung notwendig ist und die Pumpen einen geringen Stromverbrauch haben, liegen die Stromkosten weit unter jenen einer Belebungsanlage.
Nachteil der Anlagen: Bei schlechter Vorreinigung kann es sowohl zu Verstopfungen der Verteileinrichtung als auch des Füllmaterials selbst kommen. Ein weiterer Nachteil ist auch, daß in den Verfahrensablauf nicht eingegriffen werden kann. Im Winterbetrieb kann es durch den Auskühleffekt zu Problemen bei der Reinigungsleistung kommen.
Tauchkörperanlagen

Beim Tauchkörper siedeln sich die Mikroorganismen vorwiegend auf einem rotierenden Bewuchsträger an. Als Bewuchsträger können Scheiben oder Walzen, welche maximal bis zur Hälfte in ein Becken eintauchen, verwendet werden.

Die Sauerstoffversorgung wird durch die Drehung des Bewuchsträgers aus der umgebenden Luft sichergestellt. Bei einer Umdrehung folgt auf den Kontakt mit dem Abwasser beim Eintauchen jeweils eine Belüftungsphase oberhalb des Wasserspiegels.

Teile des biologischen Rasens lösen sich von Zeit zu Zeit vom Trägermaterial und befinden sich dann im Form von Schlammflocken im Abwasser des Beckens. Tauchkörper und zugehörige Trogbecken sind daher so zu gestalten, daß keine hydraulischen Toträume oder Kurzschlußströmungen und keine Schlammablagerungen entstehen. Aus Sicherheitsgründen ist eine Schlammablaßleitung am Tiefpunkt des Beckens vorzusehen. Der Schlamm muß in einer Nachklärung vom biologisch gereinigten Abwasser getrennt werden.

Damit sich die Oberfläche der Scheiben nicht verlegen kann, ist es unbedingt notwendig, daß das Abwasser vorgereinigt der biologischen Reinigungsstufe zufließt.

Durch eine Abdeckung muß sichergestellt werden, daß der Bewuchs nicht durch Regen vom Trägermaterial abgewaschen werden kann.

Erforderliche Mindestwartung: Täglich muß die einwandfreie Drehung des Tauchkörpers kontrolliert werden. Die wöchentliche Kontrolle erstreckt sich auf die Sichtkontrolle des Bewuchsträgers (Verstopfung). Die Untersuchung der Ablaufwerte muß analog zu den Belebungsanlagen erfolgen.

Bewertung:
Vorteil der Anlagen: Da auch beim Tauchkörperverfahren kein Gebläse für den Lufteintrag vorhanden sein muß, liegen die Stromkosten weit unter jenen einer Belebungsanlage.
Nachteil der Anlagen: Durch mögliches Zuwachsen des Trägermateriales und bei tiefen Temperaturen im Winterbetrieb kann es zur Verringerung der Reinigungsleistung kommen. Der abgesetzte Schlamm im Tauchkörperbecken kann anfaulen und zu Problemen führen.
Weitergehende Reinigung

Bei den bisher beschriebenen Verfahren können aus dem Abwasser nur ungelöste Stoffe und gelöste, abbaubare organische Stoffe weitgehend entfernt werden. Nur eingeschränkt möglich ist die Entfernung von Nährsalzen wie z.B. Phosphat und Nitrat. Bei Einleitung des gereinigten Abwassers in einen sensiblen Vorfluter oder gar bei Verrieselung sind strengere Maßstäbe als üblich angebracht. Angepaßt an den Einzelfall werden von der Behörde strengere Grenzwerte vorgeschrieben.

Eine weitergehende Reinigung sollte folgende Wirkungen haben:
w Einhaltung besonders niedriger BSB5- und CSBAblaufkonzentrationen
w Vergleichmäßigung des Ablaufs
w Rückhaltung von Schwebstoffen
w Weitgehende Stickstoff-und Phosphorentfernung
w Reduktion der Keimzahl

Dies kann durch verschiedene Maßnahmen bewirkt werden: Vergrößerung der biologischen Reinigungsstufe, besondere Betriebsführung derselben (intermittierende Belüftung) und nachgeschaltete Anlagenkomponenten wie Sandfilter, bepflanzte Bodenfilter und Schönungsteiche.

Allgemein gültige Aussagen über Art, Umfang und Bemessung einer allfälligen weitergehenden Reinigung können im Rahmen dieser Broschüre nicht getroffen werden, weil sie zu sehr von den jeweiligen Randbedingungen abhängen.