Biologiebecken 1 - 4  ⇒ Kohlenstoff Abbau  1973 - 2007

Biologiebecken 1973 - 1989

• Die Biologiebecken 1 - 4 sind bei der Inbetriebnahme 1973 mit Total: 312 Keramikrohr Belüfter ausgestattet.

• Unsere Keramikrohr Belüfter weisen eine nutzbare Länge: 500 mm, Ø 50 mm, Belüfterfläche: 0.079 m² auf.

• In jedem Becken sind: 3 Versorgungsrahmen mit je: 26 Belüfter bestückt. Total: 78 Keramikrohr Belüfter / Becken Nutzbare Belüfterfläche: 6.125 m² / Becken.

• Die Keramikrohr Belüfter sind horizontal aufsteckbar befestigt am schwenkbaren Versorgungsrahmen, der bei Revisionen aus dem Becken gehoben werden konnte.

• Gemäss Beschreibung des Betriebsleiters Franz Keiser erforderten diese Belüfterelemente einen hohen Wartungsaufwand.

• Probleme bei Belüfterelementen aus Keramik sind Verstopfungen der Poren, so dass der Druckverlust zunimmt.

• Die Belüfterelemente konnte zwar ohne Entleerung aus dem Becken gehoben werden.

• Die beiden Varianten waren die Reinigung der Rohrbelüfter mit dem Hochdruckreiniger oder und danach die Behandlung der Keramikrohre mit Ameisensäure.

Nach der Inbetriebnahme 1973 - 1989  ⇒  Biologiebecken 1 - 4

Biologieblock kurz nach der Inbetriebsetzung 1973
sind Keramikrohr Belüfter in den Biologiebecken
am 13.07.1973

Keramikrohr Belüfter
Nahaufnahme Eingang
am 12.10.1973

Die Keramikrohr Belüfter als Zeichnung
dargestellt da kein Bild vorhanden ist
am 10.04.1973

Ergänzungs- und Sanierungsmassnahmen 1984

Auszug aus dem Bericht von Felix Böcker, Projektverfassers bei Schmid + Partner Ingenieurbüro, Zürich

Zulauf Steckschieber Belüftungsbecken: Feststellungen

• Für den Abwasserzulauf sind die 4 Belüftungsbecken auf der Längsseite mit je 5 Steckschützen ausgerüstet.

• Die, für die Regulierung nicht geeigneten Steckschütze, sind in der Zwischenzeit so stark von Rost befallen dass eine Bedienung schon bald unmöglich wird.

• Im Hinblick auf die geplanten Sanierung Sauerstoffsteuerung und Eintragsregulierung ist es notwendig, den Beckenzulauf mit der Regelung der Zulaufmenge auszurüsten.

• Um diesem Ziel näher zu kommen, ist der Austauch der 5 Steckschütze unumgänglich.

• Es ist eine Tatsache das der Einbau der Steckschütze eine Fehlplanung war.

Die Sanierung der Zulaufschieber wird am Mittwoch, 13. Juni 1984 vom Verbandsvorstand bewilligt

• Für die Total 20 Plattenüberlauf Spindelschieber haben 2 Firmen Angebote zugestellt.

• Nach der Beurteilung der Angebote geht die Auftragserteilung, deren 20 Absenkschützen zum Austausch und Einbau in den Abwasserzuläufen der 4 Belüftungsbecken, an die Firma Vinzenz Fäh Metallbau AG.

An dieser Stelle 3 Fragen des schreibenden Klärwerkfachmann: Auf was haben die Verfahrensplaner (Fachleute) gehofft????

• Warum alle Gebläse ohne Drehzahl Regelung?

• Warum 4 Belüftungsbecken 1 Sauerstoffmessung?

• Warum Betriebsraum weit entfernt? von produziert / zu verbrauch

• Gasleitung 150 m im  Gebäude / Leitungsgang 1973 - 2008
  Gasleitung 25 m im  Gebäude / Leitungsgang 2008 - 20**

• Luftsauerstoff 100 m im  Gebäude / Leitungsgang 1973 - 2006
  Luftsauerstoff 40 m im  Gebäude / Leitungsgang 2006 - 20**

• Heizungwasser Faulraum 100 m im  Gebäude / Leitungsgang 1973 - 2008
  Heizungwasser Faulraum 20 m im  Gebäude / Leitungsgang 2008 - 20**

Die Sanierung des Mess- und Steuerungskonzept Sauerstoffsteuerung und Eintragsregulierung Biologiebecken

• Die ARA Untermarch hat 4 Belüftungsbecken von je 375 m³ also Total: 1'500 m³ zur Verfügung.

• Von diesen 4 Becken ist nur 1 Becken mit einer Sauerstoffsonde ausgerüstet.

• Mit nur einer Sauerstoff Messung kann ein optimaler Betrieb der 4 Belüftungsbecken nur dann erreichen werden, wenn jedes Becken mit der gleichen Abwassermenge und Schmutzstoff Fracht beschickt werden könnte, dann wäre auch die Sauerstoffzehrung in jedem Becken identisch.

• Die in jedem Fall bessere Lösung ergibt es nur, wenn in jedem Becken die Sauerstoffkonzentration gemessen wird, um die Luftzufuhr zu jedem Becken reguliert werden kann.

• Die Beschickung von 4 Belüftungsbecken, mit identischer Abwassermenge und Schmutzstoff Fracht, lässt sich ohne aktiv geregelte Zulaufschieber nicht erreichen.

• Also wird die Lösung 4 Sauerstoff Messeinrichtungen, um den Frachtunterschied bei fest eingestellten Absenkschiebern, mit der Regulierung der Sauerstoffkonzentration ausgeglichen werden.

• Herr Grossenbacher von Züllig AG, wird beauftragt und erstellt für die Sauerstoffsteuerung ein entsprechendes Angebot

Die Sauerstoffsteuerung wird am Mittwoch, 13. Juni 1984 vom Verbandsvorstand bewilligt

• Aurüstung des bestehenden Gasmotors mit einer Drehzahlstufenschaltung zur besseren Regulierung, des Sauerstoffeintrags in die Belüftungsbecken.

• Es werden 4 Stufen angefahren:

• 1. Stufe 750 U/min ⇒  Luftleistung: 1'550 Nm³  h

• 2. Stufe 1'000 U/min ⇒  Luftleistung: 2'067 Nm³  h

• 3. Stufe 1'250 U/min ⇒  Luftleistung: 2'583 Nm³  h

• 4. Stufe 1'500 U/min ⇒  Luftleistung: 3'100 Nm³  h

Die Beschaffung des 2. BHKW wird am Mittwoch, 13. Juni 1984 vom Verbandsvorstand bewilligt

• Anschaffung des 2. BHKW (Gasmotors) mit Generatorantrieb.

• Als BHKW kommen nur Motoren mit Drehzahl 1'500 U/min in Frage. (Stromnetz 50 Herz)

• Der bestehende Gasmotor Deutz MWM-G232-V6 hat bereits 57'000 Betriebsstunden erreicht.

• Dieses BHKW befindet sich noch immer in ausgezeichnetem Zustand.

• Dank dem dem Betriebspersonal der ARA Untermarch kann diese BHKW nach der Nachrüstung, der Drehzahlregulierung die nächsten 50'000 oder mehr Betriebsstunden in Angriff nehmen

Sanierung der Belüfterelemente in den Biologiebecken: am Mittwoch, 13. Juni 1989 vom Verbandsvorstand bewilligt

Sauerstoffsteuerung der Biologiebecken 1 - 4

Biologiebecken 2 leer nach
Reinigung der Belüfterteller
am 19.09.2001

Schaltschrank HV-Kommandopult
Belüftung Steuerung
am 28.11.1986

Biologiebecken wieder im Betrieb
Beckenbelüftung auf Maximalleistung
am 21.09.2001

Die Steuerung Sauerstoffeintrag und Regelkomponenten für die Biologiebecken  1 - 4

Belüftungsbecken Regulierung Lufteintrag Aumamatic
Regulierschieber + Luftmengenmessungen
am 09.10.2005

Die Steuerkomponenten für den Luftsauerstoffeintrag
die Messgerätesonde Luftmengenmessung Biologie
am 09.10.2005

Was passiert in den Biologiebecken

In den Biologiebecken läuft die künstlich verstärkte Selbstreinigung des Abwassers ab. Die Biomasse wird mit Luftsauerstoff versorgt, wodurch eine schnelle Abwasserreinigung durch biochemischen Abbau erzielt wird. Biologische Abwasserreinigung nach dem Belebtschlamm Verfahren sind Anlagen bei denen auf engstem Raum durch Belüften grosse Mengen von Belebtschlamm in Schwebe gehalten werden.

Was wird in unseren Biologiebecken 1 - 4 erreicht

In Biologiebecken der Abwasserreinigung werden mit verschiedenen Verfahrensabläufen hauptsächlich die 3 Grundstoffe Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Phosphor (P) in ihrer Zusammensetzung verändert. Hier «oxidieren» vorwiegend Bakterien die organischen Abwasserinhaltstoffe mit Hilfe von Luftsauerstoff, aus der zugeführten Luft, zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O).

Unser Becken Volumen 1'500m³ und somit die Aufenthaltszeit in unserer Anlage reicht nicht aus um die Sticksoff Umwandlung zu realisieren. Für eine vollständige Nitrifikation muss die Kontaktzeit zwischen nitrifizierender Biomasse und dem Abwasser 8 bis 12 Tage betragen. Unser Schlammalter erreicht zirka 3 bis 5  Tage. Somit ist es nicht möglich eine vollständige Nitrifikation zu betreiben. In den Betriebsjahren 1973 - 2007 wird der vorhandene Kohlenstoff (C) zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) umgewandelt.

Die Elimination des Phosphor wird mit der Simultanfällung , mit Trifer + 1% erreicht. Um diese Prozesse zu verstehen, sind Kenntnisse der wesentlichen Grundlagen der Chemie notwendig.

Optimale Wachstumsbedingungen für Mikro Organismen

Um die oben aufgeführten Verfahrens Abläufe optimal zu betreiben, muss für ein optimales Wachstum der Mikro Organismen und ein ausgewogenes Nährstoff Angebot vorhanden sein. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung der Mikro Organismen sind folgende Stoff Verhältnisse im vorgeklärten Abwasser notwendig:

BSB₅ : Ammonium (NH₄) : Phosphor (POP₄) = 50 : 4 : 1

Leider kann dieses optimale Verhältnis durch den Betreiber der Abwasser Reinigungsanlage nur wenig beeinflusst werden.

Kennzahlen Biologiebecken 1 - 4: Mittelwerte Betriebsjahr 2004/2005

Biologische Abwasserreinigung

Eigentlich biochemische Abwasserreinigung, da neben biologischen Abbauprozessen parallel auch chemische Reaktionen stattfinden.

Die im Abwasser vorhandenen organischen Verbindungen werden, in der biologischen Abwasserreinigung, einem Abbauprozess (Sekundärstoffwechsel) zugeführt. Der Abbau erfolgt im Wesentlichen durch Mikro Organismen, in Verbindung mit gelöstem Sauerstoff, bei aeroben Verhältnissen. Dabei entstehen durch Umwandlungs: anorganische Verbindungen und Biomasse.

Das am häufigsten angewandte Verfahren, der biologischen Abwasserreinigung, ist das Belebtschlammverfahren. Kontinuierlich durchflossene Biologiebecken, mit vorgeschalteten Vorklärbecken und nachgeschalteten Nachklärbecken eignen sich am besten für die aeroben Abbauvorgänge.

Die biologische Abwasserreinigung erfolgt wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

1. Die Kleinstlebewesen müssen vor Säuren, Laugen und Giftstoffen geschützt werden.

2. Genügend Luftsauerstoff und frisches Abwasser als Nahrung muss zugeführt werden.

3. Die mechanischen und biologischen Anlageteile werden von Fachleuten ausreichend bemessenen und sorgfältig betrieben.

4. Das gereinigte Abwasser muss einen Reinigungsgrad aufweisen dass die Fische im Vorfluter leben können.

Aerobe Abbauvorgänge

Aerobe Abbauvorgänge sind biochemische Umwandlungsprozesse, bei denen im Wasser gelöster Sauerstoff durch die vorhandenen Bakterien verbraucht wird. Um den Abbauvorgang aufrecht zu erhalten muss daher immer genügend Luftsauerstoff zugeführt werden.

Die aerobe Abwasserreinigung erfolgt in der Belebungsanlage durch Mikro Organismen unter Zuführung von Luftsauerstoff. In der Abwasserreinigung muss den Mikro Organismen ausreichend Sauerstoff zugeführt werden, damit sie möglichst schnell viele Schadstoffe abbauen. Um dies zu erreichen werden Membran Belüfter am Boden des zu belüftenden Biologiebeckens angebracht. Diese sind in der Lage Millionen von feinperligen Blasen zu erzeugen. Für die Erzeugung der benötigten Druckluft ist ein enormer Energieaufwand nötig.

Allerdings vermehren sich die Bakterien dabei und es wird aus einem Teil ihrer organischen Substanz neue Biomasse. Die Fracht der Biomasse in einer gut funktionierenden Abwasser Reinigungsanlage muss konstant gehalten werden. Dieses Ziel erreicht das Betriebspersonal indem es zu jedem Zeitpunkt weiss, wie gross die Belebtschlammfracht in Biologiebecken ist. Um die Belebtschlammfracht in den Biologiebecken konstant zu halten, wird aus den Nachklärbecken soviel Überschussschlamm abgezogen, wie zuwächst.

Bakterien

Bakterien spielen bei der Biologischenreinigung von Abwasser eine herausragende Rolle. Sie bewerkstelligen vielfältige Stoffumwandlungsreaktionen. Als deren Ergebnis können Wertstoffe wie Methangas (CH ₄) entstehen. Aus der übrigen Biomasse (Klärschlamm), organische Endprodukte wie Essigsäure (CH₃) oder mineralische Endprodukte wie Kohlendioxid oder Kohlensäure (CO₂), Stickstoff (N₂) oder Wasser (H₂O). Jede Bakterienart hat spezielle Stoffwechsel Fähigkeiten, die genutzt werden können. Aber auch Milieuansprüche, die befriedigt werden müssen, um die speziellen Fähigkeiten der Art auszunutzen.

Bakterien bestehen gemessen am Trockengewicht zu 70 bis 85% aus Wasser und der Rest zu 50% aus Proteinen. Die Zellwand macht 10 bis 20% aus, die DNS 3 bis 4%, die RNS 10 bis 20%. Dazu kommen Lipide und andere Substanzen mit ca. 10%.

Belebtschlamm (Biomasse)

Die bei der aeroben biologischen Abwasserreinigung durch den Abbau der Abwasserinhaltstoffe im Belebungsbecken gebildete, im wesentlichen aus Bakterien, Pilzen, Protozoen bestehende, Biomasse samt anorganischen und organischen Anteile, wird als Belebtschlamm bezeichnet. Der Belebtschlamm liegt in der Regel in Form von Flocken vor, die neben lebender und toter Biomasse organische und mineralische Anteile enthalten. Belebtschlammflocken bestehen im Idealfall aus einem bräunlich gefärbten mineralischen Kern, in dem anaerobe Bedingungen herrschen und aus einer biologisch aktiven, aeroben grauen Randzone aus Mikroorganismen. Das Sedimentations Verhalten der Belebtschlammflocken ist von grosser Bedeutung für die Funktion der Biologischen Reinigungsstufe. Damit die Biomasse ohne Probleme vom gereinigten Abwasser getrennt und nach Bedarf als Rücklaufschlamm in die Biologiebecken zurückgeführt werden kann, müssen die Flocken gut absetzbar sein.

Gut absetzbarer Belebtschlamm Schlammvolumenindex ISV von kommunalem Abwasser 80-120 ml/g.

Schlecht absetzbarer Belebtschlamm oder Blähschlamm Schlammvolumenindex ISV grösser 150-200 ml/g.

Rücklaufschlamm

Beim Belebtschlammverfahren erfolgt nach dem Abbau der Schadstoffe im Abwasser eine Trennung des Belebtschlammes vom gereinigten Wasser in der Nachklärung. Ein Grossteil des abgetrennten Belebtschlammes wird in das Belebungsbecken als Rücklaufschlamm zurückgeführt. Ein kleinerer Teil wird dem System als Überschussschlamm entnommen.