Projekt 19070/01

Erprobung einer ringförmigen Zulaufkonstruktion zur Verbesserung der Sedimentationsleistung von Nachklärbecken mit Senkenströmung am Beispiel der Abwasserreinigungsanlage Niedermittlau

Projektdurchführung

Abwasserverband Freigerichtc/o Kläranlage Niedermittlau
An der Kreisstr. K 903
63594 Hasselroth

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Vom Rand zum Zentrum durchströmte runde Nachklärbecken haben gegenüber zentrisch beschickten Becken den Vorteil, dass die darin stattfindende beschleunigte Bewegung des Wassers stabiler und we-niger störungsanfällig ist. Bei gleichen Beckendimensionen können so bessere Reinigungsleistungen und geringere Gewässerbelastungen erzielt werden. Die Nachklärung der Kläranlage Niedermittlau sollte daher im Projekt so umgebaut werden, dass sich eine um den Beckenumfang gleichmäßige Belas-tung einstellt. Die Strömungs- und Sedimentationsmuster sollten messtechnisch erfasst und denen zentrisch beschickter Becken gegenübergestellt werden. Ebenso waren die sich ergebenden Abscheide- und Eindickleistungen der Becken mit Senkenströmung unter verschiedenen Randbedingungen zu untersu-chen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVor dem Umbau wurden die Strömungs- und Sedimentationsmuster mit dem bisherigen Zulaufsystem, einer nur mäßig verteilenden Tauchwand, unter definierten Randbedingungen aufgenommen. Nach den Berechnungen und Umbaumaßnahmen für das neue Zulaufsystem erfolgten unter den gleichen Randbedingungen Vergleichsuntersuchungen zur Gleichförmigkeit der Beckenanströmung. Danach wurden die Vorgänge im Becken bei verschiedenen Belastungskonfigurationen (Q, RV, Schlammparameter-Einstellung durch Abwasserverband Freigericht) gemessen und untersucht (Büro Freimann).
Die erhaltenen und abgeleiteten Ergebnisse der Messungen und Untersuchungen am Nachklärbecken mit der neuen Zulaufeinrichtung wurden mit dem heutigen Stand der Technik bei der Beschickung von Nachklärbecken verglichen. Die verfahrenstechnischen Unterschiede sollten vor allem günstigere Strömungsverhältnisse für die Abscheidung und die Unterstützung von Schlammtransport und -eindickung bewirken. Ziel war auch eine ökologische und ökonomische Bilanzierung der beiden verschiedenen Durchströmungsarten von runden Nachklärbecken.
Insgesamt sollten durch Nachklärbecken mit Senkenströmung durch bessere Ausnutzung des Beckenvolumens für die Abscheide- und Eindickvorgänge geringere Gewässerbelastungen im Vergleich zu zentrisch beschickten Becken realisierbar werden. Zusammen mit einem geringeren Bau- und Energieaufwand für diese Durchströmungsart von Nachklärbecken wurde mit einem Umweltentlastungspotenzi-al von 20 bis 30 % gerechnet.


Ergebnisse und Diskussion

Aufgrund der geringen Schwankungsbreite der Schlammparameter konnten keine Strömungscharakteristika bei unterschiedlichem Schlammvolumina im Becken und damit bei unterschiedlicher Lage des Schlammspiegels erarbeitet werden. Ebenso scheiterten geplante Überlastversuche mit über das übli-che Maß hinausgehenden Oberflächenbeschickungen aufgrund betrieblicher und baulicher Einschränkungen. Allerdings liefern die Untersuchungsergebnisse Hinweise auf die positive Wirkung der neuartigen Zulaufkonstruktion auf die Beckenleistung auch bei über den Stand der Technik hinausgehenden Belastungen. Literaturdaten und -erkenntnisse unterstützen dies.
Gegenüber der Situation mit der alten Verteilertauchwand konnte mit der neuartigen Verteilerringleitung eine eindeutige Senkenströmung mit nur mäßigen Geschwindigkeitszunahmen auf dem Weg vom Beckenrand zum Zentrum erreicht werden. Auch die Effektivgeschwindigkeiten und die turbulenten Schwankungen liegen in günstigen Bereichen. Die Einschichtung des Beckenzulaufes erfolgt rasch im Bereich des Schlammspiegels. Hierdurch wird eine gegenüber Becken mit konventioneller Beschickung deutlich geringere Volumenstromentwicklung erreicht, die Zirkulationswalze im radialen Schnitt durch das Becken fällt weniger intensiv aus. Diese günstigen Strömungsverhältnisse bewirken eine hohe Eindickung des abgesetzten Schlammes und die Trübung des Klarablaufs ist geringer als vor dem Einbau der Verteilerringleitung. Am deutlichsten wirkt sich die Verbesserung der Beckencharakteristik auf den Schwimmschlamm aus, der vor dem Umbau massiv angefallen ist und seit dem Umbau nahezu voll-ständig eliminiert ist. Die Ursache hierfür dürfte in der Einschichtung des Beckenzulaufes im Bereich des Schlammspiegels liegen, da hierdurch problematischer, zum Aufschwimmen neigender Schlamm durch die vernetzten Strukturen des abgesetzten Schlammes zurückgehalten wird.
Bilanziert man die neuartige Zulaufvorrichtung und damit auch den Charakter der Senkenströmung in ökologischer Hinsicht, so kann eine um etwa 30 % geringere Feststoffbelastung des Kläranlagenablaufs festgestellt werden. Zudem sinkt durch die bessere Eindickung des abgesetzten Schlammes der Aufwand für die Schlammkonditionierung. Der erforderliche Aufwand für Reinigungsarbeiten sowie der Energieaufwand zur Beckenbeschickung wird im Vergleich zur konventionellen Beschickung ebenso ge-ringer.
Diese ökologische Vorteile wirken sich auch in ökonomischer Sicht aus, da die Betriebskosten verringert werden, im vorliegenden Fall um etwa 5 % gegenüber Becken mit konventioneller Beschickung. Bei An-lagen mit schlechtem Abscheidegrad kann durch die untersuchte Zulaufkonstruktion zudem ein deutlich geringerer CSB im Klarablauf erreicht werden, wodurch die Abwasserabgabe sinkt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Während der IFAT 2002 in München wurden erste Ergebnisse mittels einer Broschüre, die am Stand der ausführenden Fa. Hans Huber AG aufgelegt war, mitgeteilt. In den darauf folgenden Monaten wurden Artikel in der Fachzeitschrift Korrespondenz Abwasser, in der Beilage ‚Betriebsinfo sowie in der englischsprachigen Fachzeitschrift (Water Environment Research) veröffentlicht.


Fazit

Die in dem Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, dass mit der neuartigen Zulaufkonstruktion eine eindeutige Senkenströmung erreicht werden kann. Die umweltrelevanten Auswirkungen dieser Durchströmung - geringere Trübung und damit geringere Feststoffbelastung des Klarablaufs, bessere Schlammeindickung sowie insbesondere die Vermeidung von Schwimmschlamm - sind nachweisbar. Da das Schlammvolumen nur in engen Grenzen schwankte, konnten die Strömungscharakteristika bei unterschiedlicher Lage des Schlammspiegels nicht erarbeitet werden. Überlastversuche mit über das übliche Maß hinausgehenden Oberflächenbeschickungen konnten aufgrund betrieblicher und baulicher Einschränkungen nicht realisiert werden.