Sauberes Wasser für Mensch und Natur – Die Aufgabe einer Kläranlage
Wasser ist unser wertvollstes Gut – doch nach Gebrauch enthält es viele Verunreinigungen. Hier kommt die Kläranlage ins Spiel: Sie reinigt unser Abwasser gründlich, entfernt Schadstoffe und sorgt dafür, dass sauberes Wasser zurück in die Natur – in die Vorfluter wie Flüsse, Bäche - gelangt.
Eine Kläranlage reinigt Abwasser aus Haushalten, Industrie und Gewerbe, bevor es in die Umwelt zurückgeleitet wird. Die Hauptfunktionen sind:
Mechanische Reinigung:
Grobe, sichtbare Verunreinigungen wie feste Stoffe, Sand und Fett werden durch Rechen, Sandfang und Vorklärbecken abgetrennt und entsorgt.
Biologische Reinigung:
Mikroorganismen bauen im Belebungsbecken (Reaktoren) die gelösten organische Stoffe und Nährstoffe wie Stickstoff und teilweise Phosphor ab.
Chemische Reinigung: Der restliche Phosphor wird durch Zugabe von Chemikalien entfernt.
Entfernung der Mikroverunreinigung (EMV): Die Spurenstoffe werden mittels Ozonbegasung «geknackt». Dadurch wird der Eintrag schädlicher Spurenstoffe in die Vorflut minimiert.
Filtration: Die Filtration durch einen Sandfilter entfernt restliche Schwebestoffe, bevor das gereinigte Abwasser in die Vorflut eingeleitet wird.
Schlammbehandlung: Der anfallenden Schlamm aus der Vorklärung und der Biologie wird in Faultürmen ausgefault, entwässert und extern verbrannt. Das entstehende Klärgas (Methan) wird in Blockheizkraftwerken verstromt. Die Abwärme wird zu Heizzwecken genutzt.
Anhebung Abwasser und Zwischenspeicherung von Mischwasser bei Regen
Anheben des zufliessenden Abwassers aus dem Kanalisationsnetz mittels Schneckenpumpen (Archimedes-Prinzip), damit es danach in freiem Gefälle durch die Vorreinigung fliesst.
Beträgt der Zulauf mehr als die 700 l/s auf die ARA, überfällt das Abwasser via einem Siebrechen (Grobstoffabscheidung) in den Pumpensumpf des Regenbeckens. Mit zwei Regenwetter-Schneckenpumpen werden die beiden Regenbecken befüllt.
Bei nachlassendem Regen wird das Abwasser aus den Regenbecken in den Zulauf ARA zurück gepumpt und das Regenbecken mit einer Vakuumspülung gereinigt.
Details | |
---|---|
Max. Zulauf ARA | 700 l/s |
Anzahl Schneckenpumpen | 8 |
- Zulauf Kloten / Flughafen | 3 x 150 l/s |
- Zulauf Opfikon | 3 x 150 l/s |
- Beschickung Regenbecken | 2 x 600 l/s |
Volumen Regenbecken | 2 x 1'750 m³ |
Grobstoffentfernung aus dem Zulauf zur ARA
Die Rechenanlage entfernt grobe Feststoffe aus dem Abwasserstrom, wie zum Beispiel: Exkremente, Hygieneartikel, Plastikreste, Papier, Holzstücke, Laub und grössere organische Stoffe etc..
Die Rechenanlage dient dem Schutz nachfolgender Aggregate (Pumpen, Rohrleitungen, Becken) vor Verstopfung oder Beschädigung und Vermeidung von Ablagerungen.
Das Abwasser fließt durch den Rechen mit einer Stabweite von 6 mm (Feinrechen 1-10 mm). Feststoffe bleiben an den Stäben hängen. Das Rechengut wird mit Harken abgereinigt und zur Rechengutwaschpresse transportiert. In dieser wird das Rechengut gewaschen, gepresst und schlussendlich in der KVA entsorgt.
Arten von Rechenanlagen:
Details | |
---|---|
Anzahl Rechen | 2 |
Spaltweite Rechen | 6 mm (Feinrechen) |
Rechengutanfall / Jahr | ~150 t/a |
Sedimentation von Sand, Abscheidung von Fett
Entfernung von Sand (mineralischen Feststoffen) durch Absinken, sowie Fette und Öle (Schwimmfähige Stoffe) durch Aufschwimmen.
Durch eine Belüftung mit Gebläseluft wird eine spiralförmige Quer-Strömung erzeugt. Diese bewirkt, dass mineralische Stoffe (z.B. Sand, Kies) aufgrund ihrer höheren Dichte schneller absinken (Sedimentation).
Gleichzeitig bleiben organische Stoffe (z.B. Faulschlammflocken) in Schwebe und werden mit dem Abwasser weitertransportiert, wodurch der Sand nicht unnötig organisch belastet wird.
In der Beruhigungszone steigen Fette und Öle an die Oberfläche auf, wo sie abgeschöpft werden.
Der Sand wird im Sandwäscher mit Wasser gewaschen, damit er in einer Inertdeponie entsorgt werden kann.
Das Fett-Öl-Gemisch gelangt in die Faulung, wo es zur Gasproduktion und Energiegewinnung beiträgt.
Details | |
---|---|
Volumen | 2 x 225 m³ |
Sandmenge | ca. 7 t/a |
Abluftbehandlung durch Wäsche und Reinigung in Biofilter
Die mech. Vorreinigung ist der geruchsintensivste Ort auf einer Kläranlage. Deshalb ist diese eingehaust. Die Abluft aus den Zulaufkanälen und dem Vorreinigungs-Gebäude wird abgesogen.
Die Abluft wird in einer Wäscherkolonne mit Wasser vorgereinigt, angefeuchtet und anschliessend in einem Biofilter von den Geruchsstoffen befreit. Die so behandelte Abluft wird geruchfrei an die Umgebung abgegeben.
Die Biofilter auf dem Dach sind mit Holzschnitzel, Kompost und Blähton befüllt und angefeuchtet. Die darauf angesiedelten Mikroorganismen bauen die Geruchsstoffe ab.
Details | |
---|---|
Anzahl Luftwäscher | 2 |
Anzahl Biofilter | 4 |
Abluftvolumen | max. 27‘000 m³/h |
Entfernung absetzbarer und aufschwimmender Stoffe vor der Belebungsstufe
In den Vorklärbecken wird die Fliessgeschwindigkeit stark reduziert.
Absetzbare Stoffe sinken aufgrund der Schwerkraft zu Boden und werden dort als Primärschlamm mit einem Bodenräumer in einen Sammeltrichter mit Krählwerk abgezogen.
Stoffe mit geringerer Dichte als Wasser (Fette, Öle, Schwimmstoffe) steigen an die Oberfläche und werden ebenfalls mittels Räumersystem abgeschöpft.
Der abgezogene Primärschlamm und die Schwimmstoffe gelangen schlussendlich in die Faulung zur Biogasgewinnung.
Details | |
---|---|
Anzahl Becken | 2 |
Inhalt | 2 x 960 m³ |
Aufenthaltszeit mind. | 45 Min. |
Anhebung und Förderung des Abwassers in Biologiestufe
Das mechanisch vorgereinigte Abwasser fliesst von den Vorklärbecken in einen Pumpensumpf. Aus diesem wird das Abwasser mit Kreiselpumpen ein zweites mal angehoben und in die Biologiebecken (Nereda®-Reaktoren) gepumpt.
Details | |
---|---|
Pumpensumpf | 2 x 70 m³ |
Anzahl Pumpen | 5 |
Fördermenge pro Pumpe | 200 l/s |
Fördermenge Total | 1'000 l/s |
Die Lunge der biologischen Reinigungsstufe
Gebläse in der Biologie einer Kläranlage verdichten Umgebungsluft und führen sie über ein Belüftungssystem ins Belebungsbecken ein.
Damit werden die Mikroorganismen mit dem benötigten Sauerstoff versorgt, damit sie die gelösten Abwasserinhaltstoffe biologisch abbauen können.
Zusätzlich wird eine optimale Durchmischung für den biologischen Abbau sichergestellt.
Details | |
---|---|
Anzahl Gebläse | 4 |
Volumenstrom je max. | 4'500 m³/h |
Biologische Reinigung mit dem Nereda®-Verfahren
Die biologische Reinigung des vorgeklärten Abwassers findet in Reaktoren im Batchbetrieb nach dem Nereda®-Verfahren statt.
Das Nereda®-Verfahren ist ein innovatives biologisches Reinigungsverfahren, das auf dem Prinzip der granulären Belebtschlammtechnologie basiert. Es wurde in den Niederlanden entwickelt und wird weltweit eingesetzt.
Funktionsprinzip der Granuläre Biomasse:
Im Nereda®-System bilden Mikroorganismen dichte, schnell absinkende Granula (Aerobe Granula) anstelle von flockigem Belebtschlamm.
Diese Granula enthalten unterschiedliche mikrobiologische Zonen (aerob, anoxisch, anaerob) und ermöglichen simultane biologische Prozesse innerhalb eines Partikels.
Sequenzielle Betriebsweise
Das Nereda®-Verfahren wird typischerweise als Sequencing Batch Reactor (SBR) betrieben:
Ein Behandlungszyklus besteht aus Befüllen, unter gleichzeitigem Ausstoss des gereinigten Abwassers aus dem vorhergehenden Zyklus, Reinigungsphase (Belüftung und Denitrifikation), Sedimentation und Abzug des Überschussschlammes.
Dank der schnellen Sedimentation der Granula entfällt die Notwendigkeit eines separaten Nachklärbeckens.
Phosphor- und Stickstoffelimination
Die granuläre Biomasse fördert eine effiziente biologische Phosphorentfernung (Bio-P) und eine hohe Stickstoffentfernung (Nitrifikation/Denitrifikation).
Vorteile gegenüber konventionellem Belebtschlammverfahren
Details | |
---|---|
Anzahl Reaktoren | 4 |
Volumen | 4 x 4'750 m³ |
Entfernung von Spurenstoffen mittels Ozonung
Die Entfernung von Mikroverunreinigungen erfordert eine weitere Abwasserbehandlungsstufe, da klassische biologische Verfahren in Kläranlagen für diese Stoffe nicht ausreichend sind.
Mikroverunreinigungen sind organische Spurenstoffe, meist in sehr geringen Konzentrationen (ng/L bis µg/L), z.B. Arzneimittelrückstände, Pestizide, hormonaktive Stoffe, Industriechemikalien oder PFAS.
Diese gelangen vor allem über häusliche, industrielle/gewerbliche und landwirtschaftliche Abwässer in Gewässer. Diese Stoffe weisen eine schädliche ökotoxikologische Wirkung für Wasserorganismen und Lebewesen auf.
Die Spurenstoffe werden durch Oxidation mit Ozon (O₃) in einem Kontaktbecken in kleinere, meist besser biologische abbaubare Verbindungen (Kontaktzeit 10 - 15 Minuten).
Diese Verbindungen werden in der nachfolgenden Filtration weiter abgebaut.
Ozon (O₃)wird durch elektrische Energiezufuhr (Koronaentladung) in einem Ozongenerator aus Sauerstoff (O₂) erzeugt.
3 O₂ + elektrische Entladung -> 2 O₃
Noch vorhandenes Restozon wird abgesaugt und thermisch / katalytisch vernichtet.
Details | |
---|---|
Anzahl Kontakt-Becken | 2 |
Volumen | 2 x 350 m³ |
Anzahl Ozongeneratoren | 2 |
Entfernung feiner Feststoffe nach biologischer Reinigung
Ein Raumfilter trennt Feststoffe aus dem Abwasser ab, indem er sie mechanisch auf oder im Filtermedium zurückhält und gereinigtes Wasser durch lässt. Er ist essenziell für die Einhaltung von Ablaufwerten (Polizeifilter).
Das aus den beiden Ozonreaktoren abfliessende biologisch gereinigte Abwasser wird über zehn Sandfilter filtriert. Dabei werden nicht abgeschiedene Feststoffe zurückgehalten.
Zudem ist das Filtermedium (Sand und Blähschiefer) mit Mikroorganismen besiedelt (Biofilm), welche noch vorhandene Nährstoffe weiter abbauen, wie auch die im Ozonreaktor gebildeten Verbindungen.
Das Abwasser ist anschliessend glasklar und wird in den Vorfluter Glatt eingeleitet.
Zurückgehaltene Feststoffmenge: ca. 12 t pro Jahr.
Details | |
---|---|
Anzahl Filterbecken | 10 |
Filterfläche | 10 x 23 m² |
Vorerwärmung des Klärschlamms zur Unterstützung der Faulung
Der Frischschlamm aus der mechanischen Vorreinigung (Primärschlamm aus der Vorklärung + Überschussschlamm aus der Biologie) wird in einem Doppelmantel-Wärmetauscher auf ca. 40 °C vorerwärmt und in den Faulturm gepumpt.
Details | |
---|---|
Anzahl Wärmetauscher | 2 |
Schlammmenge | ca. 150 m³/d |
Biologische Umsetzung organischer Substanz zu Biogas
Der Faulprozess (Anaerobe Schlammstabilisierung) im Faulturm ist ein biologischer Abbauprozess, bei dem organische Stoffe im Frischschlamm unter Luftabschluss (anaerob) abgebaut werden.
Der vorerwärmte Frischschlamm wird in den Faulturm gepumpt und verweilt für mindestens 20 Tage im Faulturm bei 38 °C. Ca. 50 % des organischen Kohlenstoffes wird in mehreren Stufen zu Klärgas umgewandelt (60-65 % Methan (CH₄) und CO₂). Das Klärgas wird wird in einen Gasspeicher verdrängt und gespeichert zur weiteren Verwertung.
Ein Rührwerk sorgt für eine gute Durchmischung im Faulturm und verhindert Schwimmschichten, Schaum oder Absetzungen.
Der ausgefaulte Schlamm wird in einen Schlammstapel verdrängt zur weiteren Verarbeitung.
Details | |
---|---|
Anzahl Faultürme | 2 |
Volumen Faultürme | 2 x 2'900 m3 |
Pufferspeicher für Klärgas aus dem Faulturm
Das anfallende Klärgas aus den beiden Faultürmen und dem Schlammstapel wird im Gasometer gespeichert. Dieser besteht aus einem Kunststoffballon, welcher sich der Gasmenge anpasst.
Zur Weiterverwendung des Klärgases muss dieses aufbereitet werden. In einem Kiesfilter kondensiert die Feuchtigkeit und in Aktivkohle-Filter wird das Siloxan (Siliziumverbindungen) aus dem Gas absorbiert. Siloxan kann zu Ablagerungen im Motor der Blockheizkraftwerke (BHKW) führen, was zu einem höheren Verschleiss führt.
Das so aufbereitete Klärgas wird über ein Druckerhöhungsgebläse zu den beiden Blockheizkraftwerken (BHKW) geführt. Der Generator im BHKW produziert Strom, welcher auf der ARA verbraucht wird.
Aus dem heissen Abgas der Motoren wird mittels Wärmetauscher Warmwasser produziert, welches zu Heizzwecken (Faultürme, Gebäude) genutzt wird.
Details | |
---|---|
Volumen Gasometer | 1'000 m³ |
Gasanfall | 2'500 - 3'000 m³/d |
Anzahl BHKW | 2 |
Elektr. Leistung | 220 und 240 kW |
BHKW Anteil an Strombedarf ARA | 52 % |
Volumen- und Gewichtsreduktion durch Wasserentzug
Der ausgefaulte Schlamm aus den beiden Faultürmen wird in den Schlammstapel verdrängt. Da der Faulschlamm nur einen Feststoffgehalt von ca. 2–3 % aufweist, wird er vor dem Abtransport auf ca. 25 % Feststoffgehalt in einem Dekanter (Zentrifuge ) entwässert.
Ein Dekanter funktioniert nach dem Prinzip "Salatschleuder". Das abgetrennte Wasser (Zentrat) weist einen hohen Anteil an Ammoniumstickstoff und Phosphat auf. Dieses Zentrat wird zurück in die Biologie gepumpt.
Der so entwässerte Klärschlamm (EKS) wird in 30 m³-Mulden ins Klärwerk Werdhölzli in Zürich transportiert und dort in einer Monoverbrennung verbrannt. Ziel ist es in naher Zukunft, aus der Asche den Phosphor zurückzugewinnen.
Details | |
---|---|
Anzahl Zentrifugen | 1 |
Durchsatz Zentrifuge | max. 21 m²/h |
Drehzahl Zentrifuge | 3'000 min⁻¹ |
Klärschlamm (EKS) | 750 t/a |
Anzahl 30 m3-Mulden | 4 pro Woche à 20 t EKS |