Verbesserung der Absetzwirkung von Durchlaufbecken durch Flockung und Fällung:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Oldenbourg-Industrieverl.
2000
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| Schriftenreihe: | Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft
160 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 197 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3486264834 |
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|---|---|
| adam_text | Titel: Verbesserung der Absetzwirkung von Durchlaufbecken durch Flockung und Fällung
Autor: Vetter, Olga
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis............................................................................................11
Tabellenverzeichnis................................................................................................15
Anhangsverzeichnis................................................................................................17
Symbolverzeichnis..................................................................................................18
1 Einleitung.......................................................................................................22
2 Gegenwärtiger Stand der Regenwasserbehandlung im Mischsystem...........27
2.1 Eigenschaften der Mischwasserabflüsse...............................................27
2.2 Anlagen für die Mischwasserbehandlung..............................................32
2.2.1 Aufgaben...................................................................................32
2.2.2 Ausführungsformen...................................................................33
2.2.3 Stoffrückhalt..............................................................................35
2.2.4 Anordnung im Kanalnetz...........................................................36
2.2.5 Kosten.......................................................................................39
2.2.6 Überwachung............................................................................41
2.2.7 Ausblick.....................................................................................43
3 Mischwasserbehandlung in Durchlaufbecken................................................45
3.1 Auslegung von Durchlaufbecken...........................................................45
3.1.1 Grundlagen des Absetzens.......................................................45
3.1.2 Auslegung von Absetzbecken...................................................47
3.1.3 Absetzen in Durchlaufbecken...................................................48
3.2 Wirkung von Durchlaufbecken...............................................................50
3.2.1 Allgemeines..............................................................................50
3.2.2 Überlaufaktivität........................................................................51
3.2.3 Stoffrückhalt..............................................................................55
3.2.3.1 Frachtrückhalt.............................................................55
3.2.3.2 Klärüberiaufqualität....................................................56
4 Maßnahmen zur Verbesserung der Absetzwirkung.......................................60
4.1 Verfahrenstechniken zur Verbesserung der Feststoffabtrennung
in Absetzbecken....................................................................................60
4.2 Fällung und Rockung............................................................................61
4.2.1 Bedeutung des Verfahrens.......................................................61
4.2.2 Chemische Grundlagen............................................................62
4.2.3 Verfahrenstechnische Grundprinzipien.....................................66
4.2.4 Einsatz zur Regenwasserbehandlung.......................................67
4.2.4.1 Allgemeines................................................................67
4.2.4.2 Bisherige Untersuchungen.........................................71
4.2.4.3 Rohrflockung..............................................................74
4.3 Vergrößerung der Abscheiderfläche durch Einbauten...........................76
4.3.1 Bedeutung des Verfahrens.......................................................76
4.3.2 Grundlagen der Partikelabscheidung mittels Einbauten............77
4.3.3 Systeme....................................................................................78
Ziele der Arbeit...............................................................................................81
Konzeption der Arbeit.....................................................................................83
6.1 Methoden...............................................................................................83
6.2 Untersuchungskonzeption.....................................................................84
6.3 Untersuchungsobjekt.............................................................................86
6.4 Messung und Analytik............................................................................86
Untersuchungen zum Absetzverhalten der Inhaltsstoffe im Mischwasser
bei Fällung und Flockung...............................................................................88
7.1 Versuchsprogramm und Versuchsdurchführung....................................88
7.2 Ergebnisse.............................................................................................90
7.2.1 Menge und Beschaffenheit des Fällschlammes........................90
7.2.2 Absetzgeschwindigkeit der Flocken im Mischwasser................95
7.2.3 Beurteilung der Absetzwirkung von Durchlaufbecken
mit Fällung und Flockung..........................................................97
Untersuchungen zur Fällung und Flockung an einem Durchlaufbecken........99
8.1 Vorbemerkungen...................................................................................99
8.2 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung.........................................99
8.2.1 Versuchskonzeption..................................................................99
8.2.2 Beschreibung der Versuchsanlage...........................................100
8.2.3 Versuchsprogramm und Versuchsdurchführung.......................103
8.3 Ergebnisse.............................................................................................104
8.3.1 Abnahme der abfiltrierbaren Stoffe und des CSB
bei unterschiedlichen Oberflächenbeschickungen....................104
8.3.2 Verteilung der abfiltrierbaren Stoffe und des CSB im Becken... 109
8.4 Schlussfolgerungen und Diskussion......................................................111
9 Untersuchungen zur Fällung und Flockung an einem mit Lamellen
nachgerüsteten Durchlaufbecken...................................................................113
9.1 Vorbemerkungen...................................................................................113
9.2 Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung.........................................113
9.2.1 Charakteristik der getesteten Lamellen.....................................113
9.2.2 Erweiterung der bestehenden Versuchsanlage mit Lamellen... 114
9.2.3 Versuchsprogramm und Versuchsdurchführung.......................116
9.3 Ergebnisse.............................................................................................117
9.3.1 Lamellen Typ FS 41.80.............................................................117
9.3.1.1 Klärüberlaufqualität....................................................117
9.3.1.2 Frachtrückhalt.............................................................119
9.3.1.3 Stoffaustrag über die Drossel.....................................120
9.3.2 Lamellen Typ DH 50.................................................................122
9.3.2.1 Klärüberlaufqualität....................................................122
9.3.2.2 Frachtrückhalt.............................................................125
9.3.2.3 Stoffaustrag überdie Drossel.....................................126
9.4 Schlussfolgerung und Diskussion..........................................................128
10 Anpassung des Verfahrens an den realen Betrieb.........................................131
10.1 Vorbemerkungen...................................................................................131
10.2 Chemikaliendosierung...........................................................................131
10.2.1 Beginn der Dosierung...............................................................131
10.2.2 Abschätzung der zu erwartenden Verminderung der direkten
stofflichen Gewässerbelastung.................................................132
10.3 Verfahrenstechnische Auslegung der Lamellen.....................................136
10.4 Wartung und Betrieb..............................................................................138
10.5 Schlammräumung..................................................................................141
11 Wirtschaftliche Aspekte der Mischwasserbehandlung...................................143
11.1 Methoden...............................................................................................143
11.2 Konventionelle Mischwasserbehandlung...............................................144
11.3 Mischwasserbehandlung durch Fällung und Flockung inkl. Lamellen ... 146
11.4 Kostenvejgleich bei vergleichbarem Stoffaustrag ins Gewässer...........148
12 Übertragung des Verfahrens auf das Regenüberlaufbecken Kuppingen.......154
12.1 Vorbemerkungen...................................................................................154
12.2 Beschreibung des Regenuberfaufbeckens Kuppingen..........................154
10
12.3 Anordnung der Lamellen und Klarwassersammelrinnen.......................155
12.4 Erforderliche Dosiereinrichtungen..........................................................159
12.5 Wartung.................................................................................................161
12.5.1 Durchführung der Erweiterungsmaßnahmen............................162
12.5.2 Kostenabschätzung...................................................................163
12.5.3 Schlussfolgerungen...................................................................164
13 Zusammenfassung.........................................................................................165
Literaturverzeichnis.................................................................................................171
Anhang ...............................................................................................................180
Verzeichnis der Schriftenreihe
Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft.................................................197
11
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Entstehung des Mischwasserabflusses im Kanalnetz..........................27
Abb. 2: Herkunft der Verschmutzungen im Mischwasserabfluss......................28
Abb. 3: Frachtsummenlinien für die unterschiedliche Orte nach
Krauth Stotz (1985) ergänzt um Menacher Augustin (1992).... 30
Abb. 4: Schmutzstoffaustrag aus Kanalisationen bei unterschiedlich großen
Einzugsgebieten nach Krauth Stotz (1985)....................................30
Abb. 5: Verteilung auf Stauraumkanäle und Regenüberlaufbecken.................35
Abb. 6: Anordnungsmöglichkeiten von Regenüberlaufbecken im Kanalnetz
nach ATV A 128 (1992)........................................................................37
Abb. 7: Anordnungsmöglichkeiten von Wirbelabscheidern im Kanalnetz
nach ATV A 166 (1998)........................................................................37
Abb. 8: Einwohnerbezogene Investitionen für Regenwasserbehandlung
im Mischsystem nach MilojevhS (1996)................................................39
Abb. 9: Spezifische Gesamtkosten (Bau einschl. Nebenwerke und Ausrüstung)
für geschlossene RÜB und Stauraumkanäle nach Brunner (1997)..., 40
Abb. 10: Weg eines Partikels durch ein rechteckiges Durchlaufbecken.............48
Abb. 11: Mittlere ereignisbezogene Oberflächenbeschickung des
RÜB Kuppingen von 1995-1999...........................................................53
Abb. 12: Oberflächenbeschickung während der Überläufe des
RÜB Kuppingen....................................................................................54
Abb. 13: Schmutzkonzentrationen im Klärüberfauf des RÜB Kuppingen in
den von Stotz Knoche (1999) beprobten Ereignissen.....................59
Abb. 14: ParBkekjrößen und ihre Sedimentationszeiten im Wasser
nach Jekel (1985).................................................................................62
Abb. 15: Ablauf der Fältung und Flockung in der Wasserreinigung
nach Hahn (1987).................................................................................65
Abb. 16: Abhängigkeit der Fällung und Ftockung von pH-Wert und
Temperatur...........................................................................................68
12
Abb. 17: Wirkung der Fällung und Flockung in Abhängigkeit von
der Beschaffenheit der Regenabflüsse.................................................70
Abb. 18: Zugabe der Polymere bei der Fällung/Flockung der Regenabflüsse... 70
Abb. 19: Abscheiderfläche der Einbauten...........................................................76
Abb. 20: Weg eines Partikels durch die Absetzebene.......................................77
Abb. 21: Betriebsweise von Lamellenabscheidem nach
Schade Sapulak (1984)....................................................................79
Abb. 22: Beispielhafte schematische Darstellung der Chemikalienzugabe
an Durchlaufbecken..............................................................................83
Abb. 23: Absetzverhalten der Mischwasserinhaltsstoffe ohne (rechts)
und mit (links) Fällung und Flockung....................................................89
Abb. 24 Apparat zur Bestimmung der Partikelabsetzgeschwindigkeit
nach Brombach et al. (1993)...............................................................90
Abb. 25: Absetzverhalten der geflockten Partikel im Mischwasser.....................93
Abb. 26: Glühverlust und Wassergehalt der geflockten Partikel
im Mischwasser....................................................................................94
Abb. 27: Summenhäufigkeitsverteilung der Flockenabsetzgeschwindigkeit
im Mischwasser....................................................................................96
Abb. 28: Sedimentationsrate eines hydraulisch ideal ausgebildeten
Durchlaufbeckens bei der Fäliung/Flockung.........................................98
Abb. 29: Schematische Anordnung der Versuchsanlage auf dem Gelände
des Klärwerks Stuttgart-Büsnau...........................................................100
Abb. 30: Schema der halbtechnischen Versuchsanlage....................................101
Abb. 31: Fotografische Aufnahmen des Versuchsbeckens................................102
Abb. 32: Abhängigkeit der AFS-Konzentration und des CSB im Klärüberlauf von
der Oberflächenbeschickung bei Fällung/Flockung ohne Lamellen.....105
Abb. 33: DOC im Klärüberlauf bei Fällung/Flockung ohne Lamellen..................106
Abb. 34: Vergleich der erzielten CSB-Eümination im Klärüberiauf mit
Untersuchungen von Dohmann etal. (1994).......................................109
Abb. 35: Feststofffrachtverteilung in Durchlaufbecken bei der Fällung/Flockung
ohne Lamellen bei unterschiedlichen Oberflächenbeschickungen.......111
13
Abb. 36: Form der getesteten Lamellen..............................................................114
Abb. 37: Schema der erweiterten Versuchsanlage.............................................115
Abb. 38: Blick von oben auf das mit Lamellen sowie neuer Ablaufrinne
nachgerüstete Versuchsbecken...........................................................115
Abb. 39: Erzielte Klärüberlaufqualität bei Einbau der Lamellen FS 41.80
und Vergleich mit den Untersuchungen ohne Lamellen:......................117
Abb. 40: Erzielter Stoffrückhalt in den Versuchen mit Lamellen FS 41.80
und Vergleich mit den Untersuchungen ohne Lamellen.......................119
Abb. 41: Beschaffenheit des Drosselabflusses in den Versuchen mit Lamellen
FS 41.80 im Vergleich zu den Untersuchungen ohne Lamellen..........121
Abb. 42: Klärüberlaufqualitat bei dem Einsatz der getesteten Lamellen.............123
Abb. 43: Erzielte Konzentrationswirkungsgrade mit den getesteten Lamellen... 124
Abb. 44: Erzielter Stoffrückhalt (mit Angaben über den Drosselaustrag)
bei praxisnahen Bedingungen mit Lamellen DH 50..............................125
Abb. 45. Beschaffenheit des Drosselabflusses bei praxisnahen Bedingungen
mit Lamellen DH 50..............................................................................127
Abb. 46: Überlegungen zum Beginn der Chemikalienzugabe in
Durchlaufbecken...................................................................................132
Abb. 47: Zu erwartende Reduzierung der jährlichen direkten Gewässer-
belastung durch Fällung und Flockung des Mischwassers.................135
Abb. 48: Anordnung des Lamellenabscheiders in Durchlaufbecken..................139
Abb. 49: Kosten der Feststoffentnahme bei aktueller
Mischwasserbehandlung......................................................................145
Abb. 50: Kosten der Feststoffentnahme bei der Mischwasserbehandlung
durch Fällung/Flockung inkl. Lamellen.................................................148
Abb. 51: Kostenvergleich der Mischwasserbehandlung durch Fällung/Ftockung
inkl. Lamellen mit aktueller Behandlung nach ATV A128 (1992)..........150
Abb. 52: WirtschaföichkeHsgrenze der getesteten Ftockungstechnotogie..........151
Abb. 53: Schematische Darstellung des RÜB Kuppingen..................................154
Abb. 54: Schematische Darstellung der Anordnung der Lamellen und
Klarwassersammelrinnen im Durchlaufbecken Kuppingen..................157
14
Abb. 55: Schematische Darstellung der Unterstützungskonstruktion für die
Lamellen...............................................................................................158
Abb. 56: Schematische Darstellung der Anordnung des neuen
Beckenüberlaufe...................................................................................160
Abb. 57: Schematische Darstellung des automatischen
Lamellenspritzsystems.........................................................................161
15
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Gefahrdungspotential von Regenwassereinleitungen für
die Gewässer nach Borchardt (1999) ergänzt um N.N. (1999)..........24
Tab. 2: Literaturangaben über die Beschaffenheit der Mischwasserabflüsse.. 31
Tab. 3: Literaturangaben über den Schwermetallgehalt
in Mischwasserabflüssen......................................................................32
Tab. 4: Beurteilung der Oberlaufaktivität von Durchlaufbecken
nach Brombach Steinriede(1 999)....................................................52
Tab. 5: Relative AFS-Konzentration im Klärüberlauf bei unterschiedlicher
Oberflächenbeschickung nach Pecher (zitiert bei
Hosang Bischof (1998))...................................................................56
Tab. 6: Mittlere Konzentrationswirkungsgrade von Durchlaufbecken
nach Brombach Michelbach (1997).................................................56
Tab. 7: Schmutzkonzentrationen im Klärüberlauf der Durchlaufbecken...........57
Tab. 8: Mechanismen zur EntStabilisierung der Suspensa
nach Klute (1979)................................................................................63
Tab. 9: Verfahrensschritte der Fällung/Flockung nach DVGW-Merkblatt
W 217 (1987)........................................................................................66
Tab. 10: Dimensionierungsdaten des Rohrreaktors...........................................75
Tab. 11: Analytische Methoden und verwendete Messgeräte............................87
Tab. 12: Beschaffenheit des analysierten Mischwassers bei Untersuchungen
zum Absetzverhatten der geflockten Partikel........................................88
Tab. 13: Einfluss der Fällung/Flockung auf den Schlammanfall
im Mischwasser - Ergebnisse der Laboruntersuchungen.....................91
Tab. 14: Abmessungen des Versuchsbeckens..................................................101
Tab. 15: Hydraulische Verhältnisse im Becken bei den Untersuchungen..........104
Tab. 16: Erzielte Konzentrationswirkungsgrade bei der Fällung/Flockung
ohne Lamellen......................................................................................107
Tab. 17: Untersuchungsergebnisse zur AFS- und CSB-Verteilung
im Becken.............................................................................................110
16
Tab. 18: Technische Charakteristik der getesteten Lamellen.............................114
Tab. 19: Erzielte Konzentrationswirkungsgrade - Ergebnisvergleich
ohne und mit Lamellen.........................-................................................118
Tab. 20: Vorschläge zum Beginn der Chemikalienzugabe
in Durchlaufbecken...............................................................................136
Tab. 21: Kostenübersicht über die konventionelle Mischwasserbehandlung.....144
Tab. 22: Kostenübersicht über die Mischwasserbehandlung
in Durchlaufbecken durch Fällung/Flockung inkl. Lamellen..................147
Tab. 23: Vergleich der einwohnerbezogenen Kosten der Mischwasserbehandlung
durch Fällung/Flockung inkl. Lamellen bei Vs von 12-30 mVha
mit konventioneller Behandlung bei Vs von 40 rrrVha...........................150
Tab. 24: Kostenvergleich hinsichtlich der Erweiterung einer bestehenden
Mischwasserbehandlungsanlage..........................................................152
Tab. 25: Bemessung und heutiger Stand des Regenüberlaufbeckens
Kuppingen.............................................................................................155
17
Anhangsverzeichnis
Anhang 1: Charakteristische Daten zum Ausspülverhalten von Strecken und
Einzugsgebieten in Untersuchungen von Krauts Stotz (1985).............180
Anhang 2: Mindestanforderungen an das Abwasser für die Einleitungsstelle
in das Gewässer nach AbwV (1999)....................................................181
Anhang 3: Mittlere Ganglinien des Trockenwetterabflusses und der mittleren
Schmutzkonzentrationen in Stuttgart-Büsnau......................................182
Anhang 4: Bemessung des Drosselabflusses der Versuchsanlage
nach N. N. (1987)..................................................................................184
Anhang 5: Ermittlung des Abminderungsfaktors Ka für die Übertragung
der Laborergebnisse auf eine Großanlage...........................................185
Anhang 6: Datenvergleich für das Kanalnetz Stuttgart-Büsnau von
1968 und 1998......................................................................................186
Anhang 7: Abschätzung der direkten stofflichen Gewässerbelastung bei
Fällung/ Flockung inkl. Lamellen bei unterschiedlicher Beckengröße.. 188
Anhang 8: Investitions- und Betriebskosten der konventionellen
Mischwasserbehandlung......................................................................190
Anhang 9: Investitionskosten zur Fällung/Flockung des Mischwassers................190
Anhang 10: Betriebskosten zur Fällung/Flockung des Mischwassers.....................191
Anhang 11: Tiefe von Durchlaufbecken - Ergebnisse der statistischen
Auswertung...........................................................................................191
Anhang 12: Investitionskosten für den Lameffeneinbau in Durchiaufbecken...........192
Anhang 13: Schematische Darstellung des Entwässerungssystems
Herrenberg-West..................................................................................193
Anhang 14: Unterstützungsträger und Auftriebssicherung zwischen
Lamellenblöcken...................................................................................194
Anhang 15: Investitions- und Betriebskosten konventioneller
Mischwasserbehandlung im RÜB Kuppingen und
der Fällung/Flockung inkl. Lamellen.....................................................194
Anhang 16: Investitionskosten für die Nachrüstung des RÜB Kuppingen mit
der Flockungstechnologie inkl. Lameteneinbau...................................195
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| discipline | Allgemeines Bauingenieurwesen Umwelt |
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