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Lecture – BS Programme – GrundvorlesungWaste water treatment – Abwasserreinigung

Civil Engineering Urban Water Management

Grundvorlesung 5. FachsemesterSiedlungswasserwirtschaft 2

Abwasserreinigung1. Vorlesung

Lecture – BS ProgrammeUrban water management

waste water treatmentLecture 1

Dipl.-Ing. Pamela Meyerhttp://www.siwi.uni-essen.de

Quelle: Stadt Münster, Tiefbauamt

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Gliederung

1. Abwasserreinigung1.1 Einleitung1.2 Zielsetzung und rechtliche

Vorgaben1.3 Abwasserzusammensetzung

und Grundlagenermittlung1.4 Abwasserreinigungsverfahren

1 Waste water treatment (WWT)1.1 Introduction to WWT1.2 Objectives and requirements

for WWT1.3 Design, flows and loads of WWT

1.4 Wastewater treatment processes

Table of contents

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diffuse Einleitungen

KA

Versicke-rungsmulde

gewerblicher undindustrieller

Schmutzwasserabfluss Regen(reihe)

natürlichesEZG

RWBGrund-wasser

Kanalnetz

Gewässer oderGewässerabschnitt

Kanalnetz

Fremdwasser-abfluss

häuslicher Schmutzwasser-

abfluss übliche Systemgrenzebeim immissionsorientierten

Nachweis

Regenabfluss von unbefestigten kanali-

sierten Flächen

kanalisiertesEZG

Regenabflussvon befestigten

Flächen

Commercial and industrial waste water discharge

Legende:

EZGRWBKA

EinzugsgebietRegenwasserbehandlungsanlageKläranlageInput-Parameter in das SystemAustauschparameter zwischen SystemkomponentenSystemkomponenten

Vereinheitlichung und Herleitung von Bemessungswerten nach ATV-DVWK-A 198Unification and derivation of assessment values in compliance with ATV-DVWK-A 198

Domestic waste water discharge

Infiltration swale

Ground-water

Imported water discharge

Natural catchments area

Diffuse discharge

Receiving water or part of receiving water

Sewer network

Sewer networkRainwater-basin

Seweredcatchments

Storm water runoff from unpaved sewered surfaces

Storm water (record)

Normal system boundaries for immission-oriented proofStorm water runoff

from paved areas

STP

Legend:

STP Sewage treatment plantInput-parameter in the system

Exchange-parameter between components of the systemComponents of the system

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Gliederung







Table of contents

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Terrakottaleitungen in Knossos, um 700 v. Chr.Terracotta pipes in Knossos, about 700 a. Chr.

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Abwasserleitungen Knossos, um 700 v. Chr.Sewers in Knossos, about 700 a. Chr.

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Abwasserleitung und Toiletten in Milet, um 500v.Chr.Sewer and toilets in Milet, about 500a.Chr.

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Feldberieselung mit unterirdischer DrainageField irrigation with subsurface drainage

(im Bau, ca. 1890) (under construction, approx. 1890)

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Hochbelastete Tropfkörper, um 1960

High-rate trickling filter, about 1960

Schwachbelasteter Tropfkörper, um 1905Low-rate trickling filter, about 1905

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Rechenanlage, vor 1912; Rechengut wird maschinell entfernt

Rack, before 1912; screenings are removed mechanically

Klärbecken mit Schlammschiebern,

Settling tank with sludge slide, Bolton, 1912

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Emscherbrunnenanlage Grosslappen,Imhoff-tank „Grosslappen“

München, 1925 Munich, 1925

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Entwicklung der gesetz-lichen Anforderungen an die Abwasserreinigung

Mittelaltermiddle ages

1880 19101900 1970

1990

Development of the statutory requirements to

wastewater treatment

Robbensterben und Algenpest in der Nordsee führen zur Festlegung der Nährstoffelimination

Seal dying und algae plague in the North

Sea lead to fixing of nutrient elimination

Kanalisation auch in kleineren Städten MechanischeAbwasserreinigung

Sewerage also in smaller cities

mechanical waste water treatment

Regen- und Schmutzwasser wird in einem Kanal gesammelt und in Gewässer geleitet, Eindämmung von Epidemien

Rain and waste water are collected

in one sewer and drained into water,

damming of epidemics

Keine Kanalisation. Abwasser wird auf Straßen geleitet.

Vermischung von Trinkwasser mit Abwasser.Häufige Epidemien wie Pest und Typhus.

No sewage system.

Sewage is drained onto streets.

Mixing of drinking water and

wastewater.Frequent

epidemics like Black Death and

typhoid

Behandlung von Abwasserin Abwasserteichen

Treatment of wastewater in

wastewater ponds

Rhein ist sehr stark belastet und droht umzukippen. Biologische Abwasser-reinigung und Mindestanforderungenwerden gesetzlich formuliert.

The River Rhine is heavily polluted and threatens to

break down. Biological waste water treatment and

minimum requirementsare legally formulated.

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Gliederung







Table of contents

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Objectives and legal requirements for the

municipal waste water treatment

Zielsetzung und rechtliche Vorgaben für

die kommunale Abwasserbehandlung

• Als Rahmengesetz erfolgt die Ausfüllung und Konkretisierung durch die Landeswassergesetze

• Jedes Bundesland besitzt ein eigenes Landeswassergesetz

• Für NRW: Landeswassergesetz in Fassung der Bekanntmachung vom 25. Juni 1995

• Erlaubnisverfahren nach §7a Abs. 1

• Schmutzfrachten, Verfahren nach dem Stand der Technik

• As legal framework the fulfilment and concretion by state water laws is effected

• Each federal state has its own federal water law

• For NRW: State water law NRW in version of announcement of 25 June 1995

• permission procedure in accordance with §7a Abs. 1

• Pollutant loads, procedure according to state of the art

Wasserhaushaltsgesetzes (WHG) vom 19. August 2002

Water law dated 19 August 2003

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Zielsetzung und rechtliche Vorgaben für die kommunale

AbwasserbehandlungAbwasserverordnung (AbwV) vom

15. Oktober 2002

Objective and legal regulations for municipal

waste water treatmentWaste water ordinance of

15 October 2002Festlegung der Anforderungen für die wasserrechtliche Erlaubnis.Festlegungen für häusliches und kommunales Abwasser und für Abwasser bestimmter Industriebranchen.Dient auch der Umsetzung der EG Richtlinie 91/271/EWG über die Behandlung von kommunalem AbwasserKonzentrationen für einzelne einzuhaltende Parameter werden in der wasserrechtlichen Erlaubnis festgelegtKommunales Abwasser umfasst das häusliche Abwasser, das - unter Umständen vorgereinigte - Schmutzwasser aus Gewerbe, Industrie (Indirekteinleiter) und Landwirtschaft sowie das Regenwasser, das in die öffentliche Kanalisation eingeleitet wird.Industrielles Abwasser, das in Betriebs-Anlagen gereinigt und direkt in die Gewässer eingeleitet wird.

Determination of requirements by water right permissionDetermination for domestic and municipal waste water and industries destined for waste waterServes also the implementation of EU regulation 91/271/‘EWG for treatment of municipal waste waterConcentrations for single parameters to be adhered to are being laid down in the water right permissionMunicipal waste water includes domestic waste water, which – under circumstances pre-treated – waste water from trade, industry (indirect discharge) and agriculture as well as rainwater, which is being discharged into the public sewerage.Industrial waste water, which is being treated in operational facilities and being discharged directly into the water.

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„A permission for the discharge of waste water must only be granted, if the pollutant load of the waste water is kept low, as it is possible by adhering to the state of the art of the respective procedure.

The Federal Government lays down regulations with the acceptance of the Federal Council, which comply with the state of the art.“

„Eine Erlaubnis für das Einleiten von Abwasser darf nur erteilt werden, wenn die Schadstofffracht des Abwassers so gering gehalten wird, wie dies bei der Einhaltung der jeweils in Betracht kommenden Verfahren nach dem Stand der Technik möglich ist. Die Bundesregierung legt durch Rechtsverordnung mit Zustimmung des Bundesrates Anforderungen fest, die dem Stand der Technik entsprechen.“

Anforderungen an das Einleiten von Abwasserentsprechend § 7a Abs. 1 WHG, 2002

Requirements for dis-charge of wastewater

according to § 7a Abs. 1 WHG, 2002

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Inhalte der AbwasserverordnungContents of the waste water ordinance

- Konzentrationen für einzelne einzuhaltende Parameter werden in der wasserrechtlichen Erlaubnis festgelegtKommunales Abwasser umfasst das häusliche Abwasser, das - unter Umständen vorgereinigte - Schmutzwasser aus Gewerbe, Industrie (Indirekteinleiter) und Landwirtschaft sowie das Regenwasser, das in die öffentliche Kanalisation eingeleitet wird. Industrielles Abwasser, das in Betriebs-Anlagen gereinigt und direkt in die Gewässer eingeleitet wird.

Concentrations for single parameters to be adhered to are being laid down in the water right permissionMunicipal waste water includes domestic waste water, which – under circumstances pre-treated – waste water from trade, industry (indirect discharge) and agriculture as well as rainwater, which is being discharged into the public sewerage.Industrial waste water, which is being treated in operational facilities and being discharged directly into the water.

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Anforderungen an kommunales Abwasser entsprechend Anhang 1 der Abwasserverordnung (AbwV, 2002)

Requirements to municipal waste waterin compliance with annex 1 of the Waste Water Ordinance

Größenklassen der Anlagenkg/d BSB5 (roh)size range (raw)

CSB BSB5 NH4-N Nges Pges

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

Qualifizierte Stichprobe oder 2-Stunden-Mischprobe qualified examination

1 (< 60 kg) 150 40 -

2 (60 bis 300 kg) 110 25 -

3 (300 bis 600 kg) 90 20 10

4 (600 bis 6000 kg) 90 20 10 18 2

5 (> 6000 kg) 75 15 10 13 1

Nges entspricht Nanorg (Summe von Ammonium-, Nitrit- und Nitratstickstoff) Nges corresponds Nanorg (sum of ammonium, nitrite and nitrogen)Überwachungstemperatur für NH4-N und Nges: TÜW = 12 °C Monitoring temperature for NH4-N and Nges: TÜW = 12 °C

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Richtlinien für die AbwasserbehandlungDirectives for waste water treatment

Die Bemessung von Kläranlagen erfolgt auf der Grundlage der Arbeitsblätter der „Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall“ (ATV-DVWK). Maßgebende Arbeitsblätter sind:The dimensioning of waste water treatment plants results from the basis of work sheets of the „German Associations for water management, waste water and waste“ (ATV-DVWK). Standard working sheets are:

A 131 „Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen“(Mai 2000)„Assessment of single-step activated sludge plants”

A 135 „Grundsätze für die Bemessung von Tropfkörpern und Rotationstauchkörpern“ (Dezember 1999)“„Basics for the assessment of trickling filters and rotation contact aerators“

A 198 „Vereinheitlichung und Herleitung von Bemessungswerten für Abwasseranlagen“(April 2003)„Unification and derivation of assessment values for waste water treatment plants“ (April 2003)

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Festlegung der Abwasserabgabe erfolgt nach Schadeinheitenhier werden die Kosten festgelegt, die für eine Einleitung bezahlt werden müssen

Determination of the waste water charges results from damage units

here, the costs are determined, which must be paid for discharge

Abwasserabgabengesetz (AbwAG) vom 3. November 1994

Waste Water Levy Act of 3 November 1994

Zielsetzung und rechtliche Vorga-

ben für die kommunale Abwasserbehandlung

Objective and legal regulations for

municipal water water treatment

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Abwasserabgabe und Schadeinheitenentsprechend dem Abwasserabgabengesetz

100 mg je Liter und10 kg Jahresmenge

2 kg Halogene, berechnet als organisch gebundenes Chlor

Organische Halogenverbindungen als adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX)

5 mg je Liter und125 kg Jahresmenge

25 kgStickstoff

0,1 mg je Liter und15 kg Jahresmenge

3 kgPhosphor

20 mg je Liter und 250 kg Jahresmenge

50 kg SauerstoffOxidierbare Stoffe in chemischem Sauerstoffbedarf (CSB)

Schwellenwerte nach Konzentration und Jahresmenge

Einer Schadeinheit entsprechen jeweils folgende volle Messeinheiten

Bewertete Schadstoffe und Schadstoffgruppen

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Abwasserabgabe und Schadeinheitenentsprechend dem Abwasserabgabengesetz

(Fortsetzung)

Schwellenwerte nach Konzentration und Jahresmenge

Einer Schadeinheit entsprechen jeweils folgende volle Messeinheiten

Bewertete Schadstoffe und Schadstoffgruppen

GF = 23000 m3 Abwasser geteilt durch GF

Giftigkeit gegenüber Fischen

und1 mg 100 g5 mg 500 g50 mg 2,5 kg50 mg 2,5 kg50 mg 2,5 kg100mg 5 kgje Liter Jahresmenge

20 Gramm100 Gramm500 Gramm500 Gramm500 Gramm1000 Gramm Metall

Metalle und ihre Verbindungen:QuecksilberCadmiumChrome NickelBleiKupfer

§9 AbwAG: „Abgabepflichtig ist, wer Abwasser einleitet (Einleiter)“Der Abgabesatz errechnet sich aus Schadeinheiten (SE). Kosten für eine SE = 35,79 Euro/a

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Waste water charges and pollutant units in accordance with Wastewater Fee Law

100 micrograms per litre and 10 kilogramme annual amount

2 kilogramme Halogen, calculated as organically bonded Chlorine

organic Halogens bondings as adsorpableorganically bonded Halogens

5 milligrams per litre and 125 kilogramme annual amount

25 kilogrammeNitrogen

0,1 milligrams per litre and 15 kilogramme annual amount

3 kilogrammePhosphorous

20 milligrams per litre and 250 kilogramme annual value

50 kilogramme OxygenOxidizable matters in chemical Oxygen requirement

Marginal value according to concentration and annual value

The following measurement units comply with corresponding pollutant units

Evaluated matters and groups of pollutants

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Waste water charges and pollutant units in accordance with Wastewater Fee Law (continuation)

GF = 23000 cubic metres waste water divided by GF

Toxicity towards fish

and1 micrograms 100 gramme5 micrograms 500 gramme50 micrograms 2,5 kilogramme50 micrograms 2,5 kilogramme50 micrograms 2,5 kilogramme100micrograms 5 kilogrammeper litre annual amount

20 gramme100 gramme500 gramme500 gramme500 gramme1000 gramme Metal

Metals and their bondingsMercuryCadmiumChrome NickelLeadCopper

Marginal value according to concentration and annual value

The following measurement units comply with corresponding pollutant units

Evaluated matters and groups of pollutants

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Zukünftige Entwicklungen in der RechtssprechungFuture developments in jurisdiction

• Eine Änderung der Abwasserverordnung in Verbindung mit einer Änderung des Abwasserabgabengesetzes ist in Vorbereitung

Austausch des Parameters GF (Fischgiftigkeit nach Verfahren DIN 38412-L31) durch den Parameter GEI (Fischgiftigkeit nach Verfahren DIN 38415-T6)Austausch des Parameters CSB durch TOC

• Change of Waste Water Ordinance in connection with change of the Waste Water Ordinance is in preparation

Exchange of parameters G f (fish toxicity in compliance with procedure DIN 38412-L31) through parameter G (fish toxicity in compliance with procedure DIN 38415-T6)Exchange of parameters CSB through TOC

• Auswirkungen dieser Änderungen sind:Umstellung sämtlicher BescheideUmstellung des Kläranlagenbetriebes auf geänderte ÜberwachungsparameterÜberarbeitung und Fortschreibung der technischen Regelwerke

• Impacts of these changes are:Conversion of all notificationsConversion of sewage treatment plant of modified monitoring parameterRevision and recording of the technical bodies of legislation

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Abwasserzusammensetzung und Grundlagenermittlung

Waste water composition and determination of principles

Abwasserzusammensetzung und GrundlagenermittlungWaste water composition and determination of principles

• Abwasserinhaltsstoffe und deren Wirkung• Abwasseranfall • Mischwasserabfluss nach A 198• Gewässergüteklassen• Waste water ingredients and their effect• Amount of waste water• combined sewage in accordance

with A 198• Water quallity classes

Giftige StoffeToxic matter

Höhere TemperaturenHighertemperatures

Sand, sand, Schlamm, sludge

Stoffe, die Flora und Fauna beeinflussen. Substances, which effect floraand fauna

Schadstoffhaltige Abwässerpolluted waste water

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Unification and derivation of the assessment values in compliance with ATV-

DVWK-A 198• Derivation of unificated assessment values for drainage

systems and municipal waste water treatment plants• Provision of a uniform system for abbreviations• New approach for the cut between drainage and waste

water treatment plant

Vereinheitlichung und Herleitung von

Bemessungswerten nach ATV-DVWK-A 198

• Herleitung von vereinheitlichten Bemessungswerten für Entwässerungssysteme und kommunalen Kläranlagen

• Bereitstellung eines einheitlichen Systems für Kurzzeichen

• Neuer Ansatz für die Schnittstelle Kanal – und Kläranlage

Gewerblicher und industrieller Schmutzwasserabfluss

commercial and industrial waste water discharge

Häuslicher Schmutzwasser-abflussdomestic waste water discharge

Kanalnetzsewer network

Fremdwasserpercolating water Gewässer

receiving water

KASTP

Niederschlagstorm water

Regenabfluss von befestigten Flächenstorm water runoff from paved area

Regenabfluss von unbefestigten kanalisierten Flächenstorm water runoff from unpaved sewered area

RWGrainwater-basin

Optimierungsansatz nach A 198approach of improvement based on A 198

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Stickstoffeinträge in die Gewässer der Bundesrepublik Deutschland

Nitrogen discharge into waters in Germany

(Quelle: Umweltdaten Deutschland 1998, Umweltbundesamt)

Punctual discharge Diffuse dischargeRain water

Domesticwastewater

Industr.wastewater

Precipitation

Direct discharge agriculture

DrainageErosion

Indirectdischarge(groundwater)

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Gliederung






and loads for design of WWT1.4 Wastewater treatment processes

Table of contents

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Charakteristik und Herkunft von gewerblichem und industriellem Schmutzwasser

Characterisation and origin of industrial and commercial foul water

• kann schwer abbaubare organische Substanzen, Öle, Fette, Schwermetalle, Salze, Gifte und ätzende Stoffe enthalten

• mengenmäßig gut einschätzbar• wird z.T. auf eigenen Kläranlagen

behandelt (Direkteinleiter)

• can contain persistent organic substances, oils, grease, heavy metals, salts, toxins and corrosive substances

• quantities are predictable• some parts are treated on own WWT-

plants (direct discharger)

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Durchschnittlicher Wasserverbrauch in DeutschlandAverage water consumption in Germany

Entwicklung des personenbezogenen Wasserverbrauchs- in Liter pro Einwohner und Tag-

Development of the water consumption- Litre per inhabitant and day -

150

145

140

135

130

125

120

115

147144

140

134133 132

130 130129 130 129 128

1990 1992 1994 1996 1998 2000 ...

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Quantity of wastewater Abwasseranfall

QM = fS,QM • QS,aM + QF,aM (neu nach ATV-DVWK-A 198, 2003)(new according to ATV-DVWK-A 198, 2003)

QM = 2 • QS,max,85 + QF,aM (alt nach ATV-DVWK-A 131, 2000) (old according to ATV-DVWK-A 131, 2000)

fS,QM

Verhältnis zwischen 85%-Wert und Jahresmittelwert:Ration between 85%-value and annual average:Qs,d,85/Qs,aM

Spitzenfaktor gemäß A 118:peak coefficient according to A 1181/8 (ländliche Gebiete)

(rural areas)1/16 (Großstädte)

(large cities)

fS,QM = 6 - 9 (kleine Einzugsgebiete)(small catchments)

fS,QM = 3 - 6 (Großstädte)(large cities)

QS,aM = QH,aM + QG,aM = EZ • Ws,d,aM/86400 +AE,G • qG [l/s]

Ermittlung des Mischwasserabflusses zur Kläranlage mit dem neuen Ansatz nach ATV-DVWK-A 198

Determining the combined waste water discharge to the wwt-plant with a new calculation approach according to ATV-DVWK-A198

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Amount of wastewater Abwasseranfall

0 4 8 12 16 20 24 h0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Time of day in hours Tageszeit in Stunden

Mittelwert des häuslichen SchmutzwasserabflussesAverage of the domestic

wastewater flow

x-times the average x-fache des Mittelwertes

Schwankung des häuslichen Schmutzwasserabflusses

Variation of the domestic wastewater flow

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Percolated water Fremdwasser

Herkunft

• diffuse Quellen (Drainagewasser)

• Bäche

• Wasserhaltungen auf Baustellen

• Undichtigkeiten Kanalisation (Grundwasser)

sources

• diffuse sources (drainage water)

• streams

• sump drainage on construction sites

• leaky sewers (groundwater)

Fremdwasser ist Wasser das in die Kanalisation

gelangt, obwohl es sauberer ist als das im Ablauf der Kläranlage

Percolated water is water, which reaches the sewer even though it is cleaner compared to the output water of a WWT-Plant

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Häufigkeitsverteilung der Fremdwasseranteile von 1461 kommunalen Kläranlagen (Jahr 2000)Frequency distribution of percolating water rate of 1464 communal waste water treatment plants

(year: 2000)

source: Quelle: Arbeitsbericht ATV 2003

Fremdwasseranteil in % vom SchmutzwasserPercolating water rate in % of the foul water

20 30 40 50 60 70 80 90 10000

10

102030405060708090

100

Sum

men

ante

ile in

%su

mm

atio

n ra

te in

%

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Ermittlung der Fremdwassermenge über das Nachtminimum

Determination of the percolating water amount on the basis of the night-time minimum

Nachtminimum

Abflussganglinie ausgewählte Trockenwettertage Kanal Dormund Scharnhorst 2002discharge hydrograph of selected dry weather flow days of sewer Dortmund Scharnhorst (2002)

night-time minimumflow

in l/

s

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Waste Water Contents Abwasserinhaltsstoffe

CH4 H2SCO2NH3

O2

Anaerob

Tote Biomasse

Algen

Faulgas

Faulschlamm

Dead biomass

algae

digester gas

digested sludge

unaerobic

Nährstoffe: Eutrophierung durch N und P, besonders in stehendem Gewässer durch starkes Algen-wachstum,Probleme bei Algensterben

Nutrients: Eutrophication by N and p, especially in still waters by heavy growth of algae, problems with dying of algae

Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf Gewässer

Characterisation regarding effect on water

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Waste water contents Abwasserinhaltsstoffe

Störstoffe: Störung technischer Einrichtungen zur Gewinnung und Reinigung von Wasser z. B. durch Sand, Öl, korrosive Stoffe etc.

Contraries: Disturbance of technical equipment extraction and treatment of water, e.g with sand, oil and corrosive substances etc

Zehrstoffe: Sauerstoffverbrauch im Gewässer durch Organik, gemessen als CSB und BSB5

Demanding substances: Oxygen consumption in water by organic, measured as COD and BOD

Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf

Gewässer

Characterisation regarding the effect on water

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AbwasserinhaltsstoffeWaste water contents

Charakterisierung bezüglich der Wirkung auf Gewässer:Characterisation regarding effect on water:

Giftstoffe Vergiftung im Gewässer durch hemmende und toxische Wirkungen infolge von Giften, Radioaktivität, Bakterien und Viren

Toxic substances Contamination in water by repressing and toxic effects as a result of toxics, radio activity, bacteria and viruses

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Waste water contents AbwasserinhaltsstoffeClassification of waste water contents Klassierung der Abwasserinhaltsstoffe

Stoffe im Abwassersubstances in waste water

gelöste Stoffedissolved matters

(< 0,45 µm)

anorganischeinorganic

Nitrat, Phosphornitrate, phosphorous

organischeorganicCSB, BSB5

anorganischeinorganic

anorgTS

organischeorganicCSB, BSB5

abbaubaredegradable

inerteinert

partikuläre Stoffe particulate matters

(> 0,45 µm)

abbaubaredegradable

inerteinert

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Organische StoffverbindungenOrganic bonding of substances

• Die organische Chemie umfasst alle Kohlenstoffverbindungen mit Ausnahme der wasserstofffreien Chalkogenide (z.B. Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Schwefelkohlenstoff) und deren Verbindungen (Kohlensäure, Carbonate), sowie der Carbide und Metallcarbonyle.

• The organic chemistry comprises all carbon bodnings with the exception of the hydrogen free chalkogenides (e. g. carbon monoxid, carbon dioxid and carbon disulfide) and their bondings (carbonic acid, carbonate), as well as carbide and metal carbonyles.

• Biologisch abbaubare organische Stoffe dienen als Nährstoffe für Mikroorganismen (Bakterien, Pilze...). Zur Energiegewinnung werden die organischen Stoffe unter Sauerstoffverbrauch umgesetzt.

• Biologically degradable organci substances serve as nutrients for micro organisms (bacteria, fungi...). For energy extraction the organic substances are converted under oxygen consumption.

• Zu viele organische Stoffe im Wasser führen zum vermehrtem Wachstum vonMikroorganismen und zum sauerstoffarmen Milieu im Wasser.

• Too many organic substances in the water lead to increased growth of micro organisms and oxygen lacking setting in the water.

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Waste water contents Abwasserinhaltsstoffe carbon Kohlenstoff

gesamter Kohlenstofftotal carbon TC

anorganischer Kohlenstofftotal inorganic carbon TIC

organischer Kohlenstofftotal organic carbon TOC

chemischer SauerstoffbedarfChemical oxygen demand

CSB

biochemischer SauerstoffbedarfBiochemical oxygen demand

BSB

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Beschreibt die gleichartigen Merkmale der unterschiedlichen Abwasserinhaltsstoffe, die durch ein bestimmtes Analyseverfahren nachgewiesen und bestimmt werden können.

Summenparameter für Abwasser• Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) • Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) • Fischgiftigkeit• gesamter gebundener Kohlenstoff• adsorbierbare organisch gebundene

Halogene (AOX)

Describes the similar characteristics of the different waste water contents, which are accounted for in a certain analysis procedure and can be determined.

Summation parameter for waste water:• biochemical oxygen demand (BOD)• chemical oxygen demand (COD)• fish toxicity• total bonded organic carbon (TOC) • adsorbable organic halogen bondings (AOX)

Summenparametersummation parameter

Summenparameter und Einzelstoffe

Summation parameter and single substances

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Ein Einzelstoff ist ein Element aus der Menge der Schmutzstoffe

Einzelstoffe im Abwasser:• Nitrat (NO3)

• Nitrit (NO2) • Ammonium (NH4) • Phosphor (P)

A single substance is an element of the mass of sewage

Single substances in waste water:• nitrate (NO3)• nitrite (NO2)• ammonium (NH4)• phosphorous (P)

Einzelstoffesingle substances

Summenparameter und Einzelstoffe

Summation parameter and single substances

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Summation parameters Summenparameter

TOC Gehalte ingering belastete Gewässer: 1-2 mg/l stark verschmutzten Gewässern: > 10 mg/l

TOC content in low polluted water:: 1-2 mg/l highly polluted water : > 10 mg/l

Vorteil: Sehr schnelle Ermittlung im Labor mit kleinen Probenmengen. Die Wasserinhaltstoffe werden verbrannt, und die ent-stehendeKohlendioxidmenge wird durch Infrarotspektroskopie bestimmt.

Erfassung des gelöste organische und des partikulär organisch gebundene Kohlenstoffes.

Advantage: Very fast determination in laboratory with little sample quantities. The water contents are burned, and the produced amount of carbon dioxide is determined by infra red spectroscopy.

Compilation of the dissolved organic and the particular organically bonded carbon.

Konzentration an organisch gebundenem Kohlenstoff als Maß der organischen Substanzen im Abwasser. TOC und CSB beziehen sich auf die gleichen Teilmengen an Schmutzstoffen im Abwasser.

Concentration of organically bonded carbon as value of the organic substances in waste water. TOC and COD refer to similar subsets of pollutants in waste water.

TOC [mg/l]TOC [mg/l]

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Summation parameter Summenparameter

BSB [mgO2/l]BOD [mgO2/l]Maßzahl für die Menge an im Wasser gelöstem Sauerstoff, der in einer bestimmten Zeit durch Mikroorganismen zum biologischen aeroben Abbau gelöster organischer Verbindungen im Abwasser benötigt wird (Veratmung). Der Verbrauch nach 5 Tagen bei 20°C wird ermittelt (BSB5).

Measured value for the amount of the oxygen dissolved in water, which is required in a certain time by micro organisms for biologic aerobic degradation of dissolved bondings in waste water (endogenous respiration). The consumption is determined after 5 days at 20 degrees.

BSB ist nur eine Teilmenge des CSB.Verhältnis BSB:CSB ca. 1:2

BSB is only a subset of the CSB.Ration BSB:CSB approx. 1:2

BSB < CSBBOD < COD

Menge an Sauerstoff, welche zur Oxidation der gesamten im Wasser enthaltenen organischen Stoffe verbraucht wird. Bestimmung im Labor mit Zugabe von Kaliumdichromat zum Abwasser.

Amount of oxygen, which is used for oxidation of all organic substances in the water.Determination in laboratory with addition of calium dichromate to waste water

CSB [mgO2/l]COD [mgO2/l]Kaliumdichromatcalium dichromate

Abwasserwaste water

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COD (chemical oxygen demand)

1. Sulfuric acid, silverions (catalyst) and potassicdicromate (oxidant) were added to the sample

2. For the oxidation of organic dissolved matter the sample is boiled two hours at 148°C (= boiling temperature) with reflow.

organic matters

cooling water

before after

3. Remaining oxidant is determined with Fe2+-ionic (Re-Titration). After cooling down the quantity of oxidateddichromates can be calculated. The result gives the COD in mgO2/l.

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Biochemical oxygen demand (BOD)

1. The water sample is spiked with bacterious, oxygen saturated water.

bacteria

2. The content of oxygen is determined.

3. The sample is sealed and stored by 20°C. The bacteria degrade parts of the organic matter by using oxygen.

4. After 5 days the oxygen content is measured. The ascertainable oxygen consumption (BOD) is calculated in mg O2/l

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Waste Water Contents AbwasserinhaltsstoffeNitrogen Stickstoff

TKN - NH -N

gesamter Stickstofftotal nitrogen Nges

organischer Stickstofforganic nitrogenNorg = 4

anorganischer Stickstoffanorganic nitrogen

Nanorg

NitritnitriteNO 2-N

Ammoniumammonium

NH4-N

NitratnitrateNO 3-N

Kjeldahl StickstoffKjeldahl nitrogenTKN= Norg +NH4-N

Wichtig ! Bemessungs- und Grenzwerte beziehen sich meist auf den Stickstoff in der Verbindung:Important!In most cases the measurement and marginal values refer to nitrogen in a chemical bond:

NH4 – N → 14/18 (Gewicht N/Gewicht Verbindung)(weight N/weight compound)

NO3 – N → 14/62 (Gewicht N/Gewicht Verbindung)(weight N/weight compound)

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Waste Water Contents AbwasserinhaltsstoffeNitrogen Stickstoff

NH4+ Ammonium ⇒ sauerstoffzehrend, eutrophierend

NH3 Ammoniak ⇒ starkes Fischgift (0,1 – 0,8 mg/l toxisch)

NO2- Nitrit ⇒ starkes Fischgift (0,15 – 0,55 mg/l toxisch)

NO3- Nitrat ⇒ eutrophierend

NH4+ ammonium ⇒ Oxygen demanding, eutrophication

NH3 ammonia ⇒ Strong fish toxin (0,1 – 0,8 mg/l toxic)

NO2- nitrite ⇒ Strong fish toxin (0,15 – 0,55 mg/l toxic)

NO3- nitrate ⇒ Eutrophication

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NH4+ / NH3 – balance NH4

+ / NH3 – Gleichgewicht

pH-value

Ammonium-Stickstoff existiert im Wasser als Ammoniumion NH4

+ und als Ammoniak NH3. Der relative Anteil NH4

+ / NH3 ist abhängig vom pH-Wert und von der Temperatur.

Ammonium nitrogen exists in water as ammoniumion NH4

+ and as ammoia NH3. The relative proportion NH4

+ / NH3 is dependent on the pH-value and temperature.

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Wastewater contents AbwasserinhaltsstoffePhosphorous Phosphor

• ist in vielen Fällen der limitierende Faktor für Gewässer.• führt zur Düngung und damit zu einer entsprechenden Erhöhung der Bio-masse.

Das Verhältnis N zu P für den Aufbau der Biomasse liegt bei 13/1. • essentieller Nährstoff, durch den die Eutrophierung von Gewässern gesteuert wird.

• in most cases the phosphorous is the limiting factor in waters• results in fertilization and for this reason to an adequate decrease in biomass. The

ratio of N/P for degrading the biomass is 13/1• essential nutrient, which effects the eutophication in waters

Hauptquelle: fäkale AusscheidungenMain source: faecal excrement

gesetzlichen Begrenzung des Phosphatgehalts in Waschmitteln legitimate limitation of phosphorous content in detergents

deutliche Verminderung der Phosphorfracht im Rohabwasserclear increase of the phosphorous load in raw wastewater

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Abwasserinhaltsstoffe

- Schlammablagerungen, Fäulnisvorgänge, Sauerstoffzehrung

- Sauerstoffzehrung- Sauerstoffzehrung

- Sauerstoffzehrung, Toxizität, Probleme bei nachgestalteter Trinkwasseraufbereitung

- Eutrophierung, Sauerstoffzehrung, Probleme bei nachgeschalteter Trinkwasseraufbereitung

- Toxizität, Akkumulation in der Nahrungskette Probleme bei nachgeschalteterTrinkwasseraufbereitung

- Verschlechterung der Hygienischen Beschaffenheit

Stoffgruppen und deren Wirkung auf die Gewässer• Absetzbare Stoffe ASS [mg/l]

• Abfiltrierbare Stoffe AFS [mg/l]• Nichtabsetzbare, biologisch

abbaubare organische Stoffe• Ammoniak NH 3 [mg/l]

• gelöste anorganische Nährstoffe(Nitrat NO3, Phosphat Pges)

• gelöste biologisch resistente Stoffe• gelöste anorganische Stoffe

• pathogene Mikroorganismen

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Wastewater contents

- Sludge sedimentation, digestion processes oxygen demanding

- oxygen demanding- oxygen demanding

- oxygen demanding, toxicity, problems with downstream drinking water purification

- Eutrophication, oxygen demanding, Problemswith downstream drinking water purification

- Toxicity, accumulation in the food chainProblems with downstream drinking water purification

- Worsening of hygienic conditions

Groups of substances and their effects on waters• Deposable solids [mg/l]

• Filterable solids [mg/l]• Non-settle able, biological

degradable organic solids• ammonia NH 3 [mg/l]

• dissolved anorganic nutrients (nitrate NO3, phosphorous Pges)

• dissolved biological resistant solids• dissolved anorganic solids

• Pathogenic microorganism

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Zusammenfassung der relevanten Parameter zur Bewertung der Verschmutzung von Abwasser

summary of the relevant parameters to estimate the pollution rate of wastewater

OrthophosphatOrthophosphorousPO4-P

GesamtphosphorTotal phosphorousPges

AmmoniumAmmoniumNH4-N

GesamtstockstoffTotal nitrogenNges

Gesamt organischer KohlenstoffTotal organic carbonTOC

Chemischer SauerstoffbedarfChemical oxygen demandCOD CSB

Biologischer SauerstoffbedarfBiological oxygen demandBOD BSB5

Abfiltrierbare StoffeTotal suspended solidsTTS AFS

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Average concentration in mg/l Mittlere Konzentrationen in mg/lStoffsubstance Schmutzwasserabfluss

wastewaterRegenwasserabfluss

storm waterAFS 400 150

BSB BOD 300 12

CSB COD 600 120

TOC 150 30

Nges 60 2,25

NH4 - N 40 1,5

Pges 20 2

PO4 - P 12 1,5

Wastewater contents AbwasserinhaltsstoffeMittlere Konzentrationswerte

im AbwasserMedium concentration in

wastewater

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Abwasserinhaltsstoffe

• Absetzbare Stoffe ASS [mg/l] • Abfiltrierbare Stoffe AFS [mg/l]• Nichtabsetzbare, biologisch

abbaubare organische Stoffe• Ammoniak NH 3 [mg/l]• gelöste anorganische Nährstoffe

(Nitrat NO3, Phosphat Pges)• gelöste biologisch resistente Stoffe• gelöste anorganische Stoffe• pathogene Mikroorganismen

- Siebung und Sedimentation - Mikrosiebung, Filtration- Biologische Verfahren

- Oxidation von Ammonium (Nitrifikation)- Nitrifikation und Denitrifikation, - chemische und biologische P-Elimination- Aktivkohleadsorption, chemische Oxidation - Desinfektion, Sandfilter

Stoffgruppen und Reinigungsverfahren

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Wastewater contents

- Sieving and sedimentation- Microsieving, filtration- Biological treatment

- Oxidation of ammonium (Nitrification)- Nitrification und Denitrification,

- Chemical and biological P-elimination- Activated carbon adsorption, chemical oxidation - Desinfection, sand filter

Groups of substances and treatment processes

• Deposable solids [mg/l]• Total suspended solids [mg/l]• Non-settleable, biological

degradable organic solids• ammonia NH 3 [mg/l]• dissolved anorganic nutrients

(nitrate NO3, phosphorous Pges)• dissolved biological resistant solids• dissolved anorganic solids• Pathogenic microorganism

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Gliederung






and loads for design of WWT1.4 Wastewater treatment processes

Table of contents

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Stufen der Abwasserreinigung

Mechanische Verfahren

Biologische Verfahren

Chemische Verfahren

Reststoffbehandlung/-beseitigung

Steps of WWT

Mechanical processes

Biological processes

Chemical processes

Residual product treatment/ -clearance

Abwasserreinigungs-verfahren

Procedures of wastewater treatment

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Schematische Darstellung der mechanisch biologischen Abwasserreinigung

schematic illustration of a mechanical biological wastewater treatment

Vor-klärung Nitrifikation

VNNachklärungDeni

VD

interne Rezirkulation QRz

Ablauf

Rücklaufschlamm QRS

Überschuss-schlammabzug QÜS,d

Volumen BelebungsbeckenVBB = VD + VN

Zulauf

Primär-schlammabzug QPS,d

activated sludge tank volume

inflow

primary sedimentation

primary sludge extraction

surplus sludge extraction

return-sludge

final sedimen-

tationoutflow

intern recirculation

denitri-fication nitrification

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Steps of wastewater treatment Stufen der Abwasserreinigung1. mechanische Abwasserreinigung1. mechanical waste water treatment

3. Sandfang / grit removal2. Rechen/Siebung2. racks / sieving

1. Einlaufbauwerk 1. inflow construction

4. Vorklärbecken4. primary sedimentation tank

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Steps of wastewater treatment Stufen der Abwasserreinigung2. biologische Abwasserreinigung2. biological wastewater treatment

5. Selektorbecken Vermischung mit Belebtschlamm5. selection tank; mixture with activated sludge

7. Belebungsbecken 7. activated sludge tank(Denitrifikation)(denitrification)

8. Zwischenpumpwerk8. in-between pumping station

9. Belebungsbecken9. activated sludge tank

10. Nachklärbecken10. final sedimentation

13. Pumpwerk Rücklaufschlamm13. pumping station return-sludge

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6. Dephosphatisierung6. De-phosphoring

20. Eisensalzanlage20. iron salt facility

3. chemische Abwasserreinigung3. chemical wastewater treatment

Steps of wastewater treatment Stufen der Abwasserreinigung

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Schnitt durch eine Kläranlageslice through a wastewater treatment plant

RegenüberlaufbeckenCSO

Rechenrack

Belüfteter Sandfangaeritaed grit removal

IDM-MessungIDM-measuring

Vorklärbeckenprimary sedimentation tank

Verteilerbauwerkcontribution facility

Belebungsbeckenactivated sludge tank

Verteilerbauwerkcontribution facility

Nachklärbeckenfinal sedimentation tank

biological treatment biologische Reinigungsstufe

mechanical treatment mechanische Reinigungsstufe

Rücklaufschlammreturn-sludge zur Schlammbehandlung

to sludge treatment

zur Schlammbehandlungto sludge treatment

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Dipl.-Ing. Pamela Meyer http://www.siwi.uni-essen.de

Quelle: Stadt Münster, Tiefbauamt

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!Thank you for your attention!

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