Versuch zur Optimierung eines Nachklärbeckens

Bestand und Stand der Technik

Ein Nachklärbecken hat die Aufgabe, den Belebtschlamm durch Absetzen vom biologisch gereinigten Abwasser zu Trennen. Der abgetrennte Schlamm wird in der Mitte des Beckens im Schlammtrichter gesammelt, statisch eingedickt und wieder zur Biologie zurück geführt, während das gereinigte Wasser über eine sogenannte Kimmrinne von der Oberfläche abläuft.

Auf der ARA Unteres Pustertal sind zwei identische Nachklärbecken im Betrieb, die vor mehr als 25 Jahren geplant wurden. Heute würde man diese Becken vermutlich anders gestalten, da seither das technische Wissen und Verständnis der strömungstechnischen Vorgänge in einem Absetzbecken enorm gestiegen ist.

Auffallend: in unseren Becken gibt es keinen Leitboden, der die Strömung aus dem Einlaufbauwerk, dem sogenannten Königsstuhl, nach außen in das Becken führt.

Bestand und Stand der Technik — Bauplan der bestehenden Nachklärbecken, Schnitt

Verschiedene Betriebszustände verlangen andere Einströmöffnungen

Früher wurden diese Becken statisch für den maximalen Zufluss ausgelegt. Die reale Belastung ist aber äußerst dynamisch: Zuflußmengen können bereits über den Tag stark schwanken, dazu kommen saisonale Einflüsse, Schlammindex, Trockensubstanz und Flockenstruktur des Belebtschlammes.

Mit moderner Messtechnik und der enormen Rechenleistungen von Computern sind heute komplexe Strömungssimulationen auf Basis von langjährigen Erfahrungen möglich, die es nun erlauben, die hydraulischen Strömungen, Geschwindigkeitsverteilungen und Dichteströme nachzubilden und strömungsoptimierte Becken den tatsächlichen Betriebszuständen anzupassen.

Hier eine sehr gute Publikation für alle. die in die Materie eintauchen wollen. Sie ist zwar schon fast 20 Jahre alt, bietet aber einen guten Überblick:

Institut für Strömungsmechanik
und Elektronisches Rechnen im Bauwesen
der Universität Hannover
Bericht Nr. 73/2006
Sebastian Schumacher
Leistungsbestimmende Prozesse in Nachklärbecken
- Einflussgrößen, Modellbildung und Optimierung -

Heute werden auch häufig verstellbare Einlaufbauwerke gebaut.

Verschiedene Betriebszustände verlangen andere Einströmöffnungen — Strömungssimulationen im NKB; Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen der Universität Hannover, aus Bericht Nr. 73/2006, Sebastian Schumacher

Problematik

Bei 'normalen' Betriebszuständen funktionierten unsere Nachklärbecken ohne Probleme. Es gab aber in den letzten Jahren aufgrund veränderter Schlammparameter (Index) häufig Probleme: wenn beide Becken parallel betrieben wurden, kam es öfters zum Verschluß des Rücklaufschlamm-Ablaufs in einem Becken und zu einer ungleichmäßigen Schlammverteilung. Die Folge war, daß sich der Schlamm in einem Becken aufstaute und das andere nicht mehr beschickt wurde. Das wiederum verursachte ein starkes Absinken der RLS-TS und damit verbunden Probleme bei der Eindickung und in der Belebung. Diese Verstopfung konnte zwar recht einfach behoben werden, trotzdem sollte so etwas nicht vorkommen und wir fanden keine zufriedenstellende Lösung, die zuverlässig funktionierte. Am sichersten war es, nur ein Becken in Betrieb zu lassen, dann allerdings konnte es zur Überlastung und damit verbunden zu Schlammabtrieb bei Starkregenereignissen kommen.
Bei hohem Index und damit verbundenen schlechten Absetzeigenschaften lagerte sich außerdem viel Schlamm im Becken ab, der vom Räumer nur schlecht in den Schlammtrichter befördert werden konnte.

In Gesprächen mit verschiedenen Fachleuten wurde die Problematik durchaus bestätigt, aber eine Einschätzung, ob eine Verbesserung möglich ist, konnte keiner machen. Dazu müßte man eine Vermessung und Strömungssimulation erstellen, die aber durchaus 20.000€ und mehr kosten kann. Danach müssen die Resultate immer noch im realen Betrieb nachgewiesen werden.

Eigener Versuchsaufbau

So kam es, daß wir nach langen Überlegungen selbst aktiv wurden: wir wollten es einfach austesten, ob man eine Verbesserung im Betrieb erreichen kann. Dazu haben wir eine eigene Rohrkonstruktion aus Edelstahlrohren mit einer PVC-Teichfolie als Strömungsleitplane bespannt und in eines der beiden Nachklärbecken eingebaut. Die Materialkosten dazu waren verhältnismäßig gering, alle Schweiß- und Montagearbeiten wurden von uns selbst ausgeführt. Aus Gründen der Stabilität und Sicherheit wollten wir die Konstruktion aber nicht mehr höhenverstellbar einsetzen, wie ursprünglich geplant. Der Versuchs-Einbau erscheint uns trotzdem sehr gelungen, das Becken konnte anschliessend wieder gefüllt und in Betrieb genommen werden.
Damit können wir nun beide Becken, das Ursprüngliche sowie das Umgebaute, im Betrieb vergleichen.

Gleichzeitig bauten wir eine Änderung der Beschickungsstrategie in die Software ein: im Normalfall beschicken wir die Becken nun abwechselnd, nur ein Becken bleibt in Betrieb, der Zulaufschieber zum anderen Becken bleibt geschlossen. Die Umschaltung erfolgt automatisch nach einstellbarer Zeit. Nur wenn es die Zulaufmenge erfordert, werden beide Becken parallel betrieben. Diese Betriebsart hat sich bereits bewährt, ein Verschluss des Schlammabzuges ist damit ausgeschlossen.

Über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr werden wir Daten sammeln und beobachten, ob unsere Vermutungen bestätigt werden und sich mehr positive als negative Effekte einstellen, oder ob ein Rückbau in den ursprünglichen Zustand besser ist.

Das Ergebnis werden wir gerne hier wieder veröffentlichen.