Überlegungen zum Einsatz unbe/üfteter Abwasserteiche

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Schlamm pro 1000 angeschlossene Einwohner- gleichwerte und Tag zugegeben werden. Die Zugabemen- ge von Schlamm aus Einzelreinigungsanlagen in einen Faulraum ist unter Berücksichtigung der Belastbarkeit und der Betriebsweise für jede Faulanlage separat zu er- mitteln.»

Verdankung

Wir danken unseren Kollegen M. Boiler, W. Gujer, W.

Munz, B. Novak, R. Schertenleib und H. Weber für ihre wertvollen Anregungen und Hilfe bei der Erstellung die- ser Publikation.

Literatur:

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570

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Adresse der Verfasser:

Dr. Heilmut Fleckseder und Vladimir Krejci, c/o EAWAG, Eidg. An- stalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz, Überlandstrasse 133, 8600 Dübendorf.

Überlegungen zum Einsatz unbe/üfteter Abwasserteiche

HELLMUT FLECKSEDER und VLADIMIR KREJCI, Dübendorf

1. Einleitung

An mit Abwässern belasteten Gewässern wurden die Vor- gänge der Selbstreinigung beobachtet, so u. a. auch bei eingestauten, langsam durchflossenen Wasserkörpern.

Um nun diese Umsetzungen nicht im Gewässer vor sich gehen zu lassen, muss im Laufe der Zeit der Gedanke aufgetaucht sein, künstlich aufgestaute Wasserkörper zu schaffen, in denen eben diese «Selbstreinigungsvorgän- ge» vor sich gehen. Unter dem Begriff «Selbstreinigungs- vorgang» ist dabei ein Absetzen, ein Umbau der nicht ab- setzbaren Verschmutzung durch heterotrophe, meist ae- robe Organismen und· schliesslich eine anaerob-aerobe Stabilisierung des am Boden akkumulierten Schlammes zu verstehen. Solche künstlich geschaffene Wasserkörper werden heute Abwasserteiche genannt.

Anhand der Intensität der Abwasser-Belastung und des physikalischen Sauerstoffeintrages kann unterschieden werden zwischen

- Absetzteichen (Abscheidung der absetzbaren Stoffe), - unbelüfteten Abwasserteichen (Reinigung von vorge-

klärtem Abwasser ohne künstlichen Sauerstoffein- trag; in den VSA-Richtlinien von 1947 und 1965 als Erdteiche bezeichnet),

Gas - Wasser-Abwasser 62. Jahrgang 1982 Nr. 11

aerobe Zone anaerobe Zone

·~~~~~~~~~geringe Schlammschicht Abb. l Sauerstoffverhältnisse in einem unbelüfteten Abwasserteich während der Vegetationsperiode (nach Eckenfelder, 1982).

- belüfteten Abwasserteichen (Reinigung von vtjrge- klärtem Abwasser mit künstlichen Sauerstoffeintrag und Durchmischung des Teichinhaltes),

- Schönungsteichen (Nachbehandlung von teilbiolo- gisch gereinigtem Abwasser).

Abwasserteiche haben sich in erster Linie in warmen Kli- maten und bei dünner Besiedlung durchgesetzt, doch gibt es siez. B. auch im kalten Mittelwesten Kanadas. Sie er- fordern meist grosse Landflächen, was zusammen mit to- pographischen und klimatischen Randbedingungen ihre Anwendung in der Schweiz einschränkt.

Die folgende Diskussion wird vor allem auf den unbelüf- teten Abwasserteich und Hinweise zum Schönungsteich beschränkt, da diese am ehesten in geeigneten Verhältnis- sen des schweizerischen Mittellandes zur Anwendung kommen könnten.

2. Unbelüftete Abwasserteiche

2.1. Prinzip der Abwasserreinigung im unbelüfteten Ab- wasserteich

Das mechanisch vorgeklärte Abwasser wird in Teiche von geringer Tiefe eingeleitet, wobei der Rest der noch absetzbaren Stoffe absinkt und die gelösten Stoffe aerob abgebaut werden. Der nötige Eintrag von Sauerstoff wird durch den Kontakt der Wasserfläche mit Luft und während der Vegetationsperiode vor allem durch die Photosynthese der Algen gewährleistet. Die Algen inkor- porieren gleichzeitig Nährstoffe aus dem Abwasser. Spä- ter sinkt ein Teil der Algen ab und wird im Sediment zu- sammen mit den übrigen absetzbaren organischen Stof- fen anaerob zersetzt. Die Produkte des anaeroben Ab- baus gelangen als Gas (z.B. Methan) in die Atmoshäre oder diffundieren wieder in die aerobe Zone, wo sie wei- ter abgebaut werden. Der Rest der Algen fliesst aus dem Abwasserteich ab und kann die unterhalb liegenden Ge- wässer wieder belasten. Die OrProduktion der Algen hängt vor allem von den Lichtverhältnissen (Tag/Nacht) in verschiedenen Wassertiefen ab (Abbildung 1).

Tabelle l Tiefe der aeroben Zone in einem unbelüfteten Abwasser- teich in Abhängigkeit von der Abwasserbelastung (Oswald, 1968)

Abwasserbelastung in g BSB₅/m² ·Tag

2,8 5,6 11,2 16,8

Sauerstoff Eindringtiefe in.Metern

1,83 1,13 0,52 0,18

Gaz -Eaux - Eaux usees 62e annee 1982 no 11

Die Sauerstoffkonzentration in verschiedenen Wassertie- fen ist aber auch von der Abwasserbelastung (OrVerbrauch zur Abwasserreinigung und Einschrän- kung der Lichtverhältnisse durch Trübung) abhängig.

Die Angaben in Tabelle 1, die aus warmen klimatischen Verhältnissen (Californien) stammen (Oswald, 1968), zei- gen deutlich den Einfluss der Abwasserbelastung auf die Mächtigkeit der aeroben Zone.

Die Mächtigkeit der aeroben und anaeroben Wasser- schicht im Abwasserteich ändert nicht nur mit dem Tag/Nacht-Rhythmus. In mitteleuropäischen Verhältnis- sen ist sie auch durch die Jahreszeit bestimmt: im Som- mer und Herbst überwiegt bei den flachen Teichen die ae- robe Schicht, im Winter und Frühling gewinnt die anae- robe Schicht an Bedeutung. So können nach der Schmel- ze der evtl. längerdauernden Eisbedeckung des Abwas- serteiches Geruchsemissionen entstehen. Die Änderung der vorwiegend aeroben oder anaeroben Verhältnisse beeinflusst zusammen mit der Wassertemperatur auch die Reinigungsleistung des Abwasserteiches (Abbildung

Die Angaben über die Abwasserteiche stammen aus dem Ausland, da in der Schweiz nur sehr wenige Abwassertei- che existieren. In Bayern wurden z.B. in den letzten 20 Jahren über 1300 unbelüftete Teiche gebaut (Bucksteeg, 1982), rund 250 Teiche entsprechen den Vorschriften der BRD für vollbiologische Abwasserreinigung (Schleypen, 1982). Auch in anderen Ländern (Frankreich, Neusee- land usw.) werden die Abwasserteiche vor allem zur Ab- wasserbehandlung in touristischen Gebieten mit Bele- gungsspitzen im Sommer mit Erfolg eingesetzt (Vuillot und Pujol, 1982).

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vorwiegend 60 -__.:;,.;;.;..,;;,;;;__ aerob

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Abb. 2 Saisonale Variation der Reinigungsleistung in einem unbelüf- teten Abwasserteich (BSB₅ im Ablauf) nach Eckenfelder (1982).

2.2. Einsatz von unbelüfteten Abwasserteichen für die Abwassersanierung in ländlichen Gebieten

Der Abwasserteich, in den VSA-Richtlinien 1947 und 1965 als Anlage zur Nachbehandlung von Abflüssen aus Faulgruben, Klärgruben und Abwasserfaulräumen auf- geführt, wird in den VSA-Richtlinien 1980 nur der Voll- ständigkeit wegen als in der Schweiz seltenes Verfahren erwähnt. Tatsächlich wurden in der Schweiz in der letz- ten Zeit fast keine Abwasserteiche gebaut und eine Um- frage bei verschiedenen kantonalen Gewässerschutzfach- stellen ergab, dass auch fast keine Erfahrungen mit die- sen Verfahren bestehen.

571

Der Abwasser te ich b ie te t jedoch e in ige Vor te i le be i der Lösung von Abwasserprob lemen in länd l ichen Geb ie ten : - Be i der En twässerung im M ischsys tem würden be i Re -

gen d ie K le ink läran lagen hydrau l isch über las te t : nach Munz (1980) l ieg t d ie Grenze der be tr iebss icheren Drosse lung in En t las tungswerken (ohne Pumpen) be i m in . 25-40 / /s , me is t höher . Im Abwasser te ich verur- sach t , im Gegensa tz zu den me is ten K le ink läran lagen , der Zuf luss von M ischwasser ke ine bedeu tenden Pro- b leme (Bucks teeg , 1982) . Obwoh l be i der En twässe- rung von k le inen S ied lungen das Trennverfahren an- ges treb t w ird , bes tehen v ie leror ts neuere M ischkana l i- sa t ionen , d ie noch lange benu tz t werden müssen . - Be i bedeu tendem und n ich t e infach e l im in ierbarem

Fremdwasseranfa l l (z .B . S ickerwasser) s ink t d ie Le i - s tung und s te igen d ie Kos ten der k le in techn ischen An- lagen . Be i den Abwasser te ichen is t h ingegen e in k le i - ner Fremdwasserzuf luss erwünsch t (VSA-R ich t- l in ien 1947 und 1965 ) .

- Be i säm t l ichen Ar ten der S tossbe las tungen (kurze S tösse , Wochenendschwankungen , sa isona le Schwan- kungen) sorg t das grosse Puffervo lumen für e ine re la- t iv ausgeg l ichene Re in igungs le is tung . Besonders vor- te i lhaf t s ind Abwasser te iche be i s tarken sa isona len Be las tungen im Sommer (Fer ienhauss ied lungen usw .) . - Be i verbo tenen , aber tro tzdem ze i twe ise in d ie Kana l i-

sa t ion ge langenden Jauche-und «S i losaf t»-Zuf lüssen , können in den Abwasser te ichen d iese «Schmu tzs tof- fe» e in igermassen schad los verarbe i te t werden (Buck- s teeg , 1982) .

- D ie Abwasser te iche brauchen ke ine masch ine l len Te i - le , ver langen deswegen ke ine techn ischen Inspek t io- nen und verursachen auch ke ine Energ iekos ten . - Der War tungsaufwand is t sehr ger ing , d ie War tung

sehr e infach (ke in Fachpersona l nö t ig) , und d ie Sch lammräumung läss t s ich bezüg l ich des Ze i tpunk tes re la t iv fre i wäh len .

Be i gee igne ten topograph ischen Verhä l tn issen und güns t igen Landpre isen können neben den ger ingen Be tr iebskos ten auch d ie Baukos ten re la t iv n iedr ig ge - ha l ten werden . Nach Bucks teeg l iegen d ie Baukos ten in Bayern be i ca . 30-50 DM / m

oder ca . 300 b is 500 Fr . /EG (Angabe während der D iskuss ion an der CEBEDEA V-Konferenz im Ma i 1982 in L iege) . A l ler- d ings kos te te der im Jahre 1981 für ca . 120 E inwohner ers te l l te Abwasser te ich in Zün ikon (Kan ton Zür ich) ink l . Vork lärung in Emscherbrunnen ca . 100 Fr . /m

oder e twa 1200 Fr . /EG (be i e inem Landpre is von 7 Fr . /m

Tro tzdem dürf ten d ie Jahreskos ten re la t iv güns t ig se in .

Neben d iesen Vor te i len ha t der Abwasser te ich auch e in i - ge Nach te i le :

- Wegen des grossen F lächenbedarfs is t der E insa tz von Abwasser te ichen nur auf k le ine Abwasserque l len be - schränk t . Während z .B . in Deu tsch land An lagen b is zu e twa 1000 EG und in Frankre ich sogar noch we - sen t l ich grössere An lagen ers te l l t werden , werden in der Schwe iz wahrsche in l ich ke ine An lagen m i t An- sch luss von über 100 b is 200 EG gebau t werden kön- nen .

- Der Abwasser te ich so l l im W in ter n ich t länger a ls 2 572

b is 4 Wochen zugefroren se in . Das l im i t ier t se inen E insa tz in den Höhen lagen über 600 b is 800 m ü . M . Im Zusammenhang m i t dem W in terbe tr ieb können vorübergehend Geruchsprob leme en ts tehen , so dass e in m in ima ler Abs tand von S ied lungen (300 m ) e in- geha l ten werden so l l te .

- Ze i twe ise s ind auch Massenen tw ick lungen von A lgen und dam i t erhöh te Gewässerbe las tungen mög l ich . Aus d iesen Gründen muss der mög l iche E insa tz e ines Ab- wasser te iches in jedem E inze lfa l l sorgfä l t ig geprüf t wer- den .

2 .3 . H inwe ise zur D imens ion ierung und Le is tung von unbe lüf te ten Abwasser te ichen

Ecken fe lder (1980) be trach te t den Abwasser te ich a ls e i - nen vo l ldurchm isch ten Reak tor , für den im s ta t ionären Zus tand g i l t :

~e =_1_ (1)

S

1 +K t

S

Zuf lusskonzen tra t ion in mg BSB

Se Abf lusskonzen tra t ion in mg BSB

K Abbaura te pro Tag

t Aufen tha l tsze i t in Tagen

Für d ie Re in igung von häus l ichem Abwasser wurde von

und

(1961 ) e in K-Wer t von 0 ,23 /Tag erm i t- te l t , in der G le ichung (1 ) wurde dann e in K-Wer t von 0 ,17 /Tag be i 20° C (K

verwende t . Ecken fe lder (1982) empf ieh l t noch d ie Tempera tur im Bere ich von 4 b is 35 ° C zu berücks ich t igen m i t :

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20 m2/E

0 5 10 15

Abb. 3 Abwasserteiche inBayern: mittlere BSB5-Ablaufwerte aus un- filtrierten Proben (Schleypen,1982).

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20 m2/E

0 5 10 15

Abb. 4 Abwasserteiche in Bayern: mittlere BSB₅-Ablaufwerte aus fil- triertenProben (Schleypen,1982).

Gas -Wasser -Abwasser 62. Jahrgang 1982 Nr. 11

KT=K20.

1 ,085

Nach den Erfahrungen aus Bayern verbesser t s ich d ie Re in igungs le is tung von unbe lüf te ten Abwasser te ichen m i t zunehmender Oberf läche , b is zu e iner spez if ischen Oberf läche von 5 m2/Einwohner . Be i e iner Vergrösse- rung der spez if ischen Oberf läche über 10 m2 /E inwohner wurden ke ine wesen t l ichen Verbesserungen der Re in i- gungs le is tung fes tges te l l t (Sch leypen , 1982) . D ies ze igen auch d ie Abb i ldungen 3 b is 6 .

D ie Sommer- /W in ter-Le is tungsun tersch iede , w ie s ie d ie D imens ion ierung nach Ecken / e lder voraussag t , müssen n ich t unbed ing t be i a l len gemessenen Parame tern auf tre- ten . D ies ze igen w iederum Angaben aus Bayern in Abb i l- dung 7, wo prak t isch ke ine Sommer- /W in ter- Un tersch iede in den CSB-Ana lysen fes tges te l l t wurden . D ieses B i ld darf aber n ich t fa lsch in terpre t ier t werden : in den Sommerana lysen s ind mehr A lgen und wen iger Ab- wassers toffe be inha l te t , im W in ter s ind prak t isch ke ine A lgen , dafür aber nur te i lwe ise abgebau te Abwassers tof- fe im Ab lauf vorhanden . D ie Sommer-und W in terab läu- fe s ind daher n ich t g le ich zu bewer ten .

Der ATV-Ausschuss 2 .6 .3 (1979 ) sch läg t vor , für Ab lauf- wer te von 20 /30 mg BSB / I (Tagesm ischproben bzw . S t ichproben) be i Wasser t iefen zw ischen 1 ,0 und 1 ,5 m d ie An lagen auf 10 m2/EG , für Ab laufwer te 30 /40 mg BSB

auf 5 m2/EG zu bemessen . S ind ke ine Abse tz te i- che vorgescha l te t , so so l l ten b is zu 5 m2 /EG höhere Wer- te angenommen werden . Von der Ges ta l tung her is t e ine Un ter te i lung in zwe i oder dre i e twa g le ich grosse E inhe i- ten wünschenswer t , da s ich das güns t ig auf das Re in i- gungsergebn is ausw irk t . Das grosse Prob lem der m i t ro- hem Abwasser besch ick ten Te iche is t in der Geruchsfrage zu suchen , d ie vor a l lem im Früh jahr m i t dem Auf tauen der E isdecke zusammenfä l l t . In den USA (Oswa ld , W .

1968 ) wurde be i 1 ,2-1 ,5 m t iefen Te ichen nur be i e iner Be las tung von ca . 1 g BSB /m

Tag im Frühjahr ke in Geruch fes tges te l l t . Be i 2 g BSB /m

Tag dauer te er 1-2 Wochen an , be i 3 g BSB /m

Tag 3-4 Wochen und be i 5-6 g BSB /m

Tag war er sogar 3 Mona te lang

100 %

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_{0 : 0} • _{5 10} • - ₁₅ · - ₂₀ - _{m2 /E}

Abb. 5 Abwasserteiche in Bayern: mittlere NH₄-N-Konzentrationen imAblauf (Schleypen,1982).

mg / l

15 \

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0 5 10 15 20 m2/E

Abb. 6 Abwasserteiche in Bayern: mittlere P04-P-Konzentrationen im Ablauf (Schleypen,1982).

spürbar . D ie le tz tgenann te Be las tung en tspr ich t be i ca . 35 g BSB /E · Tag im vorgek lär ten Abwasser (

1 EG) e iner Aus legung m i t ca . 6 b is 7 m

/EG .

mit Eis

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_./ Winter (mittl. Temp. 3. 5 °C , 157 Proben)

50

0 50 100 150 mg CSB/ l

Abb.7 CSB-Ablaufkonzentrationen der Abwasserteiche in Sommer-und Winterverhältnissen in Bayern (die Summenhäufigkeiten wurden nach Angaben von Schleypen,1982, zusammengestellt).

Gaz -Eaux-Eaux usees 62e annee 1982 no 11

573

3. Schönungsteiche

Schönungsteiche wirken als Misch- und Pufferbecken, als Absetzbecken und als biologisches System, in dem die überwiegend bakteriellen Abbauprozesse der Tropf- körper- und Belebtschlammanlagen in die Selbstreini- gungsvorgänge des Gewässers übergeleitet werden. Bei hydraulischen Aufenthaltszeiten von 2 Tagen liegt der ,Gehalt an abfiltrierbaren Stoffen in den allermeisten Fäl-

len bei Werten<

mg/ /; 10 mg/ /werden nur selten über- schritten. Die Abnahme der abfiltrierbaren Stoffe ist mit BSB

-Reduktionen von ca. 60-70% und mit COD- Reduktionen von ca. 40-60% verknüpft. Zur Begren- zung von übermässigen Algenentwicklungen wird vorge- schlagen, die Aufenthaltszeit auf 2 Tage zu begrenzen und die Teiche langerstreckt, geschlängelt oder in mehre- ren Stufen auszubilden. Dadurch wird die Durchströ- mung verbessert. Die Wassertiefe wird zu

schlagen. Weitere Hinweise können wiederum dem Bei- trag des ATV-Arbeitsausschusses 2.6.3 entnommen wer- den.

4. Schlussfolgerung

Wir sehen nach wie vor keine grosse Anwendung von Ab- wasserteichen in der Schweiz. Falls aber Fälle auftreten, wo die klimatischen, topographischen und finanziellen Verhältnisse (Bauland) dem Einsatz von Abwassertei- chen nicht im Wege stehen, könnten sie vor allem in den landwirtschaftlichen und touristischen (Sommersaison) Gebieten realisiert werden.

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Adresse der Verfasser:

Dr. Helimut Fleckseder und Vladimir Krejci, c/o EAWAG, Eidg. An- stalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz, Überlandstrasse 133, 8600 Dübendorf.

574

Gedanken zu kleinen Belebtschlammanlagen

WILLI GUJER und HELLMUT FLECKSEDER, Dübendorf

1. Einleitung

In Belebtschlammanlagen werden die aktiven Mikroor- ganismen im Belüftungsbecken in Suspension gehalten und anschliessend im Nachklärbecken vom gereinigten Abwasser abgetrennt und als Impfschlamm zum Belüf- tungsbecken rezirkuliert. Das Nachklärbecken entkop- pelt deutlich die hydraulische Aufenthaltszeit von der mittleren Aufenthaltszeit des Schlammes im Belüftungs- becken, dem Schlammalter. Diese Entkoppelung erlaubt einerseits, das Belüftungsbeckenvolumen mit höheren Belebtschlammkonzentrationen intensiver zu nutzen, an- dererseits ist dieses Verfahren aber vom Funktionieren des Nachklärbeckens abhängig - im Gegensatz dazu ist die mikrobiologische Abbauleistung z.B. eines Tropf- körpers weitgehend unabhängig vom Funktionieren der Nachklärung gewährleistet.

Extrem formuliert heisst das, dass Belebungsanlagen in einem labilen Gleichgewicht betrieben werden, wobei die Absetzeigenschaften des Schlammes, die kurzfristig sehr stark variieren können, bei gegebenem Belüftungs- becken, Nachklärbecken und Abwasseranfall die zulässi- ge Belebtschlammkonzentration bestimmen. Viele der positiven Leistungen einer Belebungsanlage verbessern sich, wenn grössere Belebtschlammengen im Belüftungs- becken gehalten werden, insbesondere die Schlammstabi- lisierung, die Nitrifikation, der Abbau von gelösten orga- nischen Verbindungen usw. Da es aber eine obere Grenze für die zulässige Belebtschlammkonzentration gibt, wird gelegentlich Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken in den Ablauf ausgeschwemmt. Damit kann kurzfristig die Vorflut sehr stark belastet werden. Hohe hydraulische Belastung sowie das Phänomen «Blähschlamm» können die Ursache sein.

2. Einschränkungen bei kleinen Anlagen

Belebtschlammanlagen sind in der Schweiz das am weite-

sten verbreitete Verfahren zur biologischen Abwasserrei-

nigung. Leider lassen sich die vielen positiven Erfahrun-

gen mit diesem V erfahren nur beschränkt auf kleine An-

lagen übertragen. Während in grossen Anlagen der Pro-

zess laufend (täglich) überwacht wird und bei Fehl-

entwicklungen korrigierend eingegriffen werden kann,

müssen kleine und kleinste Anlagen über längere Zeit sta-

bil sein und ohne (fachkundige) Überwachung auskom-