Handbuch des Umweltschutzes und der Umweltschutztechnik

zu Band 4: Additiver Umweltschutz: Behandlung von Abwässern.- 1 Abwasservermeidung.- 1.1 Vorbemerkungen.- 1.2 Gesetzliche Grundlagen.- 1.2.1 Mindestanforderungen an die Einleitung von Abwasser.- 1.2.2 Zum Begriff der gefährlichen Stoffe im Sinne des § 7 a WHG.- 1.2.3 Anforderungen an die Abwasserableitung für Indirekteinleiter.- 1.3 Ganzheitlicher betrieblicher Umweltschutz.- 1.4 Abwasserbehandlung End-of-the-Pipe oder am Ort des Anfalls bzw. vor der Vermischung.- 1.5 Stoffflußanalyse.- 1.5.1 Herangehensweise im Abwasserbereich.- 1.5.2 Wasser-Abwasserbilanz.- 1.5.3 Analyse des Stoffflußes.- 1.5.4 Datenbeschaffung.- 1.6 Methodisches Vorgehen anhand von Beispielen.- 1.6.1 Lederherstellung.- 1.6.1.1 Prozeß-und Anlagenbeschreibung, Einsatzstoffe.- 1.6.1.2 Gefährliche Stoffe.- 1.6.1.3 Übersicht abwasserlastsenkender Maßnahmen.- 1.6.2 Chemische Produktion.- 1.6.2.1 Vorbemerkungen.- 1.6.2.2 Zur Anwendung von Anhang 22 der Rahmen-AbwasserVwV.- 1.6.2.3 Beispiel LEUNA-WERKE AG.- 1.6.3 Siebdruck.- 1.6.3.1 Vorbemerkungen.- 1.6.3.2 Abwasser aus der Reproabteilung/Fotolabor.- 1.6.3.3 Abwasser aus der Siebreinigung und -entSchichtung.- 1.6.3.4 Absehbare zukünftige Entwicklungen.- Literatur.- 2 Abwasserreinigung bis zur Rezyklierfähigkeit.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Verpflichtung zum Wasserkreislauf.- 2.3 Leistung und Grenzen der biologischen Abwasserbehandlung.- 2.3.1 Anforderungen an Hochleistungs-Bioreaktoren.- 2.3.2 Kennzeichnung biologischer Abbauprozesse.- 2.3.3 Aerober biologischer Abbau von organischen Schadstoffen.- 2.3.4 Biologischer Abbau von Ammonium.- 2.3.5 Anaerober biologischer Abbau von organischen Schadstoffen mit Biogasproduktion.- 2.4 Kreislauf des Wassers in einem Produktionsbetrieb.- 2.4.1 Allgemeine Zielsetzung.- 2.4.2 Produktion und Behandlung des Abwassers.- 2.4.2.1 Strukturierung des Produktionsprozesses.- 2.4.2.2 Eingangsstufe.- 2.4.2.3 Stoff- und Energiewandlungsstufen.- 2.4.2.4 Produktstufe.- 2.4.2.5 Abwasserbehandlungsstufen.- 2.5 Grob- oder Vorreinigungsstufe.- 2.6 Fein- oder Nachreinigungsstufe.- Abkürzungen.- Literatur.- 3 Aufbau und Wirkungsweise kommunaler und industrieller Kläranlagen.- 3.1 Abwassermengen.- 3.1.1 Häusliches Schmutzwasser.- 3.1.2 Fremdwasser.- 3.1.3 Gewerbliches und industrielles Schmutzwasser.- 3.1.4 Regenwasser.- 3.1.5 Abwassersammlung und-ableitung.- 3.2 Abwasserinhaltsstoffe und Abwasserbeschaffenheit kommunaler Abwässer.- 3.2.1 Organische Belastung.- 3.2.2 Nährstoffe.- 3.2.3 Sonstige Inhaltsstoffe 98 3.3 Inhaltsstoffe und Beschaffenheit industrieller Abwässer.- 3.3.1 Organische Belastung.- 3.4 Auswirkungen von Abwasserinhaltsstoffen auf Gewässer.- 3.4.1 Einflüsse auf den Sauerstoffhaushalt.- 3.4.2 Toxische Einflüsse.- 3.4.3 Sonstige biozönotische Einflüsse.- 3.5 Gesetzliche Grundlagen der Abwasserentsorgung.- 3.6 Genereller Aufbau kommunaler Kläranlagen.- 3.6.1 Grundlagen.- 3.6.2 Behandlung und Beseitigung der Feststoffe.- 3.6.3 Erweiterung der Grundoperation der biologischen Abwasserreinigung zur Stickstoffelimination.- 3.6.4 Erweiterung der Grundoperation der biologischen Abwasserreinigung um Phosphorelimination.- 3.6.4.1 Verfahren der Fällung/Flockung.- 3.6.4.2 Weitergehende biologische Phosphorelimination.- 3.6.5 Abwasserbehandlung im ländlichen Raum.- 3.6.5.1 Entwässerungssysteme.- 3.6.5.2 Abwasserreinigung.- 3.7 Besonderheiten industrieller Aufbereitungsverfahren.- Abkürzungen.- Literatur.- 4 Abscheidung von Feststoffen aus Abwässern.- 4.1 Siebe und Rechen.- 4.2 Sedimentationsverfahren.- 4.2.1 Grundlagen der Sedimentation.- 4.2.2 Sandfänge.- 4.2.2.1 Langsandfang.- 4.2.2.2 Belüfteter Sandfang.- 4.2.3 Absetzbecken.- 4.2.3.1 Horizontal durchflossene Absetzbecken.- 4.2.3.2 Vertikal durchflossene Absetzbecken.- 4.2.3.3 Bemessung.- Abkürzungen.- Literatur.- 5 Mikrowelle Grundlagen zur biologischen Abwasserbehandlung.- 5.1 Abbau biologisch verwertbarer Stoffe des Abwassers durch Selbstreinigung.- 5.2 Energiestoffwechsel und Wachstum von Mikroorganismen.- 5.2.1 Energiestoffwechsel.- 5.2.1.1 Chemotropher Energiegewinn.- 5.2.1.2 Phototropher Energiestoffwechsel.- 5.2.2 Wachstum.- 5.2.2.1 Statische Kultur.- 5.2.2.2 Kontinuierliche Kultur.- 5.2.3 Adaptation an wechselnde Umweltbedingungen.- 5.3 Aerobe Abwasserbehandlung.- 5.3.1 Belebungsverfahren.- 5.3.1.1 Abbau organischer Schmutzstoffe.- 5.3.1.2 Mikrobielle Oxidation und Reduktion von Stickstoffverbindungen.- 5.3.1.3 Mikrobielle Oxidation von Schwefelverbindungen.- 5.3.1.4 Weitergehende biologische Phosphorentfernung.- 5.3.2 Biofilm und Flockenbildung.- 5.3.3 Mikroorganismen im Belebungsbecken.- 5.3.4 Bläh- und Schwimmschlammbildner.- 5.3.5 Krankheitserreger im Abwasser.- 5.3.6 Tropfkörper.- 5.4 Anaerobe Abwasserreinigung.- 5.4.1 Methanbildung.- 5.4.2 Sulfatatmung (Desulfurikation).- 5.5 Pflanzenkläranlagen.- 5.5.1 Teichverfahren.- 5.5.2 Bepflanzte Bodenfilter.- Abkürzungen.- Literatur.- 6 Aerobe Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung.- 6.1 Tropfkörperverfahren.- 6.1.1 Verfahrensbeschreibung.- 6.1.2 Füllmaterial.- 6.1.3 Tropfkörperhöhe.- 6.1.4 Belüftung.- 6.1.5 Reinigungsleistung.- 6.1.6 Betrieb.- 6.1.7 Bemessung.- 6.1.8 Tauchkörper.- 6.2 Belebungsverfahren.- 6.2.1 Verfahrensbeschreibung.- 6.2.2 Beckenformen und Strömungsverhältnisse.- 6.2.3 Belüftungseinrichtungen.- 6.2.3.1 Druckbelüftung.- 6.2.3.2 Oberflächenbelüfter.- 6.2.4 Reinigungsleistung.- 6.2.5 Betrieb.- 6.2.6 Bemessung.- 6.2.6.1 Bemessung nach ATV-A 131.- 6.2.6.2 Bemessung nach dem Hochschulansatz.- 6.2.6.3 Bemessung nach Pöpel.- 6.2.6.4 IAWPRC-Modell.- 6.2.7 Sonderverfahren.- 6.2.7.1 Belebungsverfahren mit Sauerstoffbegasung.- 6.2.7.2 Kombinierte Verfahren.- 6.2.7.3 Biofilter.- 6.2.7.4 Wirbelbettreaktoren.- Abkürzungen.- Literatur.- 7 Anaerobe Verfahren zur biologischen Abwasserbehandlung.- 7.1 Zielsetzung der anaeroben Schlammstabilisierung.- 7.2 Zielsetzung der anaeroben Abwasserbehandlung.- 7.3 Grundlagen.- 7.4 Milieueinflüsse.- 7.4.1 Temperatur.- 7.4.2 pH-Wert.- 7.4.3 Durchmischung.- 7.4.4 Substratzusammensetzung.- 7.4.5 Hemmende und toxische Stoffe.- 7.5 Reaktoren.- 7.5.1 Reaktoren zur Stabilisierung kommunaler Abwasserschlämme.- 7.5.2 Reaktoren zur anaeroben Abwasserbehandlung.- 7.5.2.1 Kontaktprozeß.- 7.5.2.2 Schlammbettreaktor.- 7.5.2.3 Festbettreaktoren.- 7.5.2.4 Schwebebett-und Wirbelbettreaktoren.- 7.5.3 Maschinentechnische Ausrüstung.- 7.6 Dimensionierung.- Abkürzungen.- Literatur.- 8 Biologische Behandlung von Abwässern mit schwerabbaubaren Inhaltsstoffen.- 8.1 Einleitung.- 8.2 Biologischer Abbau persistenter Abwasserinhaltsstoffe.- 8.2.1 Abwässer der teerverarbeitenden Industrie.- 8.2.2 Naphthalinsulfonsäuren.- 8.2.2.1 Naphthalinmonosulfonsäuren.- 8.2.2.2 Naphthalindisulfonsäuren.- 8.2.2.3 Amino- und Hydroxynaphthalinsulfonsäuren.- 8.2.3 Abwässer der Textilindustrie.- 8.2.4 Synthetische organische Komplexbildner.- 8.2.5 Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe.- 8.3 Ursachen für die Persistenz bestimmter Abwasserinhaltsstoffe.- 8.4 Konzepte zur Behandlung von Abwässern mit schwerabbaubaren Inhaltsstoffen.- 8.5 Einsatz von Spezialkulturen.- 8.5.1 Anreicherungstechniken zur Gewinnung von fremdstoffabbauenden Mikroorganismen.- 8.5.2 Immobilisierungsmethoden und Biofilmbildung.- 8.5.3 Trägermaterialien.- 8.5.4 Suboptimale Wachstumsbedingungen.- 8.6 Reaktoren zur Abwasserreinigung mit immobilisierten Mikroorganismen.- 8.6.1 Anaerobe Reaktoren.- 8.6.2 Aerobe Festbettreaktoren.- 8.6.3 Aerobe Fließbettreaktoren.- 8.7 Anwendungsbeispiele.- 8.7.1 Mikrobielle Reinigung komplexer naphthalinsulfonsäurehaltiger Prozeßabwässer.- 8.7.2 Biologischer Abbau problematischer organischer Inhaltsstoffe aus Teerraffinerie-Abwasser.- 8.7.3 Biologische Abwasseraufbereitung von Umlaufwässern aus Spritzkabinen der industriellen Fahrzeuglackierung.- 8.8 Zusammenfassung.- Abkürzungen.- Literatur.- 9 Hochleistungsverfahren und Bioreaktoren für die biologische Behandlung hochbelasteter industrieller Abwässer.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Aerobverfahren.- 9.2.1 Blasensäulenreaktor.- 9.2.2 Schlaufenreaktor.- 9.2.3 Hubstrahlreaktor.- 9.2.4 Festbettreaktor.- 9.2.5 Wirbelbettreaktor.- 9.2.6 Sonstige Reaktoren.- 9.2.7 Zusammenfassung Aerobverfahren.- 9.3 Anaerobverfahren.- 9.3.1 Blasensäulenreaktor.- 9.3.2 Schlaufenreaktor.- 9.3.3 Hubstrahlreaktor.- 9.3.4 Festbettreaktor.- 9.3.5 Wirbelbettreaktor.- 9.3.6 Zusammenfassung Anaerobverfahren.- Abkürzungen.- Literatur.- 10 Aerobe und anaerobe biologische Behandlung von Abwässern im Hubstrahl-Bioreaktor.- 10.1 Einleitung.- 10.2 Beschreibung des Hubstrahl- und des Pulsreaktors.- 10.2.1 Beschreibung des Hubstrahlreaktors für den aeroben biologischen Prozeß.- 10.2.1.1 Aufbau des Hubstrahlreaktors.- 10.2.1.2 Räumliche Strömung.- 10.2.1.3 Dispergierung der Luft und Sauerstoffeintrag.- 10.2.1.4 Sauerstofftransport in der Biosuspension.- 10.2.1.5 Leistungsbedarf des Hubstrahlreaktors.- 10.2.2 Beschreibung des Pulsreaktors für den anaeroben biologischen Prozeß.- 10.2.2.1 Aufbau des Pulsreaktors.- 10.2.2.2 Räumliche Strömung.- 10.2.2.3 Leistungsbedarf des Pulsreaktors.- 10.3 Aerobe biologische Elimination organischer Schadstoffe im Hubstrahlreaktor.- 10.3.1 Beschreibung des Prozesses.- 10.3.2 Verfahrenstechnische Prozeßparameter.- 10.3.3 Einige Ergebnisse für den aeroben biologischen Prozeß.- 10.3.3.1 Angaben zum Abwasser und zu den Untersuchungsbedingungen.- 10.3.3.2 Einfluß der Temperatur auf den Prozeß.- 10.3.3.3 Einfluß der Verweilzeit und der Schadstoffbelastung auf den Prozeß.- 10.3.3.4 Einfluß des Rücklaufverhältnisses auf den Prozeß.- 10.3.3.5 Einfluß der Hubfrequenz auf den Prozeß.- 10.3.3.6 Die Schlammbelastung.- 10.4 Biologische Elimination von Ammonium im Hubstrahlreaktor.- 10.4.1 Beschreibung des Prozesses.- 10.4.2 Beschreibung der Anlage.- 10.4.3 Ergebnisse für den Prozeß der Ammoniumelimination.- 10.4.3.1 Reduzierung der Kohlenwasserstoff-Verbindungen.- 10.4.3.2 Nitrifikation.- 10.4.3.3 Denitrifikation.- 10.5 Anaerobe biologische Elimination von organischen Schadstoffen mit Biogasproduktion.- 10.5.1 Beschreibung des anaeroben Prozesses.- 10.5.1.1 Einige allgemeine Eigenschaften des Prozesses.- 10.5.1.2 Biochemischer Ablauf des anaeroben Prozesses.- 10.5.1.3 Systematik der beteiligten Bakterien.- 10.5.2 Beschreibung der Anlagen.- 10.5.2.1 Einstufige Anlage.- 10.5.2.2 Zweistufige Anlage.- 10.5.3 Ergebnisse für die einstufige Anlage zur anaeroben Abwasserbehandlung mit Biogasproduktion.- 10.5.3.1 Angaben zum Abwasser und zu den Betriebsbedingungen.- 10.5.3.2 Biologischer Umsatzgrad.- 10.5.3.3 Produktion von Biogas.- 10.5.3.4 Zusammensetzung des Biogases.- 10.5.3.5 Vergleich der Gasproduktivität in verschiedenen Reaktoren.- 10.5.4 Ergebnisse für die zweistufige Anlage zur anaeroben Abwasserbehandlung mit Biogasproduktion und mit integrierter Ammoniumabscheidung.- 10.5.4.1 Angaben zum Abwasser.- 10.5.4.2 Ergebnisse für die Versäuerungsstufe.- 10.5.4.3 Ergebnisse für die Ammoniumabscheidung.- 10.5.4.4 Ergebnisse für die Methanisierungsstufe.- Abkürzungen.- Literatur.- 11 Kombination biologischer und physikochemischer Verfahren zur Elimination organischer Schadstoffe.- 11.1 Einleitung.- 11.2 Kombination aus biologischer Behandlungsstufe, Nanofiltration und chemischer Oxidation.- 11.2.1 Biologische Behandlungsstufe.- 11.2.2 Nanofiltration.- 11.3 Kombination aus biologischer Behandlungsstufe, Nanofiltration und Aktivkohle.- 11.4 Kombination aus biologischer Behandlungsstufe und Aktivkohle.- Abkürzungen.- Literatur.- 12 Thermische Verfahren zur Abwasserbehandlung.- 12.1 Einleitung.- 12.2 Berechnungsgrundlagen.- 12.2.1 Verfahren mit Hilfsstoff.- 12.2.2 Verfahren ohne Hilfsstoff.- 12.3 Adsorption.- 12.3.1 Grundlagen.- 12.3.2 Adsorptionsverfahren.- 12.3.2.1 Spezifisches Anwendungsbeispiel.- 12.4 Extraktion.- 12.4.1 Grundlagen.- 12.4.2 Physikalische Extraktion.- 12.4.2.1 Typisches Anwendungsbeispiel.- 12.4.3 Chemische Extraktion.- 12.4.3.1 Typisches Anwendungsbeispiel.- 12.5 Strippen.- 12.5.1 Grundlagen.- 12.5.2 Strippverfahren.- 12.6 Eindampfung.- 12.6.1 Grundlagen.- 12.6.2 Anwendungsbeispiel.- 12.7 Kristallisation.- 12.7.1 Grundlagen.- 12.7.2 Kristallisationsverfahren.- 12.8 Zusammenfassung.- Abkürzungen.- Literatur.- 13 Mechanische Verfahren zur Abwasserbehandlung.- 13.1 Einleitung.- 13.2 Trennen nach Dichte und Partikeldurchmesser.- 13.2.1 Grundlagen zum Einsatz von Zentrifugen in der Abwasserbehandlung.- 13.2.2 Dekanter.- 13.2.3 Separatoren.- 13.2.4 Beispiel: Äquivalente Klärfläche.- 13.2.5 Grundlagen der Flotation.- 13.2.6 Druck-Entspannungs-Flotation.- 13.3 Trennen nach der Größe: Filtration.- 13.3.1 Grundlagen der Filtration.- 13.3.2 Druckfiltration in Filterpressen.- 13.3.3 Querstromfiltration mit Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen.- 13.3.4 Beispiel: Querstromfiltration.- 13.4 Trennen nach der Ladung.- 13.4.1 Grundlagen des Stofftransports in einem elektrischen Feld.- 13.4.2 Elektrodialyse.- 13.5 Trennen aufgrund der molekularen Beweglichkeit.- 13.5.1 Osmotischer Druck.- 13.5.2 Umkehrosmose.- 13.5.3 Beispiel: Meerwasser-Entsalzung.- Abkürzungen.- Formelzeichen.- Literatur.- 14 Chemische Verfahren zur Abwasserbehandlung.- 14.1 Flockung/Fällung.- 14.1.1 Grundlagen und Begriffe.- 14.1.1.1 Flockung.- 14.1.1.2 Fällung.- 14.1.1.3 Chemikalien.- 14.1.2 Verfahren und Anlagen.- 14.1.3 Anwendungsbeispiele.- 14.1.3.1 Metallsulfidfällung.- 14.1.3.2 Behandlung von Zellstoffabwasser.- 14.2 Oxidation/Reduktion.- 14.2.1 Grundlagen und Begriffe.- 14.2.2 Verfahren und Anlagen.- 14.2.3 Anwendungsbeispiele.- 14.2.3.1 Cyanidoxidation.- 14.2.3.2 Chromreduktion.- 14.2.3.3 Zementation.- 14.2.3.4 ElektrokatalytischeMetallabscheidung.- 14.3 Neutralisation/Fällungsneutralisation.- 14.3.1 Grundlagen und Begriffe.- 14.3.2 Verfahren und Anlagen.- 14.3.3 Anwendungsbeispiele.- Abkürzungen.- Literatur.- 15 Einsatz der Mikrofiltration zur Entfernung von Krankheitserregern und Phosphor aus Abwasser.- 15.1 Einleitung.- 15.2 Das Problem der Entfernung von Krankheitserregern und Phosphor: Möglichkeiten der Mikrofiltration.- 15.2.1 Entfernung von Krankheitserregern.- 15.2.2 Überlegungen zur Auswahl der Mikrofiltration.- 15.2.3 Entfernung von Phosphor.- 15.3 Das Funktionsprinzip der Mikrofiltration.- 15.3.1 Allgemeine Beschreibung.- 15.3.1.1 Vorversuche.- 15.3.1.2 Betriebscharakteristika/Systemauswahl.- 15.3.2 Theoretische Betrachtungen zur Hohlfaser-Mikrofiltration.- 15.3.2.1 Kinetik des Partikel- und Flüssigkeitstransportes im Hohlfasermodul.- 15.3.2.2 Berechnung der Wandhaftungskräfte auf ein Partikel.- 15.3.2.3 Mechanismen der Preßluft-Rückspülung.- 15.3.2.4 Chemische Reinigung.- 15.4 Anlagenaufbau und Funktionsbeschreibung der Mikrofiltration am Beispiel eines getesteten Filtrationsverfahrens.- 15.5 Untersuchungsergebnisse.- 15.6 Kosten.- Abkürzungen.- Indizes.- Literatur.- 16 Aufarbeitungsverfahren für Rückstände aus Abwasserbehandlungsanlagen.- 16.1 Verfahrensauswahl/Rahmenbedingungen.- 16.1.1 Begrifflich-theoretischer Bezugsrahmen.- 16.1.2 Vorbehandlung der Schlämme.- 16.1.3 Komplexe Verfahrensgestaltung.- 16.2 Land- und forstwirtschaftliche Verwertung.- 16.2.1 Direktes Ausbringen.- 16.2.2 Vergärung und Kompostierung.- 16.3 Schlammentwässerung und -trocknung.- 16.3.1 Mechanische Fest-Flüssig-Trennung.- 16.3.2 Thermische Trocknung.- 16.4 Verfahren der partiellen oder totalen Verwertung der Schlamminhaltsstoffe.- 16.4.1 Überblick.- 16.4.2 Stoffliche Nutzung für chemische Umsetzung.- 16.4.3 Schlammvergärung/Schlammfaulung/ Kompostierung.- 16.4.4 Gewinnung ausgesuchter Inhaltsstoffe oder Fraktionen.- 16.4.4.1 Proteine.- 16.4.4.2 Lipide.- 16.4.4.3 Hochpolymere bakterielle Speicheriipide.- 16.5 Schlammverbrennung und -entsorgung/Deponievorbereitung und -ausführung.- 16.5.1 Einführung in die Verbrennung.- 16.5.2 Konventionelle Verbrennung.- 16.5.3 Hydro thermische Hochdruckoxidation.- 16.5.4 Deponievorbereitung und -ausführung.- Abkürzungen.- Literatur.