Grundfach Abwassertechnik SS 2012 – 24.07.2012

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Abwassertechnik 1 (Teil 2) Studiengang (bitte ankreuzen!):

DIPLOM  BI

 WIBI

BACHELOR  BI

 UI

 WIBI

SONSTIGE  ERASMUS

 Master (alt)

_________________

Die Prüfung wird geschrieben als …  Erstanmeldung

 Wiederholung

Die Prüfung wird zusammen geschrieben mit …  Abwassertechnik (Teil 1)

 Abwassertechnik (Teil 2)

 Grundlagen der Wasserver- und Entsorgung (Teil 1, Wasserversorgung)

Allgemeine Hinweise: Außer Schreibgeräten (Kugelschreiber, Füller, Tintenschreiber etc., kein Bleistift!), Taschenrechner (leerer Speicher!) und Papier sind keine weiteren Hilfsmittel zugelassen. Rechenschritte sind nachvollziehbar anzugeben. Bitte beantworten Sie Fragen in Stichpunkten oder kurzen Sätzen.

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45 Minuten

Gesamtpunktzahl:

30

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1. Allgemein zu Abwasserbehandlungsanlagen (15,25 Punkte) 1.1 Ergänzen Sie die in Abbildung 1 fehlenden Beschriftungen in die unten stehende Tabelle.

Abbildung 1: Blockschema einer Kläranlage Nummer

Beschriftung

1

siehe Skript

2

siehe Skript

3

siehe Skript

4

siehe Skript

5

siehe Skript

6

siehe Skript

7

siehe Skript

8

siehe Skript

9

siehe Skript

10

siehe Skript

11

siehe Skript

12

siehe Skript

13

siehe Skript

14

siehe Skript

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1.2 Wozu dient die mechanische Abwasserreinigung auf einer Kläranalage? siehe Skript 1.3 Berechnen sie unter Anwendung des Stokes‘schen Gesetz die stationäre Sedimentationsgeschwindigkeit uS eines freibeweglichen einzelnen kugelförmigen Partikels (ρS = 2000 kg / m³) mit einem Durchmesser von d = 50 μm in Wasser bei einer Temperatur von T = 20°C. Überprüfen Sie ob die Annahme des laminaren Absetzens gerechtfertigt ist. Beachten Sie auch die Angaben und Formeln in Anlage 1 und Anlage 4. siehe Skript

1.4 Nennen Sie 2 wesentlichen Aufgaben der biologischen Reinigungsstufe einer Kläranlage. siehe Skript 1.5 Erläutern Sie die Begriffe aerob, anoxisch und anaerob. siehe Skript

1.6 Erläutern sie den Begriff Schlammalter und geben Sie die Dimension des Schlammalters an. siehe Skript

1.7 Nennen Sie 4 Aufgaben der Nachklärung. siehe Skript

1.8 Nennen Sie 3 unterschiedliche Arten von Schlamm welcher auf Kläranlagen anfällt und benennen Sie den Ort ihres Anfalles: siehe Skript

1.9 Nennen Sie die 3 wesentlichen Aufgaben der Schlammbehandlung. siehe Skript

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2. Bemessung – Abwasserbehandlung (8,75 Punkte) Für eine bestehende Kläranlage soll überprüft werden, ob die Vor- und Nachklärung sowie das Belebungsbecken richtig bemessen sind. Reinigungsziel der Kläranlage ist ein weitgehender C-Abbau ohne Nitrifikation. Angaben zu der betrachteten Abwasserbehandlungsanlage finden Sie in Anlage 2. Beachten Sie auch die Formeln in Anlage 4. Sollten Sie eine Aufgabe nicht bearbeiten können, sind für weitere Berechnungen sinnvolle Annahmen zu treffen. 2.1 Berechnen Sie die den mittleren täglichen Trockenwetterabfluss QT,aM den Trockenwetterabfluss QT,2h,max (unter Beachtung der Tagesschwankungen) und den Mischwasserabfluss QM

QT,aM= 112,2685 l/s xQmax = 18 h/d QT,2h,max = 508,3333 m³/h fs,QM = 4 QM = 1341,6667 m³/h 2.2 Das Vorklärbecken der betrachteten Kläranlage hat einen Durchmesser von 15,5 m und eine mittleren Tiefe von 2,25 m. Überprüfen Sie, ob das Vorklärbecken für die Belastung richtig bemessen ist: AVorklärung = 188,6919 m² VVorklärung = AVorklärung ∙ H = 424,5568 m³ qA = 2,6939 m³ /(m² ∙ h) tR = 0,8351 h

2.3 Berechnen Sie den Primärschlammanfall (in kg TS / d) und den Volumenstrom des Primärschlammes. Siehe hierzu auch Anlage 5 MPS = 1750 kg TS /d QPS = 43,8 m ³/d 2.4 Das Belebungsbecken hat ein Volumen von 2600 m³. Überprüfen Sie, ob das Belebungsbecken ausreichen groß bemessen wurde. Die Anlage hat das Reinigungsziel eines weitgehenden Kohlenstoffabbaus ohne Nitrifikation. Berechnen Sie hierzu die Schlammbelastung und das Schlammalter.

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Siehe hierzu auch Anlage 5! Bd,BSB = 2250 kg /d BTS,BSB = 0,2472 kg BSB/(kg TS ∙ d) mT,d = 2137,5 kg TS/d tTS = 4,3 d

2.5 Zur Nachklärung stehen zwei kreisrunde Nachklärbecken mit einem Durchmesser von 26 m zur Verfügung. Überprüfen Sie ob die Oberfläche der Nachklärung ausreichend groß bemessen worden ist. Beachten Sie: Die Flächenbeschickung qA sollte in einem Bereich zwischen 1,0 und 1,4 m³ / (h ∙ m²) liegen. A = 530,9291 m² Ages = 2 * 530,9291 m² = 1061,8583 m² qA = 1,2635 m³/(m² ∙ h)

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3. Systemanalyse (6 Punkte) 3.1 Bennen Sie die 3 Grundtypen idealer chemischer Reaktoren (englische oder deutsche Bezeichnung) und nennen Sie die wesentlichen Merkmale der jeweiligen Reaktoren. siehe Skript

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3.2 Von 11 g N / (E · d) im Zulauf der Kläranlage (siehe Fließschema in Abbildung 2) gelangen 25 % zum Ablauf. Dabei ist zu beachten, dass 50 % der Primär– und Sekundärschlamm zurückgehaltenen N-Fracht in Form von Filtrat aus der Schlammentwässerung, dem Zulauf der Kläranlage als Rückbelastung erneut zugeführt werden. Die N-Fracht beträgt 1,0 g N / (E · d) im Primärschlamm und 1,5 g N / (E · d) im Sekundärschlamm. a) Wie groß ist die Stickstofffracht C [g N / (E · d)] die in der Denitrifikation aus dem Abwasser entfernt wird? Berechnen Sie hierzu zuerst die Frachten A,B, D und E. b) Wie groß ist der prozentuale Anteil bezogen auf die ursprüngliche Zulauffracht (11 g N / (E · d) der durch die Denitrifikation entfernt wird?

Abbildung 2: Fließschema Kläranlage

a) A= 1,25 g N / (E · d) B = 11,25 g E = 2,75 g N / (E · d) D = 4,25 g N / (E · d) C = 7 g N /(E · d) b) 63,64 %

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Anlage 1: Formelzeichen

Parameter

Einheit

Durchmesser Partikel

d

50

μm

Dichte Wasser (20°C)

ρW

1000

m³/kg

Dichte Partikel (20°C)

S

2000

m³/kg

Erdbeschleunigung

g

9,81

m/s²

Kinematische Viskosität (Wasser bei 20°C)



1,00∙10-6

m²/s

Anlage 2: Angaben zur Abwasserbehandlungsanlage Parameter

Einheit

angeschlossene Einwohner

50.000

E

Durchmesser Nachklärung

DNK

26

m

Durchmesser Vorklärung

DVK

15,5

m

Fremdwasseranfall

QF,aM

2200

m³/d

Faktor zur Ermittlung des Mischwasserzuflusses

fS,QM

4

[-]

mittlere Tiefe Vorklärung

HVK

2,25

m

mittlerer spezifischer Schmutzwasseranfall

wS,d

150

l / (E·d)

Bd,BSB

60

g / (E∙d)

spezifische Feststoffbelastung

TSo

70

g / (E·d)

spezifische Überschussschlammmenge

ÜSBB

0,95

kg TS / kg BSB

Trockenmassekonzentration in Belebung

TSBB

3,5

g/l

Trockenrückstand Primärschlamm

TRPS

4

%

spez. BSB5-Belastung

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Anlage 3: Divisor xQmax in Abhängigkeit von der Größe des Gebietes (obere Linie zugeordnet zu QS,2h,max)

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Anlage 4: Formeln qA= Q/A HVK = tR ∙ qA,VK mT,d = ÜSBB · Bd,BSB QT,2h,max = 24 h/d ∙ QS,aM / xQmax + QF,aM QM = fS,QM · QS,aM + QF,aM Re =(d · uS) /  uS =

 -

g 

w

d

tTS = VBB · TSBB / mT,d VBB = Bd,BSB / (BTS,BSB · TSBB)

Anlage 5: Einwohnerspezifische Frachten in g/(E·d), die an 85 % der Tage unterschritten werden (ohne Schlammwasser) Parameter

Rohabwasser

Durchflusszeit tR in der Vorklärung bei QT,2h,max 0,5 – 1,0 h

1,5 – 2,0 h

BSB5

60

45

40

CSB

120

90

80

TS

70

35

25

TKN

11

10

10

P

1,8

1,6

1,6

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Anlage 6: Erforderliche Durchflusszeiten und zulässige Flächenbeschickungen für die Vorklärung Art der Abwasserreinigung

tR [h]

q [m³/(m² · h)]

Nur mechanische Reinigung

1,7 – 2,5

1,5 – 0,8

bei chemischer Fällung (im VKB)

0,5 – 0,8

4,0 – 2,5

vor Tropfkörperanlagen

1,7 – 2,5

1,5 – 0,8

vor Belebungsanlagen

0,5 – 1,0

4,0 – 2,5

A

Anlage 7: Maximale Schlammbelastungen BTS,BSB (10°C) Reinigungsziel

Schlammbelastung [kg BSB5 / (kg TS×d)]

biologische Vorreinigung

> 0,3

weitgehender C-Abbau (ohne Nitri)

 0,3

Nitrifikation

 0,15

Nitrifikation und Denitrifikation

 0,12

Nitri, Deni, Schlammstabilisierung

 0,05

Anlage 8: Minimales Schlammalter tTS (10°C) Reinigungsziel biologische Vorreinigung weitgehender C-Abbau (ohne Nitrifikation)

Schlammalter [d] 1-2 4-5

Nitrifikation

8 - 10

Nitrifikation und Denitrifikation

10 - 18

Nitrifikation, Denitrifikation und Schlammstabilisierung

25