Grundlagen der Abwasserbehandlung und -analyse

Was ist Abwasser und was ist sein Zweck?

Abwasser ist Wasser, das durch einen konsumtiven Zweck genutzt wurde und dadurch seine ursprüngliche Qualität (Verschmutzung) verändert hat, was sein Potenzial zur Wiederverwendung beeinträchtigt. Ziel ist es, die öffentliche Gesundheit zu schützen und die Wasserressourcen zu bewahren.

Häusliches und industrielles Abwasser

Die Quelle des häuslichen Abwassers sind hauptsächlich Wohngebiete (menschliche Ausscheidungen, Badezimmer, Küche) und ähnliche Anwendungen. Es wird im Allgemeinen zusammen mit anderen industriellen Aktivitäten gesammelt. Industrielles Abwasser stammt aus industriellen Prozessen, dessen Menge und Zusammensetzung stark von den jeweiligen Tätigkeiten und vielen anderen Faktoren (verwendete Technologie, Rohstoffe usw.) abhängt.

Unterschied zwischen CSB und BSB

Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist die Menge an Sauerstoff, die benötigt wird, um die chemisch-organischen Stoffe in einer Wasserprobe zu oxidieren. Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) misst hingegen die Menge an Sauerstoff, die von Mikroorganismen benötigt wird, um die organische Substanz biologisch abzubauen.

Benchmarks zur Messung der organischen Belastung

Eine Möglichkeit zur Messung der organischen Belastung des Abwassers ist der Total Organic Carbon (TOC). Dieser basiert auf der Messung des freigesetzten $\text{CO}_2$, nachdem die organische Substanz mit einem sehr starken Oxidationsmittel oxidiert wurde, verglichen mit einem bekannten Standardwert.

Weitere Bestandteile des Abwassers

Mindestens drei weitere Bestandteile des Abwassers sind:

• Chloride und Sulfate
• Carbonate und Hydrogencarbonate
• Stickstoff und Phosphor

Gesamt-Coliforme und Fäkal-Coliforme Keime

• Gesamt-Coliforme: Dies ist eine Gruppe von Bakterienarten mit bestimmten biochemischen Merkmalen, die als Indikatoren für die Verschmutzung von Gewässern sowie Lebensmitteln dienen und die gesamte Gruppe umfassen.
• Fäkal-Coliforme: Coliforme Keime im Wasserversorgungssystem sind ein Indiz dafür, dass die Wasserversorgung mit Abwasser oder anderen zersetzbaren Abfällen verunreinigt ist. In der Regel werden coliforme Bakterien in größerer Menge auf der Oberfläche von Wasser oder in Bodensedimenten gefunden.

Schadstoffe in häuslichem Abwasser

Fünf Schadstoffe, die typischerweise in der Zusammensetzung von häuslichem Abwasser vorkommen, sind:

1. Freies Ammoniak
2. Gesamt-Stickstoff
3. Total Organic Carbon (TOC)
4. CSB
5. BSB5 (bei $20 \,^{\circ}\text{C}$)

Sammlung von Abwasser

Bereits in der antiken griechischen und römischen Zivilisation wurden Entwässerungssysteme gebaut, um Wasser aus Bädern und vor allem Regenwasser abzuleiten. Der Einsatz solcher Systeme zur Sammlung und zum Transport menschlicher Abfälle und Niederschlagswasser begann Mitte des neunzehnten Jahrhunderts. Diese Sammelsysteme werden als Mischsysteme bezeichnet.

Kontamination des empfangenden Gewässers

Die Kontamination tritt ein, wenn die Einleitung von Abwasser die Qualität der Ressource (des Gewässers) verschlechtert. Schadstoffe, die Probleme verursachen, sind Krankheitserreger, organische Stoffe, Schwebstoffe, Nährstoffe, toxische Stoffe, Farbe, Schaum, Öl und Fett, Temperatur und radioaktive Stoffe.

Änderung der Wasserqualität

Die Qualität der Ressource kann auch durch Arbeiten an Gewässern geändert werden, wie z. B. der Bau von Stauseen und die Veränderung der Abflussbedingungen.

Auswirkungen sinkenden gelösten Sauerstoffs (DO)

Wenn die Konzentration des gelösten Sauerstoffs (DO) im Wasser unter $4$ oder $5 \, \text{mg/l}$ fällt, können die dort lebenden Organismen nicht überleben oder wandern ab. In einem extremen Zustand neigt der DO dazu zu verschwinden (anaerobe Bedingungen). In diesem Szenario wird der Großteil der vorhandenen Flora beseitigt und hauptsächlich durch Pilze ersetzt; außerdem können übel riechende Gase entstehen.

Analytische Werkzeuge zur Wasserverschmutzung

Modelle zur Wasserqualität werden verwendet, um das untersuchte Phänomen annähernd darzustellen und die durch die Wasserqualität induzierten Veränderungen vorherzusagen. Diese Modelle sind heute für die Planung und den Ressourcenschutz unerlässlich.

Physikalisch-chemische Behandlung

Die physikalisch-chemische Behandlung ist eine Methode zur Entfernung organischer Stoffe aus dem Abwasser. Die entfernten Feststoffe erfordern je nach ihrer Zusammensetzung eine weitere Behandlung.

Tertiäre Behandlungsphase

Eine Phase der tertiären Behandlung besteht aus folgenden Schritten:

• Anhebung des $\text{pH}$-Wertes
• Korrektur des $\text{pH}$-Wertes durch $\text{Re-Kohlensäure}$
• Filterung zur Entfernung von Schwebstoffen
• $\text{Re-Filterung}$ zur Entfernung von Verbindungen, die Geschmack und Geruch verursachen

Biologische Behandlung

Die biologische Behandlung wird hauptsächlich auf häusliches Abwasser angewendet. Sie reduziert organische Substanzen in Zellmasse, indem sie natürliche aerobe Mikroorganismen nutzt, welche die Materie zu einfacheren Verbindungen oxidieren.

Faktoren, die den gelösten Sauerstoff beeinflussen

Zwei Faktoren, die die Menge an gelöstem Sauerstoff in einem Fluss verändern, sind:

• Organische Abfälle (organische Stoffe), die $\text{DO}$ verbrauchen.
• Pflanzen, die $\text{DO}$ produzieren (Photosynthese am Tag) und Sauerstoff verbrauchen (Atmung in der Nacht).

Ziele und Prinzipien der Abwasserbehandlung

Hauptziel der Abwasserbehandlung

Das Hauptziel ist die Entfernung oder Reduzierung des Gehalts an Verunreinigungen auf ein Niveau, das den geltenden Vorschriften entspricht.

Grundprinzip der biologischen Behandlung

Das Grundprinzip ist die Nutzung natürlicher aerober Mikroorganismen, die organische Materie synthetisieren (Entwicklung der Mikroorganismen) und sie zu einfacheren Verbindungen oxidieren, indem sie diese als Nahrung (Substrat) verwenden.

Gruppierung der biologischen Behandlung

Die biologische Behandlung kann wie folgt gruppiert werden:

a) Konventionelle Behandlungen

• Systeme mit suspendiertem Wachstum.
• Systeme mit festem Film.
• Schlammbehandlung: Stabilisierung und Volumenreduzierung.

b) Nicht-konventionelle Behandlungen

• Ex-Stabilisierungsteiche.