Die Vorschriften für häusliche Kläranlagen ändern sich. Während häusliche Abwässer in der Regel etwa 0,17 lb BSB pro Kopf und Tag erzeugen, kann die von der Industrie erzeugte Menge leicht 17 000 lb pro Tag erreichen, was etwa 100 000 Menschen entspricht. Um zu entscheiden, wie diese Abwässer am besten behandelt werden können, sind häufig Studien zur Behandlungsfähigkeit erforderlich. Diese Studien helfen bei der Bestimmung der Auslegungsparameter und möglicher Vorbehandlungsanforderungen.
Belebtschlamm
Belebtschlamm ist ein Verfahren zur Entfernung von Abfällen aus dem Abwasser. Bei diesem Verfahren werden im Abwasser suspendierte Mikroorganismen eingesetzt, um organische und biologisch abbaubare Stoffe abzubauen. Die Bakterien entwickeln Schleim um ihre Zellwände und verklumpen zu Biofeststoffen, die von der flüssigen Phase getrennt werden. Belebtschlamm ist eines der am häufigsten eingesetzten biologischen Abwasserreinigungsverfahren. Seine Wirksamkeit hängt von der Effizienz der Bakterien und ihrer Fähigkeit, zusammenzuhalten, ab.
Belebtschlamm wird in der Regel zur Entfernung von Phosphor und Stickstoff aus dem Abwasser eingesetzt. Im Jahr 1982 nahm British Columbia eine Kläranlage mit einer Kapazität von 23 Mio. Litern pro Tag in Betrieb, die nach diesem Verfahren arbeitet. Belebtschlammkläranlagen verwenden einen komplexen biologischen Reaktor mit fünf Zonen. Die erste Zone ist die anaerobe Fermentationszone, die durch geringen gelösten Sauerstoff gekennzeichnet ist. Die zweite Zone, die aerobe Zone, enthält Nitrate. Die letzte Zone ist die Belüftungszone, in der der gelöste Sauerstoff höher ist.
Belebtschlamm besteht aus Bakterien und Protozoen, die organische Stoffe abbauen und die Klarheit des Abwassers verbessern. Einige Bakterien benötigen Sauerstoff, während andere nur minimale Mengen benötigen. Andere Mikroorganismen können ohne Sauerstoff überleben.
Belebtschlamm ist ein wichtiger Bestandteil von Kläranlagen für Haushaltsabwässer. Der Schlamm wird für verschiedene Zwecke verwendet. Er wird zur Wasseraufbereitung und zur Schlammstabilisierung verwendet. Er wird verwendet, um die Abwassermenge zu reduzieren. Außerdem senkt er die Kosten für die Entsorgung.
Der erste Schritt der Schlammbehandlung ist die Eindickung. Durch die Eindickung des Schlamms wird sein Volumen auf etwa die Hälfte seines ursprünglichen Volumens reduziert. Neben der Eindickung durch Schwerkraft gibt es auch Flotationssysteme mit gelöster Luft, bei denen Luftblasen die Feststoffe an die Wasseroberfläche befördern.
Klärschlamm
Die Vorschriften sollen sicherstellen, dass Kläranlagen die Sicherheits- und Umweltstandards für Klärschlamm und Abwässer einhalten. Sie umfassen Normen für die Endverwendung von Klärschlamm, Betriebsnormen und Anforderungen an die Reduzierung von Krankheitserregern. In einigen Fällen umfassen sie auch Anforderungen für Klärschlammverbrennungsanlagen.
Die wichtigsten mikrobiellen Gattungen in häuslichen Kläranlagen sind Nitrospira, Pseudomonas und Caldilinea. Weitere wichtige Bakterien in Kläranlagen sind Lactococcus, die eine fermentative Funktion haben.
Eine Gemeinde ist eine Stadt, ein Ort, ein Landkreis, eine Gemeinde, ein Bezirk, ein Verband oder eine andere öffentliche Einrichtung. Sie kann auch eine indianische Stammesorganisation oder eine gemäß Abschnitt 208 des CWA benannte und genehmigte Verwaltungsbehörde umfassen. Darüber hinaus kann eine Gemeinde auch einen nach staatlichem Recht geschaffenen Sonderbezirk wie einen Wasser-, Sanitär- oder Entwässerungsbezirk umfassen.
Die gängigste Methode zur Verarbeitung von Primärschlamm ist die anaerobe Faulung. Anaerobe Bakterien in einem abgedeckten Behälter verstoffwechseln das organische Material im Schlamm, um sein Volumen für die Entsorgung zu verringern und ihn zu stabilisieren. Dieser Prozess findet in abgedeckten Behältern statt, die in der Regel sieben bis vierzehn Meter tief sind. Die durchschnittliche Verweilzeit in einem Faulbehälter beträgt zwischen 3 und 8 Stunden, je nach BSB5-Gehalt des Abwassers. Während dieser Zeit entsteht eine geklärte Flüssigkeit, die als Sekundärabwasser verwendet wird.
Studien über die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaften in Belebtschlamm haben gezeigt, dass die Bakteriengemeinschaften in A2/O-Verfahren denen von Schlämmen aus häuslichen und industriellen Kläranlagen ähnlich sind. Die Unterschiede zwischen den Bakteriengemeinschaften in den einzelnen Behandlungsverfahren sind jedoch größer als die Unterschiede zwischen zwei Abwasserarten. Im Gegensatz dazu weist der Schlamm, der in einer großtechnischen Anlage zur verstärkten biologischen Phosphorentfernung erzeugt wird, eine höhere Diversität auf.
Nachklärbecken
Das Nachklärbecken ist die zweite Stufe im Prozess der Abwasserreinigung und ähnelt in Aufbau und Betrieb seinem primären Gegenstück. Beide entfernen eine Reihe von absetzbaren Feststoffen und Partikeln. Sie arbeiten auf ähnliche Weise und nutzen die Schwerkraft zur Abtrennung von Schwebstoffen und Schlamm.
Ein Nachklärbecken arbeitet in Verbindung mit dem biologischen Reinigungsverfahren, indem es den geklärten Schlamm in die Kläranlage zurückführt. Das geklärte Abwasser wird dann gefiltert, eingedickt und gereinigt. Es gibt viele verschiedene Arten von Rundklärbecken, darunter Segmentrechen, Spiralräumer und hydraulische Entnahmevorrichtungen. Die Wahl des richtigen Typs hängt von der Art des Abwassers und den Behandlungszielen ab.
Die Hauptziele der Abwasserbehandlung sind die Trennung der Feststofffraktion vom Trägerwasser, die Entfernung gefährlicher Stoffe und die Maximierung der Wiederverwendung. Die Feststoffe im häuslichen Abwasser machen nur einen kleinen Teil des gesamten Abwassers aus; der größte Teil ist Trägerwasser. Dennoch müssen sie für eine ordnungsgemäße Entsorgung wirksam behandelt werden.
Belebtschlammverfahren
Das Belebtschlammverfahren ist das gängigste biologische Abwasserreinigungsverfahren. Dabei wird eine mikrobielle Gemeinschaft im Abwasser suspendiert, die zu dreidimensionalen Aggregaten zusammenklumpt. Dieses Gemisch wird dann in einem Bioreaktor behandelt, und das behandelte Wasser wird als Abwasser abgeleitet.
Die Abwässer von zwei Kläranlagenkomplexen, die in die Bioreaktoren gelangen, wurden hinsichtlich der Zusammensetzung der Mikrobengemeinschaft verglichen. Es wurde festgestellt, dass das Wasser aus dem Kuryanovskiy-Kläranlagenkomplex 1,5 Mal weniger organische Stoffe und Phosphor enthielt als das der beiden anderen Kläranlagen, obwohl die Konzentrationen von Stickstoff und Ammonium nicht unterschiedlich waren.
Die Belüftungsrate wurde im Belebtschlammverfahren erhöht, was mit einer erhöhten N2O-Konzentration einherging. Kampschreur et al. stellten fest, dass die N2O-Menge in gleichem Maße anstieg wie die Sauerstoffkonzentration. Die Mechanismen, die hinter diesen Ergebnissen stehen, sind noch weitgehend unbekannt.
Belebtschlamm enthält eine große Vielfalt an mikrobiellen Gemeinschaften mit unterschiedlichen Merkmalen. Obwohl einige gemeinsame Mikroben in allen Proben vorhanden sind, gibt es viele andere, die für eine bestimmte Kläranlage spezifisch sind. Die mikrobiellen Gemeinschaften einer Kläranlage spiegeln häufig klimatische Faktoren, industrielle Inhaltsstoffe sowie den Einsatz von Technologien und die Nutzung der Anlagen wider.
Das Verfahren ist in der Lage, Phosphor zu entfernen. Es beinhaltet den Einsatz von phosphatakkumulierenden Mikroorganismen, die sich von leicht abbaubaren organischen Stoffen ernähren. Während des Prozesses wird die organische Substanz zu einem hohen Anteil an Stickstoff oxidiert.
Klärschlammentfernung
Die EPA begann 1993, die Ausbringung von Klärschlamm auf dem Land zu regeln. Die anfänglichen Vorschriften der EPA waren jedoch für den Schutz der öffentlichen Gesundheit und der Umwelt nicht wirksam. Daraufhin führte die Behörde ein Regelwerk zur Regulierung von Klärschlamm ein, das National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES). Im Rahmen von NPDES müssen alle kommunalen Kläranlagen eine Genehmigung beantragen. NPDES-Genehmigungen legen einen Mindeststandard für die Verschmutzungskontrolle fest und beinhalten Methoden wie End-of-Pipe-Grenzwerte, um die Einhaltung zu gewährleisten.
Die meisten großen Kläranlagen verwenden ein zweistufiges Faulsystem, um das organische Material zu verarbeiten, das sich im Abwasser ablagert. In der ersten Stufe des Faulungsprozesses werden die organischen Stoffe anaerob verstoffwechselt. In der zweiten Stufe wird der Schlamm abgetrennt und die Feststoffe werden von der Flüssigkeit getrennt. Der Schlamm fließt in einen separaten Tank, wo säurebildende Bakterien große Moleküle hydrolysieren und in kleinere wasserlösliche Moleküle zerlegen. Diese Bakterien vergären dann die gelösten Stoffe und erzeugen Biogas, eine Mischung aus Kohlendioxid und Methan.
In Missouri wurde eine neue Verordnung eingeführt, die die Entsorgung von Klärschlamm regelt. Der Bundesstaat verlangt von der Industrie die Einhaltung bestimmter toxischer Grenzwerte für den Schlamm, um die Flüsse zu schützen, in die das gereinigte Abwasser eingeleitet wird. Darüber hinaus ist für die Schlammentsorgung an Land eine Genehmigung erforderlich, die beim DNR eingeholt werden muss.
Die neuen Vorschriften für die Beseitigung und Lagerung von Klärschlamm in häuslichen Kläranlagen werden am 19. Februar 1994 in Kraft treten. Demzufolge muß die Menge an Kohlenwasserstoffen im Abgas der Klärschlammverbrennungsanlage bestimmten Anforderungen genügen. Außerdem ändern sich mit den neuen Vorschriften auch die Anforderungen an die Überwachung der Klärschlammverbrennung.
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