Die Kläranlage Bad Orb liegt im Autal, Sie arbeitet mechanisch/biologisch nach dem Belebtschlammverfahren mit separater Schlammfaulung.

Bereits seit dem 26.07.1965 wird das Abwasser am heutigen Standort gereinigt. Am 21.10.2000 wurde die heutige Kläranlage eingeweiht.

Der Zulauf zur Kläranlage ist in Bad Orb auf Grund des Kurbetriebs und der Tagesgäste ausgeprägten jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen. Unter Berücksichtigung künftiger Entwicklungen und der auftretenden Schwankungen wurde die Kläranlage auf die Größe von 25.000 EW ausgelegt. Die geringere Kläranlagenbelastung im Winter wurde bei der Bemessung entsprechend berücksichtigt.

Die Tageswassermenge bei Trockenwetter liegt bei 4.600 m³/d und bei Regenwetter bei 8.400 m³/d.

Der Trockenwetterzufluß auf die Kläranlage liegt bei 98 l/s und der Regenwetterzufluß bis zu 197 l/s.

Anlagenbeschreibung/Rundgang auf der Kläranlage

Das Abwasser der Stadt Bad Orb fließt der Kläranlage über ein Freigefällkanal (DN 800) zu. Der Klärprozess beginnt mit der mechanischen Stufe.

Rechenanlage

Eine erste Grobreinigung des Abwassers gewährleistet ein Feinst Rechen mit einer Spaltweite von 6 mm. Hier werden Papier, Fäkalien, Hygieneartikel und Essensreste über das Filterband in einen Schneckenförderer abgeworfen. Dieser fördert das „Rechengut“ zur kombinierten Rechengutwaschanlage/Rechengutpresse.

Durch das Waschen und Pressen wird ein hoher Anteil der im Rechengut befindlichen organischen Bestandteile dem Klärprozess wieder zugeführt und eine Volumenreduzierung auf ca. 50 % sowie eine Entwässerung auf ca. 40 % Trockensubstanz (TS) erreicht. Der Abwurf erfolgt in einen separat aufgestellten Rechengutcontainer.

Sandfang, Waschanlage und Fettabscheidung
Im Gegensatz zu den Grobstoffen, die vor allem aus dem häuslichen Schmutzwasser stammen, kommt der im Abwasser enthaltene Sand zum größten Teil von Straßen, Plätzen und Höfen. Dieser wird bei Regen in die Kanalisation gespült und muß in der Kläranlage mit Hilfe eines belüfteten Langsandfanges abgeschieden werden, da Sand sich in den weiteren Reinigungs- und Schlammbehandlungsstufen negativ auswirkt. Im Sandfang wird die Fließgeschwindigkeit auf 0,3 m/s verringert. Dadurch wird das Absetzen bis zu einer Korngröße von 0,1 mm gewährleistet. Der abgesetzte Sand wir mit Hilfe eines Sandräumers aus dem Sandfang in eine Sandsammelrinne gefördert und fließt in einen Schacht, von wo aus das Sandwassergemisch zum Sandwäscher gepumpt wird. Hier wird der im Sandfang abgeschiedene Sand weitgehend von anhaftenden organischen Stoffen befreit und in einen Container gefördert.
Weiterhin müssen aus dem Abwasser Fett und organische Feststoffe entfernt werden. Dies geschieht durch ein Belüftungssystem im Langsandfang, „belüfteter Langsandfang“.

Im Sandfang wird durch Einblasen von Luft eine Walzenbewegung erzeugt, deren Geschwindigkeit kleiner als die Sinkgeschwindigkeit der anderen Abwasserinhaltsstoffe (z.B. Fäkalteilchen, kleine Speisereste usw.) ist. Durch die Belüftung werden die Schwimm- und Feststoffe (Fette usw.) in einer getrennten Fettkammer gesammelt und über ein am Räumer befestigtes Schwimmschlammschild in einem gesonderten Schacht abgeschoben. Dieser Schlamm wird zusammen mit dem „Primärschlamm“ zum Faulbehälter gefördert.

Vorklärung (Grobentschlammung)
Das von Grobstoffen und mineralischen Stoffen befreite Abwasser fließt nun in die zweistraßige Vorklärung. Sie ist nicht eine Vorklärung im klassischen Sinne wie früher, sondern nur noch eine sogenannte Grobentschlammung mit einer max. Aufenthaltszeit von einer Stunde. Dies wurde gewählt, um nicht zu viele leicht abbaubare Kohlenstoffe zurückzuhalten und somit die Denitrifikation (Entnahme von Nitraten durch Bakterien) auch bei Regenwetter zu gewährleisten. Weiterhin ist, durch das Doppelbeckensystem mit separater Schlammräumung, eine gute hydraulische Steuerung möglich.

Die sich absetzenden ungelösten Teilchen auf der Beckensohle werden mittels Räumschilder in die Eindicktrichter geschoben.

Aus den Eindicktrichtern wird der Primärschlamm (erster Schlamm) mit Hilfe von Dichtemessungen zyklisch in einen Sammelschlacht abgelassen. Der anfallende Schwimmschlamm wird über die Schwimmschlammschilde in die Schwimmstoffrinne geschoben und von dort gelangt er in einen Sammelschacht.

Der Abzug des Schwimmschlammes und des Primärschlammes zum Faulturm erfolgt mit Drehkolbenpumpen in Trockenaufstellung, die im unterirdischen Pumpwerk untergebracht sind.

Biologische Stufe:
Das mechanisch gereinigte Abwasser wird jetzt dem biologischen Reinigungsprozess zugeführt. Es beinhaltet noch gelöste bzw. dispergierte Stoffe und chemischen Verbindungen wie z.B. Kohlenhydrate, Eiweißkörper, Fettsäuren, Tenside, Harnstoffe, Laugen, Phosphate und Kohlenwasserstoffe. Die Entfernung dieser Stoffe aus dem Abwasser mit Hilfe von Bakterien ist eine günstige Lösung, da die Abbauvorgänge in der biologischen Stufe den Selbstreinigungsvorgängen in natürlichen Oberflächenwassern gleichen.

Zur Unterstützung, Stabilisierung und Erhöhung der Reinigungsleistung bedient man sich noch chemischer Hilfsmittel (Fällmittel). Um die biologische Reinigung verstehen zu können, muss man sich vorstellen, dass die unterschiedlichen Abwasserinhaltsstoffe unter bestimmten Randbedingungen (Temp., O2, Zeit, PH-Wert) von einer Lebensgemeinschaft verschiedenartiger Mikroorganismen, die eine sogenannte Mischbiozönose bilden, aufgenommen werden und in körpereigene Substanzen umgewandelt werden. Vergleichbar ist dies mit einem Menschen, der Nahrung aufnimmt und sie in Muskelkraft umwandelt. So ernähren sich diese Mikroorganismenarten (Bakterien) im Abwasser von den Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen, indem sie diese dem Abwasser entziehen.

Der biologische Teil der Kläranlage musste dem Kurbetrieb angepasst werden, d.h. es ist eine Biologie mit einem Sommer- und Winterbetrieb entstanden, was die Zweistraßigkeit der Belebungsstufe deutlich macht.

Beckenkonstruktion
Die biologische Stufe erfordert für die Reinigung des Abwassers ein Gesamtbeckenvolumen von 5.100 m³, welches sich in zwei getrennte Straßen aufteilt, die jeweils aus einem vorgeschalteten anoxischen (nur gebundener Sauerstoff) bzw. anaeroben (kein Sauerstoff) Beckenteil mit je 450 m³ und zwei nachgeschalteten oxischen (gelöster Sauerstoff) Umlaufbecken mit je 2.100 m³ bestehen.

Der Zulauf aus der Vorklärung und der Rücklaufschlamm aus der Nachklärung gelangen in einen gemeinsamen Zulaufschacht, von wo aus die vorgeschalteten Beckengruppen beschickt werden. Diese Beckenteile sind mit Sohlrührwerken ausgestattet, um Absetzvorgänge zu vermeiden und eine gute Durchmischung zu gewährleisten. Aus den vorgeschalteten Beckenteilen gelangt nun das Belebtschlamm-Wassergemisch über Wandaussparungen in die Umlaufbecken.

In den Umlaufbecken sind wiederum je 2 Rührwerke eingesetzt, die die Aufgabe haben für eine gute Durchmischung, für kein Absetzen von Belebtschlamm und für eine Strömungsrichtung zu sorgen. Sie sind hier horizontal eingebaut. Zur besseren Strömungslenkung sind die Wände rund geformt und an den Umlenkungspunkten sind sie noch mit einer inneren Leitwand ausgestattet. Die Förderung von nitrathaltigem Abwasser aus den Umlaufbecken in die vorgeschalteten Becken erfolgt mit Rezirkulationspumpen. Weiterhin sind in jedem Umlaufbecken vier Begasungsfelder eingebaut, die für einen optimalen Sauerstoffeintrag sorgen.

Verfahrensbeschreibung:

Warum müssen Phosphate und Stickstoffe aus dem Abwasser entfernt werden?

Diese zwei Pflanzennährstoffe wirken im Gewässer wie Dünger und führen zur Überdüngung (Eutrophierung) der Gewässer, d.h., dass das Gewässer verschlammt und ihm Sauerstoff entzogen wird. Neue Gesetze mit strengeren Grenzwerten erforderten die Umstellung vom reinen Kohlenstoffabbau zur Stickstoffelimination (Nitrifikation, Denitrifikation), dem Bio-P-Verfahren und der P-Fällung. Diese Verfahren benötigen wesentlich größere Volumina der Klärbecken.

Das für die Kläranlage Bad Orb vorgesehene Verfahren zur Stickstoff- und Phosphorelimination sieht eine Kombination aus simultaner Nitrifikation/Denitrifikation mit Bio-P (Verfahren I) oder Nitrifikation und vorgeschalteter Denitrifikation und P-Fällung (Verfahren II) vor.

Im Verfahren I wird in den Umlaufbecken eine simultane Nitrifikation/Denitrifikation durchgeführt und die vorgeschalteten Beckenteile werden dann als Anaerobbecken zur biologischen P-Elimination im Hauptstromverfahren genutzt.

Beim Verfahren II wird auf eine biologische P-Elimination verzichtet und die vorgeschalteten Becken dienen als vorgeschaltete Denitrifikationsbecken. In den nachgeschalteten Umlaufbecken findet eine simultane Nitrifikation/Denitrifikation statt. Die Phosphorentfernung erfolgt in diesem Betriebsfall über die chemische Fällung.

Grundlagen der Stickstoffentnahme
Die Stickstoffentnahme läuft in zwei Teilreaktionen ab.

1. Nitrifikation:

Im kommunalen Abwasser stammt der Stickstoff (N) größtenteils (meist in Form von Harnstoff) aus dem menschlichen Urin. Harnstoff und organisch gebundener Stickstoff (org. N) beginnen schon im Kanal zu Ammoniumstickstoff (NH4-N) zu zerfallen. Diese Umwandlung nennt man Ammonifikation. Der Ammoniumstickstoff wird dann im Gegensatz zu den Kohlenstoffverbindungen nicht abgebaut, sondern von den nitrifizierenden Bakterien (Nitrosomonas, Nitrobacter) zu Nitrit (NO2-N) und Nitrat (NO3-N) aufoxidiert. Dieser Vorgang wird Nitrifikation genannt.
Vereinfachte Formel: NH4 + O2 = NO3
Die nitrifizierenden Bakterien sind empfindlicher als kohlenstoffabbauende Bakterien, haben wesentlich geringere Wachstumsraten und benötigen eine längere Aufenthaltszeit mit höherem Schlammalter.
Voraussetzung für die Nitrifikation ist daher ein ausreichender Sauerstoffgehalt und eine hohe Abwassertemperatur > 100 C.

2. Denitrifikation:

Das bei der Nitrifikation entstandene Nitrat (NO3) wird mit kohlenstoffhaltigem (C) Rohabwasser zusammen in ein Becken geleitet. Die im Schlamm enthaltenen kohlenstoffabbauenden Bakterien spalten dann den zum Leben notwendigen Sauerstoff vom Nitrat ab, wenn im Belebtschlamm-Wassergemisch kein gelöster Sauerstoff vorhanden ist. Stickstoff (N) entweicht dann als Gas in die Atmosphäre. Man nennt diesen Vorgang Denitrifikation.
Vereinfachte Formel: NO3 + C = CO2 N()
Voraussetzung dafür ist eine dem Belebungsbecken vorgeschaltete Beckenzone, in die keine Luft eingeblasen und in die auch kein sauerstoffhaltiges Abwasser eingeleitet wird (anoxische Zone).

Grundlagen der biologischen Phosphorentnahme
Unterzieht man den belebten Schlamm einer biologischen Reinigungsstufe, einem ständigen Wechsel zwischen anaeroben (kein 02) und aeroben (02 vorhanden) Mischbedingungen, so zeigt sich, dass unter anaeroben Bedingungen große Mengen von Phosphat an das umgebende Wasser abgegeben werden. Diesen Umstand nennt man Phosphatrücklösung, d.h., dass in der anaeroben Stufe Bakterienarten, die befähigt sind Phosphate aufzunehmen, Phosphat aus ihrem Phosphatspeicher abgeben und leicht abbaubare Stoffe aufnehmen. Gelangt der Belebtschlamm nun wieder in aerobe Bereiche, so nimmt dieser jetzt phosphatarme Schlamm im verstärkten Maße Phosphat auf. Das wesentliche für die Phosphatelimination ist hierbei die Tatsache, dass die Phosphataufnahme stets höher ist, als bei der vorangegangenen Rücklösung (s. Abb.). Das aus dem Abwasser entfernte Phosphat wird mit dem Überschussschlamm aus dem Kreislauf entnommen.

Nachklärung
Die im Abwasser arbeitenden Mikroorganismen, auch Belebtschlamm genannt, haben sich durch den Abbau der Kohlenstoff-, Stickstoffverbindung und der Phosphate vermehrt und gleichzeitig Klärschlamm produziert. Die gelösten Stoffe werden somit in eine feste Form überführt, die ein Absetzen in der Nachklärung erlaubt. Das Belebtschlamm-Wassergemisch läuft nun aus dem Belebungsbecken über ein Verteilerbauwerk auf die zwei Nachklärbecken. Diese werden vom Belebtschlamm-Wassergemisch von der Mitte zu der äußeren Ablaufrinne durchströmt, wo sich durch die natürliche Schwerkraft der Belebtschlamm vom gereinigtem Abwasser trennt.

Der schwere Belebtschlamm setzt sich auf der Beckensohle ab. Er wird durch einen sich drehenden Saugräumer entnommen und über eine Dückerleitung zum Rücklauf-/Überschussschlammpumpenwerk gefördert. Das gereinigte Abwasser läuft über die äußere Ablaufrinne zum Ablaufmessschacht und von dort in die Orb.

Rücklauf-/Überschussschlammpumpwerk:
Der in der Nachklärung sich abgesetzte Belebtschlamm wird vor dem Pumpwerk in einem Schacht gesammelt und von dort über drei Rücklaufschlammpumpen wieder in den Zulauf der biologischen Stufe gefördert. Um ein variables Rücklaufverhältnis zu gewährleisten sind die Pumpen mit Frequenzregelungen ausgestattet, die für optimale Rücklaufverhältnisse sorgen. Der Anteil des Überschussschlammes, der sich aus der Zulaufkonzentration des Rohabwassers errechnen lässt, wird über die Überschussschlammpumpen zur Schlammbehandlung gefördert.

Schlammbehandlung
Der anfallende Schlamm aus der Vorklärung und der Schlamm aus der biologischen Reinigung kann aufgrund seines hohen Wassergehaltes in diesem Zustand nicht entsorgt werden. Bevor der Primärschlamm in den Faulturm gepumpt wird, hat er sich in den Schlammsammeltrichtern der Vorklärbecken auf einen Trockensubstanzgehalt von 2 – 5 % eingedickt.

Der Überschussschlamm wird aus dem Sammelschacht vor dem Rücklaufschlammpumpwerk zur Bandfilteranlage gepumpt. Mit Hilfe der Bandfilteranlage wird der wasserhaltige Überschussschlamm auf 7 – 8 % Trockensubstanzgehalt eingedickt und mit einer Exzenterschneckenpumpe in den Faulturm gepumpt.

Faulbehälter
Die Schlämme aus der Überschussschlammeindickung und der Vorklärung sind energiereiche organische Substanzen die nun im Faulbehälter zu Biogas (Klärgas) vergärt werden.
Dieser empfindliche Umwandlungsprozess bedarf einiger Voraussetzungen, wie z.B. Temperaturen zwischen 33° – 37° C, pH Wert 6,7 – 7, eine gute Durchmischung, kein Licht und kein Sauerstoff.

Die Faulung bringt die wesentlichen Vorteile einer guten Stabilisierung des Schlammes, Verringerung der Schlammmenge, gute Entwässerungseigenschaften und die Gewinnung von Energie (Klärgas). Die Aufenthaltszeit des Schlammes beträgt 25 – 30 Tage.

Schlammentwässerung
Der ausgefaulte Schlamm muss nun entwässert werden. Dies geschieht zum einen im Nacheindicker, wo sich die Schlammflocke vom Wasser mittels Schwerkraft abtrennt und zum zweiten in der Schlammentwässerung mittels mechanischer Hilfe. Die mechanische Entwässerung geschieht mit einer Bandfilterpresse, die den Schlamm auf einen Trockensubstanzgehalt von 25 – 30 % entwässert. Der entwässerte Schlamm wird in die Rindenmulchkompostierung oder in die Landwirtschaft abgefahren.

Die anfallenden Prozesswässer werden in einem Prozesswasserspeicher gesammelt und können nun gezielt über Dosierpumpen dem biologischen Reinigungsprozess wieder zugeführt werden.

Gasnutzung
Das bei dem Faulprozess des Klärschlammes anfallende energiereiche Biogas (Methangas) wird in einem Blockheizkraftwerk (Gasmaschine mit Generator) genutzt. Mit der dadurch erzeugten elektrischen Energie wird ein Teil des Strombedarfs der Kläranlage gedeckt. Die Abwärme wird zur Heizung des Faulraumes sowie zur Gebäudeheizung genutzt. Die elektrische Leistung beträgt 50 KW/h und die Wärmeleistung 90 KW/h. Das Blockheizkraftwerk wird bei Spannungsausfall als Notstromaggregat genutzt, um die Stromversorgung der wichtigsten Teile der Kläranlage sicherzustellen. Da der Klärgasanfall gewissen Schwankungen unterworfen ist, steht als Zwischenspeicher ein Trockengasbehälter mit 300 m³ Nutzvolumen zur Verfügung.

Klärschlammverwertung

Thermische Trocknung mit anschließender Pelletierung.