Schmutzwasser aufbereiten - Schlamm vergären
Kläranlage
In der mechanischen Stufe wird im ersten Teil das Abwasser von Grobstoffen, Sand und Öl abgetrennt. Durch Sedimentation werden im Vorklärbecken anschliessend alle noch absetzbaren Stoffe ausgeschieden. In der darauf folgenden biologischen Reinigungsstufe verarbeiten Milliarden von Mikroorganismen die gelösten Schmutzstoffe und wandeln diese in unschädliche Produkte um. Im Anschluss fliesst das gereinigte Abwasser via Nachklärbecken wieder in den Bodensee zurück.
Der im Vorklärbecken ausgeschiedene Schlamm gelangt zur Vergärung und zur Gewinnung von Klärgas in den Faulraum. Das Klärgas wird zu Strom und Wärme verwertet und der ausgefaulte Schlamm entwässert und entsorgt.
Rechenanlage
In einem ersten Schritt wird das Abwasser durch einen Rechen geleitet, der die gröbsten Schmutzstoffe zurückhält. Das abgeschiedene Rechengut wird gewaschen und die gelösten Inhaltsstoffe wie Fäkalien werden zurück in den Abwasserreinigungsprozess gebracht. Anschliessend wird das Rechengut gepresst, in einen Abfallcontainer abgeworfenund schlussendlich in der Kerichtverbrennungsanlage entsorgt.
Sand- / Fettfang
Nach der Rechenanlage fliesst das Abwasser in den belüfteten Sand-/Fettfang. Die schweren Inhaltsstoffe wie Sand sinken zu Boden. Die leichten Stoffe wie Öle, Fette oder andere aufschwimmbaren Substanzen werden durch die eingetragenen Luftblasen an die Oberfläche befördert. Dort werden sie «abgerahmt» und zur weiteren Behandlung in die Schlammfaulung eingetragen.
Der abgesetzte Sand wird mittels Räumer in den Trichter geschoben und von dort in den Sandwäscher gepumpt. Durch Rühren und Spülen mit Brauchwasser von unten werden die organischen Stoffe aus dem Sand gewaschen. Der gereinigte Sand sinkt nach unten und wird über eine Förderschnecke in die Mulde deponiert. Der gewaschene Sand kann zum Wiedereinbau u.a. im Strassenbau verwendet werden.
Vorklärung
Die letzte Stufe der mechanischen Reinigung bildet die Vorklärung. Die im Abwasser absetzbaren Feststoffe sinken auf den Beckenboden ab. Die aufschwimmenden Stoffe werden mit dem Schwimmschlammschild in eine Rinne geschoben.
Den Schlamm aus der Vorklärung nennt man Frischschlamm. Er ist breiartig und enthält gröbere Teilchen von Obst, (Küchen-)Abfällen und Fäkalien sowie den überschüssigen Belebtschlamm aus der nachgeschalteten biologischen Reinigungsstufe.
Biologische Reinigung
Im Belüftungsbecken – auch Belebtschlammbiologie genannt – reinigen Bakterien das Abwasser in zwei Stufen.
In der ersten Stufe wandeln Bakterien das in der zweiten Stufe gebildete Nitrat in gasförmigen Stickstoff (Denitrifikation) um. Während diesem Vorgang wird der Belebtschlamm nicht belüftet, sondern nur gerührt.
In der zweiten Stufe bauen Bakterien einerseits die organischen Verbindungen (Kohlenstoff) ab und wandeln andererseits Ammonium in Nitrat (Nitrifikation) um. Eine Voraussetzung dafür ist, dass den Mikroorganismen genügend Sauerstoff zur Verfügung steht. Deshalb wird dieser Prozess belüftet. Je nach Schmutzfracht wird mehr oder weniger Luft benötigt.
Chemische Phosphorelimination
Phosphate wirken in den Gewässern als Dünger und fordern das unerwünschte Algenwachstum. Deshalb müssen sie weitgehend aus dem Abwasser entfernt werden. Die Fällung erfolgt durch Zugabe von Metallsalzen wie Eisensulfat. Die gelösten Phosphate werden so gebunden, geflockt, gefällt und mit dem überschussigen Belebtschlamm der Faulung zugeführt.
Nachklärung
Im Nachklärbecken wird die Biomasse durch das Absinken der Schlammflocken vom gereinigten Abwasser getrennt. Der Schlamm lagert sich auf dem Boden ab und wird über einen Schlammräumer zum Trichter gefördert. Mit der Rücklaufschlamm-Schnecke wird der biologische Schlamm zum Belüftungsbecken zurückgeführt. Dabei wird gleichzeitig das im belüfteten Teil der Biologie gebildete Nitrat zurück in die Denitrifikation geleitet. Zudem wird ein Teil des Schlamms als Überschussschlamm regelmässig aus dem System entnommen und der Schlammbehandlung zugeführt.
Möglicher Schwimmschlamm wird durch Räumerbalken oberflächlich zur Schwimmschlammrinne geschoben und kann dann abgezogen werden.
Das gereinigte Abwasser überfallt zwischen den Zackenrinnen in den Sammelkanal und wird via Zwischenpumpwerk der Elimination Mikroverunreingung (EMV) zugeführt.
Ozonierung
In der vierten Reinigungsstufe der ARA Morgental wird per 1. Januar 2022 eine Ozonierung zur Elimination von Spurenstoffen betrieben. Dabei wird zuerst das für den Prozess notwendige Ozon (O3) aus dem Sauerstoffgas (O2) in zwei baugleichen Ozongeneratoren hergestellt. Die zwei Ozongeneratoren lassen einen dynamischen und energieoptimierten Betrieb zu. Das Ozon wird über eine Kollektorleitung zu den zwei Ozonreaktoren geleitet und über Keramikbelüfter in das biologisch gereinigte Abwasser eingeblasen. In diesen Reaktoren werden Mikrovereinigungen wie Medikamentenrückstände, Chemikalien in Textilien, Waschmittel, Kosmetika und Farben aufgeknackt und damit so vorbehandelt, dass sie anschliessend von Mikroorganismen abgebaut werden können.
Biologische Nachbehandlung
Nach der Ozonung durchfliesst das behandelte Abwasser die Filtrationsstufe. Auf dem Sandbett der Filterzellen wächst ein Biofilm auf, in welchem Mikroorganismen die oxidierten Mikroverunreinigungen abbauen. Die Filtration hat somit in erster Linie eine Funktion als biologisch aktive Stufe. Die Filtration besteht aus 10 Filterzellen mit einer Oberfläche von je 200 m2. Als Filtermedium wird eine 1,5 m hohe Sandschicht eingesetzt. Eine Durchflussregelung sorgt dafür, dass jede Filterzelle mit der gleichen Wassermenge beschickt wird.
Durch die Rückhaltung von Feststoffen und den biologischen Bewuchs verstopfen die Filter nach einigen Tagen und müssen gespült werden. Das bei der Spülung anfallende Schlammwasser wird in den länglichen Becken entlang der Aussenwände gesammelt und anschliessend dem Lamellenklärer zugeführt. Darin wird das Schlammwasser eingedickt, bevor es wieder dem Zulauf der Kläranlage zugeführt wird.
Qualitätskontrolle
Im Ablauf der EMV bzw. ARA werden regelmässig Messungen durchgeführt und die Konzentration sowie die Menge der abgeleiteten Inhaltsstoffe (Restverschmutzung) ermittelt. Die Qualitätskontrolle findet täglich statt, so dass allfällige Betriebsstörungen sofort erkannt und entsprechende Massnahmen ergriffen werden können. Übergeordnet überwacht das kantonale Amt fur Wasser und Energie die ARA.
Das gereinigte Abwasser wird schliesslich via Seeleitung in 26 m Tiefe und rund 1.2 km vom Ufer entfernt in den Bodensee entlassen. Als Erfolgskontrolle und zur Veranschaulichung für Besucher wird mit einem Teil des gereinigten Abwassers ein 3'000 l Aquarium betrieben, welches den Bodensee mit seiner typischen Flora und Fauna zeigt.
Schlammbehandlung und Co-Vergärung
Der in der Vorklärung abgesetzte Schlamm wird über den Zwischenbehälter «ZB0» in den Behälter «ZB1» abgezogen. Der Rohschlamm wird anschliessend zur Entfernung von Faserstoffen und anderen Fremdkörpern über die Schlammsiebung gepumpt, wo die Fremdstoffe in einen Container als Siebgut abgeworfen werden. Der gesiebte Schlamm gelangt zusammen mit dem eingedickten Überschussschlamm aus der Biologie in den Vorlagebehälter «ZB2». Von diesem aus wird der Faulturm beschickt. Darin werden die vergärbaren Stoffe bei 35–37°C durch Bakterien zu Klärgas gefault.
Anschliessend wird der Schlamm in den Stapel gepumpt und chargenweise in die Entwässerungsanlage (Dekantierzentrifuge) gegeben. Schlussendlich wird der entwässerte Schlamm in die ARA Altenrhein zur weiteren Behandlung transportiert.
Waren die Fäkalien der Bewohner früher Abfall, so sind sie heute ein Wertstoff, das «braune Gold», aus dem Energie und zukünftig auch Nährstoffe zurückgewonnen werden. Durch Zudosieren energiereicher Abfallprodukte aus der Industrie (sogenannte Co-Substrate) kann die Gasproduktion zudem weiter gesteigert werden.
Gasbehandlung
Das im Faulturm und in der Nachfaulung gebildete Klärgas (2/3 Methan, 1/3 CO2) wird über Sicherheitsarmaturen in den Gasspeicher geleitet. Der Gasspeicher, ein druckloser Ballon, dient als Puffer, da der Gasanfall nicht gleichmässig ist. Dabei wird die Gasqualität gemischt. Das Gas wird zudem über Aktivkohlefilter gereinigt. Anschliessend wird der Gasdruck mit Gasgebläsen und Kompressoren auf den erforderlichen Druck der Verbraucher erhöht. Mittels vier Gasturbinen und einem Notstrom-Blockheizkraftwerk wird das gesamte Gas in Strom und Wärme umgewandelt. Der Strom wird ins ARA-interne Stromnetz und die Wärme in das Wärmeverbundnetz eingespeist.
Klärgas ist je nach Zusammensetzung leichter oder schwerer als Luft und bildet zusammen mit dieser ein hoch explosives Gemisch. Der Umgang mit Klärgas ist nur ein Beispiel auf der Kläranlage, weshalb Sicherheit und korrektes Verhalten Bedingung sind. Deshalb arbeitet beim Abwasserverband qualifiziertes Personal, das laufend geschult wird.
