S Klärwerk - Experimente Biologie

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S Klärwerk

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Die Klärwerke in den verschiedenen Städten sind recht unterschiedlich je nach Anforderungen konzipiert. Hier zwei Beispiele:
 
Mit dem wirtschaftlichen Aufschwung nach dem Zweiten Weltkrieg und der starken Zunahme der industriellen Produktion gelangten große Abwassermengen in die Flüsse. Die Selbstreinigungsfähigkeiten des Rheins war überfordert.
Ein modernes Klärwerk vollzieht die Selbstreinigungsprozesse wesentlich schneller als dies ein Fluss leisten könnte. Man nutzt Bakterien und Einzeller für diese Prozesse in Belebtschlammbecken, die überwacht und immer weiter verbessert werden. In den Ausbau der Kläranlage hat z. B. die Stadt Karlsruhe seit 1960 rund 140 Millionen Euro investiert.
 
Die viereckigen Becken enthalten Belebtschlamm zur biologischen Reinigung, die darüber liegenden Rundbecken dienen der Zwischenklärung und Rückführung der Bakterien und Einzeller. In den Behältern in der Mitte werden Stickstoffverbindungen abgebaut. Die großen Rundbecken dienen der Nachklärung. - Anschließend wird das Wasser in den Rhein geleitet. Das auf diese Weise geklärten Wasser ist aber immer noch nicht als Trinkwasser geeignet.
 
Trinkwasser muss heute durch besondere Anlagen zur Trinkwasserherstellung bewerkstelligt werden.
Früher war das Ziel, die Wassergüte der Flüsse – am Beispiel des Rheines – so zu verbessern, dass aus dem Flusswasser durch besondere Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung gewonnen werden könnte. Heute zeigt sich, dass die Möglichkeiten zur Herstellung von Trinkwasser nicht mehr ausreichen. Eine herkömmliche Kläranlage kann Giftstoffe wie Arzneimittelreste, Hormone oder Medizinische Lösungen nicht unschädlich machen. Phosphate, Stickstoffdünger, Industriegifte stellen ernste Probleme für die Trinkwassergewinnung dar. Notwendig wäre,  solche Gifte schon bei ihrer Entstehung in den Betrieben aus dem Abwasser zu entfernen oder  erst gar nicht entstehen zu lassen.
Vgl auch: https://www.karlsruhe.de/b3/bauen/tiefbau/entwaesserung/klaeranlage.de
 
Das Klärwerk in Forchheim am Oberrhein ist ausgelegt für 600.000 Einwohnerwerten. Es dient der Aufbereitung des Abwassers von Freiburg und den umliegenden Gemeinden. Das Klärwerk wurde 1980 als mechanisch-biologische Anlage in Betrieb genommen. Es ist in der Lage, eine Abwassermenge von bis zu 5,1 m³/s zu verarbeiten.
Diese Kläranlage verfügt in der mechanischen Stufe über ein Pumpwerk mit drei Förderschnecken, eine Rechenanlage mit Grob- und Feinrechen, einen belüfteten Sandfang und acht Absetzbecken zur Vorklärung.
Die biologische Stufe besteht aus 24 Reaktions- und 4 Nachklärbecken. Eine feinblasige Flächenbelüftung sorgt hier für die Sauerstoffversorgung. Zur Behandlung und Entnahme der Phosphate sind Vorratsbehälter und Dosiereinrichtungen für Chemikalien angegliedert.
 
Kläranlage für die Stadt Freiburg und die umliegenden Gemeinden, 
vorne ein Vorklärbecken zum Absetzen des Feinschlamms und der Fettverunreinigungen, 
im Hintergrund die gewaltigen Faulschlammtürme.
 
Der anfallende Klärschlamm wird in drei Faulbehältern ausgefault. Das dabei anfallende Klärgas (meist Methan) wird zur Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt. Der Faulschlamm muss entwässert und getrocknet werden, damit er in Deponien entsorgt werden kann 
( vgl: .https://www.azv-breisgau.de/index.php/klaeranlage).
   

Abwasserklärung Arbeitsunterlage --------------------------------------------------
Arbeitsweise einer herkömmlichen Kläranlage  Modellversuch

Benötigte Geräte: 
1.    Eine 1,5 Liter Flasche für das Schmutzwasser
2.    Vier etwa 1 Liter fassende viereckige Vorratsbehälter (aus Plastik, Haushaltswarengeschäft)
3.    4 verschieden hohe Holzklötze (oder Stative mit Halterungen)
4.    etwa 15 x 15 cm Fliegendraht (Heimwerker)
5.    Elektrobohrer mit Bohrer (2cm Durchmesser),
6.    Fünf durchbohrte Gummistopfen, 2cm kleinster Außendurchmesser
7.    Fünf Plastikröhrchen (Absaugröhrchen vom Zahnarzt), passend für die Gummistopfen. 
8.    Vier Röhren, 2-3cm Durchmesser aus Plexiglas (Heimwerker-betriebe)
9.    Eine Auffangschale als Vorfluter (= Gewässer, in die das gereinigte Wasser wieder eingeleitet wird).
10. Einen etwa 10 cm langen Plastikschlauch mit Klemme (Aquarienzubehör)
11. Aquarienpumpe mit zwei Schläuchen zur Lufteinführung, zwei Klemmen zur Steuerung des Luftdurchsatzes und 1 Lüfterstein. (Aquarienzubehör)
 
Suspensionen, Lösungen, Nachweise:  
  • „Belebtschlamm“ :50g Bäckerhefe in 1000ml Wasser suspendieren,
  • „Schmutzwasser“: in 1 Liter suspendieren bzw. aufschlämmen: etwas Sand, etwas Gartenboden, Papier und evt. Holzschnitzel, 10g Glucose, 2 ml Speiseöl, 10 g Kaffeesahne, etwa 2gr Natriumphosphat.
  • Zuckernachweis: Glucosestest-stäbchen (Apotheke) zur Überprüfung des Abbaus von Glucose  (oder Zuckertest nach Fehling);
  • Chemische Reinigung: 20 g EisenIIIChIorid in 100ml. Zugabe in Becken 3 bis grünliche Färbung eintritt. Bei Phosphat im Schmutzwasser fällt in Becken3 Eisenphosphat aus.
 
Kläranlage als Demonstrationsversuch: 
1.    Wasser in Becken2 soviel Hefe zusetzen, bis weißliche Brühe entsteht. Luft kräftig durchperlen lassen.
2.    Vorbereitetes Schmutzwasser nochmals aufschlemmen und Becken1 füllen.  Klemme zum Einlauf in Becken2 noch geschlossen halten.
3.    Luft vorsichtig durch Becken1 perlen lassen, so dass eine umlaufende Strömung entsteht: Warten, bis sich an der Oberfläche Fett abscheidet und am Boden Feinschlamm sich absetzt (= mechanische Reinigung). 
4.    In Becken3 soviel Eisenchlorid einfügen bis sich eine hell grüne Lösung einstellt. 
5.    Abschlusshahn zwischen Becken1 und Becken2 so weit öffnen, dass Schmutzwasser tropfenweise in Becken2 einläuft.
6.    Die weiteren Becken füllen sich langsam soweit auf, dass ein tropfenweiser Überlauf von einem Becken in das andere stattfindet.
7.    Nun den Zuckergehalt am Einlauf vor Becken2 messen. Glucosetest-Stäbchen an Einlauf in Becken2 halten. Es muss Zucker nachweisbar sein.
8.    Wenn nach 4-5 Stunden der Wasserstand in Becken1 die Auslaufhöhe erreicht hat,  den Zuckergehalt beim Einlauf in Becken2 und beim Einlauf in den Vorfluter messen.

Es sollte sich am Einlauf in den Vorfluter kein Zucker mehr nachweisen lassen.
 
Aufgaben:
Informieren Sie sich aus dem Internet über die verschiedenen Formen und technischen Möglichkeiten der Abwasseraufbereitung.
Warum muss Phosphat aus dem Schmutzwasser entfernt werden? Informieren Sie sich über den wechselnden Sauerstoffgehalt in Gewässern, Umkippen eines Gewässers, anaerobe und aerobe Gewässer.
 
 
 
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