VSA Berufsprüfung Abwasserbehandlung Teil 1
VSA Berufsprüfung Abwasserbehandlung Teil 1
VSA Berufsprüfung Abwasserbehandlung Teil 1
Welche chemischen Formeln sind Ihnen aus dem Alltag bekannt?
- H2O = Wasser
- CO2 = Kohlendioxid
- NH3 = Ammoniak
- NH4 = Ammonium
- FeCl = Eisenchloride
- NaCl = Natriumchloride
- NaOH = Natronlauge
- C2H4O2 = Essigsäure
- CH4 = Methan
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
- Wie schwer ist elementarer Stickstoff?
- Wie viele Elektronen hat elementarer Stickstoff?
- Wie heisst die chemische Bezeichnung für Nitrat, welches im Wasser gelöst ist?
- Wie sieht die Denitrifikations-Reaktion aus?
- Elementarer Stickstoff N ist 14 g/Mo| schwer
- Elementarer Stickstoff hat sowohl 7 Elektronen als auch 7 Protonen (entspricht der Ordnungszahl)
- NO3-
- Unter Denitrifikation versteht man die bakterielle Umwandlung des im Nitrat (NO3-) gebundenen Stickstoffs N2. Die Denitrifikation erfolgt in mehreren Schritten über die Zwischenstufen Nitrit (NO2-), Stickstoffmonoxid (NO) und Distickstoffmonoxid (Lachgas - N2O).
Die Bruttogleichung lautet ungefähr:
4 NO3- + C6H12O6 --> 2 N2 + 6 CO2 + 6 H2O
Für eine gute Denitrifikation darf im Belebungsbecken kein Sauerstoff vorhanden sein, zusätzlich wird Kohlenstoff benötigt (heterotrophe Organismen). Grob vereinfacht ersetzt Nitrat den Sauerstoff als Oxidationsmittel.
Welche Informationen sind in einer chemischen Formel enthalten?
Bestandteil der Stoffe, Anzahl Atome, Wertigkeit; ( A3/A4/A7 - 4/??)
Was ist der Unterschied zwischen Fe2+ und Fe3+ ?
Fe2 wird durch Abgabe von 2 Elektronen zweiwertig positiv, Fe3 wird durch Abgabe von 3
Elektronen dreiwertig positiv.
( A3/A4/A7 - 4/55)
Wie verändert sich der pH-Wert einer sauren Lösung bei 10-facher Verdünnung?
Er steigt um einen pH-Wert (von pH=4 zu pH=5);
( A3/A4/A7 - 4/64,65)
Wie werden pH-Elektroden geeicht?
mittels Pufferlösungen ph=4 und pH=7 ;
( A3/A4/A7 - 5/112)
Auf einer modernen Kläranlage werden neben dem Kohlenstoff auch weitere Nährstoffe entfernt.
- Wie heissen die wichtigsten Nährstoffe und welches chemische Zeichen haben sie?
- Welches sind die wichtigsten Moleküle, die auf einer ARA gemessen werden?
- Welche Masse haben diese?
Stickstoff (N)
- Ammonium NH4+ 18g/Mol
- Nitrit NO2- 46g/Mol
- Nitrat NO3- 62g/Mol
Phosphor (P)
- Ortho-Phosphat PO4-3 95g/Mol
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie schwer ist elementarer Stickstoff (g/Mo|)?
Elementarer Stickstoff N ist 14 g/Mol schwer
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie viele Elektronen hat elementarer Stickstoff? Wie viele Protonen?
Elementarer Stickstoff hat sowohl 7 Elektronen, wie auch 7 Protonen (entspricht der Ordnungszahl)
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie heisst die chemische Bezeichnung für Nitrat, welches im Wasser gelöst ist?
NO3-
Bei der Denitrifikation entsteht aus Nitrat elementarer Stickstoff.
Wie sieht die Denitrifikations-Reaktion aus?
Unter Denitrifikation versteht man die bakterielle Umwandlung des im Nitrat (NO3-) gebundenen Stickstoffs in N2,
Die Denitrifikation erfolgt in mehreren Schritten über die Zwischenstufen Nitrit NO2-, Stickstoffmonoxid NO und Distickstofimonoxid (Lachgas) N2O.
Die Bruttogleichung lautet ungefähr:
4 NO3- + C6H12O6 --> 2 N2 + 6 CO2 + 6 H2O.
Für eine gute Denitrifikation darf im Belebungsbecken kein Sauerstoff vorhanden sein, zusätzlich wird Kohlenstoff benötigt (heterotrophe Organismen). Grob vereinfacht ersetzt Nitrat den Sauerstoff als Oxidationsmittel.
Was versteht man unter Denitrifikation?
Unter der Denitrifikation versteht man die mikrobiologische Reduktion von Nitrat (NO3) zu elementarem, gasförmigen Stickstoff (N2)
Warum darf / muss in der Denitrifikationszone einer Belebungsstufe nicht belüftet werden?
Die Denitrifikation wird durch Sauerstoff gehemmt.
Warum darf / muss in der Denitrifikationszone einer Belbungsstufe der Belebtschlamm gerührt werden?
Der Belebtschlamm sedimentiert. Das Abwasser und der Belebtschlamm muss zusammen in Kontakt kommen.
Welche beiden Grundlegenden Methoden gibt es bei der Desintegration?
- Mechanisch /Physikalisch
- Chemisch
Nennen Sie 2 Desintegrationsverfahren?
Rührwerkkugelmühlen, Hochdruckhomogenisierung
Was sind Enzyme?
Enzyme sind Biokatalysatoren, die Reaktionen beschleunigen oder überhaupt ermöglichen, ohne selbst verändert zu werden.
Was sind Enzyme ?
Enzyme sind Biokatalysatoren. die aus Eiweissen bestehen. Sie beschleunigen biochemische Prozesse.
Was ist die Hauptaufgabe einer Flockungsfiltration und was wird ausserdem erreicht?
- Hauptaufgabe ist die weitgehende Phosphor-Reduktion, z.T. bis unter 0.3 mg Pges/l.
- Gleichzeitig erreicht man auch tiefe Schwebestofikonzentration unter 5mg/I und hilft dadurch, der Gewässerverschlammung Einhalt zu gebieten.
Was ist der Grund für Flockenabtrieb aus der Nachklärung ?
- Grund für den Flockenabtrieb aus der Nachklärung ist Blähschlamm oder Schwimmschlamm.
- Hydraulische Überlastung/Stossbelastung der Nachklärung.
- Zu hoher TS-Gehalt in der Belebung => Zu hohe Feststoffbelastung der Nachklarung
Rückhalt von Schwimmschlamm?
Rückhalt von Blähschlamm?
Auf was sollte man beim Filtrat der Rückläufe aus der Schlammeindickung achten? Dadurch beträgt die übliche zusätzliche Feststoffbelastung der ARA?
- Möglichst keine Feststoffe enthalten
- zusätzliche Feststoffbelastung zur ARA ca. 1%
Es sind dies die häuslichen, industriellen und gewerblichen Abwässer.
Aus welchen Stickstoffverbindungen setzt sich der Gesamtstickstoff einer Abwasserprobe zusammen?
Summe aus organischem Stickstoff, Ammonium, Ammoniak, Nitrat, Nitrit
Aus welchen Stickstoffverbindungen setzt sich der Total Kjedahl Stickstoff einer Abwasserprobe zusammen? (TKN)
Summe aus organischem Stickstoff und Ammonium NH4+
Bei der Abwasserreinigung wird in den verschiedenen Behandlungsstufen Stickstoff umgewandelt und eliminiert. In welchen Behandlungsstufen wird Stickstoff eliminiert?
Bei der Bestimmung von organischen Verbindungen im Abwasser werden sogenannte Summenparameter verwendet. Welche kennen Sie?
- CSB = Chemischer Sauerstoffbedarf; mg O2/l
- BSB =Biochemischer Sauerstoffbedarf; mg O2/l
- TC = Gesamtkohlenstoff; mg C/l
- TIC = Gesamter anorganischer Kohlenstoff; mg C/l
- TOC = Gesamter organisch gebundener Kohlenstoff; mg C/l
- DOC = Gelöster organisch gebundener Kohlenstoff mg C/l
50 bis 150 mg/l
Die Nitrifikanten benötigen für Ihren Stoffwechsel deutlich mehr Substrat. Folglich bilden Sie deutlich weniger Biomasse. Nur etwa 4% der Bakterien im Belebtschlamm sind Nitrifikanten.
Beim aeroben Verfahren entsteht mehr Überschussschlamm (rund 10x mehr) als beim anaeroben Verfahren. (in diesem Fall in der Faulung)
Der Biofilter ist ein Biologisches Verfahren zur Abluftreinigung. Auf welchen zwei Grundprozessen beruht die biologische Oxidation?
- Transport der Schadstoffe in wässrige Umgebung
- Abbau der Schadstoffe durch Microorganismen
Quotient aus CSB / BSB 5 ist kleiner 2. Es handelt sich um ein leicht abbaubares häusliches Abwasser
Um 2.3%, Berechnung: 75 – 62 = 13l/s; 13/62*100=20.97% / 9 = 2.33%
Der Nährstoffanspruch von Bakterien entspricht welchem Gewichtsverhältnis von C : N : P ?
3 Stück?
- Kohlenstoff : Stickstoff : Phosphor = 100 : 10 : 1
- CSB : Kjeldahl-N : Phosphor = 100 : 5 : 1
- BSB5 : Ammonium : Phosphor = 50 : 4 : 1
Die zur Phosphatentfernung zusätzlich erforderliche Flockenbildung verläuft in diesen pH-Bereichen nicht zufrieden stellend. In der Praxis wird eine effektive Phosphatentfernung bei einem pH-Wert von 6.5 bis 8.5 erzielt.
Die Ionen der Flockungs- resp. Fällungsmittel sind entgegengesetzt geladen wie die Stoffe die ausgefällt werden sollen.
Ein erwachsener Mensch scheidet täglich im Mittel etwa 1 l Urin aus. Darin enthalten sind unter anderem etwa:
- Kochsalz (NaCI) 15 g/E*d
- Phosphor(P) 1.1 g/E*d
- Kalium (K) 2.7 g/E*d
- Stickstoff (N) 15 g/E*d
- Letzterer ist vorwiegend gebunden in Harnstoff 30 g/E*d
Eine ARA wird mit einer durchschnittlichen Schlammbelastung von 0.15 kg BSB 5 /kgTSxd betrieben. Welche Reinigungsleistungen erwarten Sie bezüglich Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor?
- Kohlenstoff = Vollständiger Abbau, d.h. Reinigungsleistung > 90%
- Stickstoff = Vollständige Nitrifikation
- Phosphor = Kaum Einfluss der Schlammbelastung auf Phosphorablaufwerte
Erklären Sie in Worten und mittels einer Formel den Begriff Schlammbelastung bei der biologischen Abwasserreinigung.
Die Schlammbelastung stellt das Verhältnis der täglich zugeführten BSB5-Fracht im Abwasser zur im Belebungsbecken vorhandenen Biomasse dar, wobei die Biomasse als Trockensubstanz (TS), manchmal auch als organischer Teil der TS bestimmt wird. [kg BSB5/(kg TS . d)]. Eine geringe Schlammbelastung kann u.a. zu Blähschlamm führen, eine zu hohe Schlammbelastung zur Überlastung.
Formel: Schlammbelastung BTS = kg BSB5 x d / kg TSBB / d = Q x BSB5 / VBB x TSBB
Erläutern Sie den Begriff „Belebtschlammindex"
Der Schlammvolumenindex (Abkürzung SVI, manchmal auch SIV) ist ein Mass für die Absetzbarkeit von Belebtschlamm. Der SVI gibt an, welches Volumen 1 g Belebtschlamm (Trockenmasse) nach 30 Min. Absetzdauer pro Liter Belebtschlamm einnimmt. Zur Berechnung des SVI wird das Belebtschlammvolumen (ml/l) durch die Schlamm-Trockensubstanz (g/l) dividiert. Die Einheit des SVI ist ml/g. Übliche SVI bei kommunalen Anlagen liegen bei 80-120 ml/g. Bei Anlagen mit schlecht absetzendem Belebtschlamm liegen die Werte deutlich darüber. Von Blähschlamm wird gesprochen, wenn der SVI über 150 ml/g liegt. Hohe SVI führen häufig zu erhöhten Gehalten der gesamten ungelösten Stoffe, des Phosphors und des CSB im Ablauf der Abwasserreinigungsanlage.
Bei der Vorfällung
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Cartes-fiches
Was ist der Grund für Flockenabtrieb aus der Nachklärung?
Grund für den Flockenabtrieb aus der Nachklärung ist Blähschlamm oder Schwimmschlamm.
- Hydraulische Überlastung/Stossbelastung der Nachklärung.
- Zu hoher TS-Gehalt in der Belebung
- Zu hohe Feststoffbelastung der Nachklärung
- Rückhalt von Blähschlamm?
- Rückhalt von Schwimmschlamm ?
Was ist der Grund für schwarze Schwimmschlammfladen in der Vorklärung?
- Schwarze Schwimmschlammfladen entstehen bei "Faulungsprozessen" (kein O2, kein NO33-,...).
- Die schwarze Farbe entsteht durch die Bildung von Eisensulfid (FeS, schwerlösliche Verbindung/Salz).
- Das Eisen stammt aus dem Abwasser oder vom Fällmittel. Das Sulfid entsteht aus Sulfat (SO42-), das durch Bakterien in Sulfid (S2-) umgewandelt wird.
Bei einer Totaloxidationsanlage wird der Belebtschlamm ausgehungert, er baut sich selbst ab. (Schlammalter 20 Tage (aerober Vorgang))Vorteil: keine Faulung des Überschussschlamms notwendig.Nachteil: Belüftung notwendig, kein Faulgas
Was ist Schwimmschlamm? Weshalb entsteht er?
- Schwimmschlamm ist Belebtschlamm, der infolge hohem Anteil an hydrophoben (=wasserabstossenden) Bakterien wie beispielsweise Nocardia (brauner Schaum) an die Wasseroberfläche steigt. Oft können auch Einschlüsse von Gasbläschen den Belebtschlamm zum Flotieren bringen.
- häufig bei schwach belasteten Anlagen > Nocardia, Microthrix
- Denitrifikation im Schlammbett der Nachklärung, Ausgasen von N2, Schlammflocken treiben auf
Was passiert chemisch bei der Phosphatfällung?
Die Phosphatfällung durch Metallsalze beruht auf der Reaktion des ortho-Phosphats (PO43− ) mit mehrwertigen Metallen (meist Fe3+ ) zu einer schwer löslichen Metallphosphatverbindung:
Fe3+ + PO43− --> FePO4
Die Reaktionsgleichungen der drei gebräuchlichsten Fällmittel, basierend auf Eisen-, Aluminium- und Calcium-Kationen lauten wie folgt:
Fe3+ + PO43− --> FePO4
Al3+ + PO43− --> AlPO4
3 Ca2+ + 2PO43− --> Ca3(PO4)2
Enzyme sind Biokatalysatoren, die aus Eiweissen bestehen. Sie beschleunigen biochemische Prozesse. (Es wird weniger Energie benötigt)
Indikatororganismen (=Zeigerorganismen) können unter bestimmten Umweltbedingungen leben und sich vermehren. Deshalb ist es möglich, aus der Zusammensetzung der im Mikroskop sichtbaren Organismen Hinweise über Betriebsparameter wie Schlammalter, Nährstoffbelastung, Sauerstoffversorgung und/oder mechanische Beanspruchung abzuleiten
Hochkomplizierte, giftige organische Partikel die an der Grenze belebte / tote Materie stehen.
Was sind Voraussetzungen, damit die Organismen im Belebtschlamm leben können?
- Sauerstoff
- geeigneter pH-Wert
- Nährstoffverhältnis C:N:P
- Art und Zusammensetzung der Spurenelemente
- Temperatur darf ein gewisses Mass nicht überschreiten (< 40° C)
Welche 3 Hauptbedingungen müssen in der biologischen Reinigungsstufe (bei normalem häuslichen Abwasser) erfüllt sein, damit die Kläranlage voll nitrifiziert, das heisst, Ammonium vollständig in Nitrat umgewandelt wird?
- Hohes Schlammalter (grösser 8 Tage),
- genügend Sauerstoff (grösser 2mg/l),
- pH grösser 7 (Pufferkapazität).
- Zusätzlich: Ammonium!
Welche Arten von Schaum können in deiner biologischen Kläranlage auftreten?
Allgemein genannt Tenside: Anionisch (-), Kathionisch (+) und Nichtionogen (Neutral).
- Weisser Tensid (Waschmittel-Schaum)
- Gelblicher Eiweissschaum (Hinweis auf zerfallene Biomasse)
- Brauner Schaum (herführend von Nocardia)
Welche Aussagen können mit einer mikroskopischen Belebtschlammanalyse gemacht werden?
- Ist die Sauerstoffversorgung ausreichend
- Sind Faulzonen vorhanden
- Schlammbelastung
- Aussage über Stabilität des Betriebes
- Anzeige von Giftwirkung
- Nachweis Blähschlamm, Schwimmschlamm, Schaum
Welche chemischen Elemente enthält Ammonium?
Ammonium NH4+ enthält 1 Stickstoff Atom und 4 Wasserstoff Atome
Enzyme
Welche Hauptgruppen von Fällungschemikalien kennen Sie? (5 Stück)
- Aluminiumsulfat
- Polyaluminiumsulfat
- Eisen(II)-sulfat
- Eisen(III)-chlorid
- Kalk
Verschiedene Zellbestandteile (Zellorganellen) übernehmen bestimmte Funktionen.Ihre DNA wird von einem Zellkern umhüllt.
Prokaryonten
Bei tiefem Schlammalter werden diejenigen Bakterien ausgewaschen, die langsam wachsen, das heisst, für eine Zellverdopplung viel Zeit benötigen. (Nitrifikanten)
Ortho-Phosphate
Welche positive und negative Aspekte müssen Sie abwägen, bevor Sie von einer Simultan- zu einer Vorfällung umstellen:
Positiv: Entlastung der biologischen Reinigungsstufe (BSB sinkt im Zulauf zur Biologie)
Negativ: Grösserer Verbrauch an Fällungsmitteln Schlammenge nimmt zu Für die Denitrifikation fehlt leicht abbaubares Substrat
Das Trenn- und das Mischsystem
Welches ist in einer konventionellen biologischen Kläranlage mit 3 Stufen und Vollnitrifikation die Stufe mit der höchsten Eliminationsleistung
- bezüglich Kohlenstoff,
- bezüglich Gesamtphosphor resp.
- bezüglich Gesamtstickstoff?
- Höchste Elimination bezüglich Kohlenstoff: (Belebung)
- Höchste Elimination bezüglich Gesamtphosphor: (Belebung (mit Vorfällung)
- Höchste Elimination bezüglich Stickstoff: (Vorklärung)
Welches sind die chemischen Abkürzungen für Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff?
- Sauerstoff O
- Wasserstoff H
- Stickstoff N
Die meisten Bakterien in der Belebung benötigen Sauerstoff. Die Geschwindigkeit des Stoffabbaus ist abhängig der Sauerstoffkonzentration.
Die Bakterien verfügen nicht über sämtliche Enzyme. Tritt im Abwasser ein neuer Stoff auf, müssen zuerst die notwendigen Enzyme für den Abbau durch die Bakterien produziert werden.
30m3 Frischschlamm mit 2.6% TR (25 kg TR/m3) enthalten 750 TR (30 x 25) 750 kg TR mit 6% (60kg TR/m3) sind ein Frischschlamm mit einem Volumen von 12.5m3 (750 / 60)
Primärschlamm 60 g TR/E*d Überschussschlamm 40 g TR/E*d
Wie kann man beurteilen, ob ein Belebtschlamm „tot“ ist?
Zur Überprüfung der Lebensfähigkeit eines Belebtschlammes kann die Sauerstoffzehrung gemessen werden. (Belüftung abschalten und der CO2 Sonde zusehen.
Schneller Abbau = es wird noch gezehrt, wenn langsam abgebaut ist die Biologie tot.)
Wie können Sie auf Ihrer Belebtschlammanlage die BSB5 -Schlammbelastung steuern?
- Veränderung des TS-Gehaltes in der Biologie
- Durch Vorfällung wird die Schlammbelastung reduziert
- Durch Ausserbetriebnahme der Vorklärung wird die Schlammbelastung erhöht
- Zeitliche Steuerung der Zugabe von Trüb- und Faulwasser
- Nicht in Ihrer Kompetenz: Vergrösserung des Belüftungsvolumens
Wie viel Trübwasser fällt an, wenn man 30 m3 Frischschlamm mit einem TR Gehalt von 3% (30 kg TR/m3) auf 4.5% (45 kg TR/m3) entwässert?
30m3 Frischschlamm mit 3% TR (30kg TR/m3) enthalten 900kg TR (30 x 30) 900kg TR mit 4.5% (45kg TR/m3) sind ein Frischschlamm mit einem Volumen von 20m3 (900 /45)
Die Differenz von 30m3 und 20m3 fallen als Trübwasser an: 10.0 m3 (30.0- 20.0)
Neben dem biochemischen Abbau organischer Stoffe kann Ammonium zu Nitrit und Nitrat oxidiert werden. Dadurch wird das Resultat verfälscht (zu Hohe Werte)
Wo werden auf kommunalen ARA’s Fällungsmittel zudosiert? Wie heissen die Fachbegriffe hierfür?
Vorfällung: vor Vorklärung
Simultanfällung: vor, resp. in Belebungsbecken oder in den Schlammrücklauf
Nachfällung: nach Nahklärbecken
Anwesenheit des Schwefelbakteriums Beggiatoa, das für den Wachstum vom Schwefelwasserstoff und Sauerstoff benötigt.
Von der Abwassermenge und Abwasserzusammensetzung
Als Flockungsmittel
Wie gross ist die Belastung einer Einwohners
- Abwassermenge Q
- Org. Kohlenstoff TOC
- Stickstoff N
- Phosphor P
- Biochem. Sauerstoffbedarf BSB5
- Chem. Sauerstoffbedarf CSB
Wie wirkt sich die Aufenthaltszeit des Abwassers in der Vorklärung auf dessen Qualität aus
Aufenthaltszeiten von mehr als 2 Stunden ermöglichen keine Verbesserung des Abscheidegrades. Zu lange Aufenthaltszeiten in der Vorabklärung können sich nachteilig auf die nachfolgende biologische Reinigung auswirken, wenn durch leicht abbaubare Stoffe Fäulnisprodukte (wie Schwefelwasserstoff und organische Säuren) in grösseren Mengen entstehen.
Nenne die drei möglichen Fällarten in der Abwasserbehandlung und wo werden sie eingesetzt
- Eine chemische Fällung vor der biologischen Stufe wird als Vorfällung bezeichnet.
- Eine chemische Fällung, die gleichzeitig mit der biologischen Reinigung abläuft, heisst Simultanfällung.
- Eine chemische Fällung nach der biologischen Stufe wird Nachfällung genannt.
30 cm/s
Beim Tropfkörper kann die Biomasse und der Sauerstoffgehalt nicht beeinflusst werden. Für die Phosphorelimination ist die Simultanfällung nicht möglich.
