6. Das Berliner Abwassersystem als Schema

Zur Analyse des Berliner Abwassers stellen wir erst einmal ein grobes und allgemeines Schema für das gesamte System auf. Das Gut, das unser System durchläuft, ist das Abwasser.

Nun haben wir als erstes eine Abgrenzung des Systems vorgenommen, d.h. die Grenzen werden definiert. Als die Grenze, an der unser System beginnt, legen wir die Schnittstelle zum Trinkwasser fest, also die Stelle, an der Trinkwasser zu Schmutzwasser wird und in die Kanalisation eingeleitet wird. Der Systemaustritt liegt dort, wo das gereinigte Wasser der Natur wieder zugeführt wird.

Die Inputmenge lässt sich auf vier verschiedene Abwassererzeuger aufteilen, für welche die prozentualen Werte an der Abwassererzeugung für Berlin bekannt sind. Die erste Gruppe sind die privaten Haushalte mit 67,8%, dann kommen sonstige Kunden mit 12,4%. Die Industrie ist mit einem Anteil von 10,4% beteiligt. Außerdem werden aus dem Berliner Umland Abwasser in das Berliner Netz eingeleitet, welches einen Anteil von 9,4% vom Gesamtwert ausmacht.

Das System selber besteht aus verschiedenen Subsystemen, dem Abwasserkanalsystem, den Pumpwerken, dem Abwasserdruckrohrnetz und den Klärwerken.

Das Abwasserkanalsystem hat eine Länge von 9000 km und unterteilt sich in Mischwasserkanäle (1900 km), in Schmutzwasserkanäle (3900 km) und Regenwasserkanäle (3100 km). Dann gibt es die 146 Pumpwerke, welche am tiefsten Punkt ihres Einzugsgebietes liegen, das Abwasser sammeln und es über das Abwasserdruckrohrnetz (1000 km) zu den sechs Klärwerken in Berlin pumpen.

Als Output wird das gereinigte Abwasser von den Klärwerken über Druckrohre wieder in die Oberflächengewässer eingeleitet.

Die Einwohnerzahl der Stadt Berlin beläuft sich zur Zeit auf circa 4 Millionen Einwohner. Im Durchschnitt produziert jeder Einwohner der Stadt pro Tag circa 120 l Abwasser. Inklusive der Industrieabwässer kommt Berlin auf eine durchschnittliche Menge von 170 l pro Person. Daraus ergibt sich ein tägliches Gesamtvolumen von circa 693.000 cbm pro Tag.

7.2 Abwasserbehandlung

In der Kläranlage Ruhleben besteht der erste Anlagenabschnitt aus der mechanischen Reinigung, die aus der Einlaufanlage, der Rechenanlage, dem Sandfang und der Vorklärung besteht. Die drei erstgenannten Einrichtungen sind räumlich zusammengefasst.

In der Einlaufanlage (1) wird das ankommende Abwasser in einer Mischstrecke mit dem Eigenabwasser z.B. dem bei der Schlammentwässerung anfallendem Abwasser vermischt. In der Einlaufanlage wird das Abwasser auf sechs Gerinne verteilt. Die Gerinne einschließlich Rechenanlage sind abgedeckt und die Abluft wird zur Verringerung von Geruchsemissionen über eine Abluftreinigungsanlage abgeleitet.

In der Rechenanlage (2) werden alle groben Verunreinigungen des Abwassers wie Textilien, Hygieneartikel, Verpackungsmaterial, Speisereste über sechs Gerinne mit jeweils Feinrechen zurückgehalten. Die Rechen werden durch Harken gesäubert, wenn die Stauhöhe vor dem Rechen wegen des zurückgehaltenen Rechenguts einen festgesetzten Wert überschreitet. Das Rechengut wird gepresst, in offenen Containern gesammelt und zur Deponie gebracht.

Hinter der Rechenanlage befindet sich der Sandfang (3). Er besteht aus sechs Gerinnen. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 30 cm/sec setzen sich grobe mineralische Stoffe wie Sand, Kies und Steine am Boden ab. Der Sand wird durch Schildräumer gegen die Strömungsrichtung des Abwassers in Trichter geschoben und von dort durch Druckluftheber in Sandwaschbehälter gefördert. In den Sandwaschbehältern wird der Sand weitgehend von organischen Bestandteilen getrennt und anschließend in Containern gesammelt.

Das Abwasser fließt danach in die Vorklärbecken (4). Für die Vorklärung stehen sechzehn Rechteckbecken in zwei Beckengruppen mit sechs und zehn Becken zur Verfügung. Durch Herabsetzen der Strömungsgeschwindigkeit auf 1,5cm je Sekunde lassen sich jetzt auch leichtere Schlammteilchen vom Wasser trennen. Die Schlammteilchen setzen sich am Beckenboden ab und die schwimmfähigen Teilchen sammeln sich an der Wasseroberfläche. Den abgesetzten Schlamm, nachfolgend als Mischschlamm bezeichnet, schieben Bandräumer gegen die Strömungsrichtung in die Schlammtrichter. Der Schlamm wird zwischengespeichert und anschließend zur Schlammbehandlung gepumpt. Die Schwimmstoffe, die größtenteils aus Fett bestehen, werden durch ein Paddelwerk von der Oberfläche entfernt.

Das mechanisch vorgeklärte Abwasser fließt in die biologische Reinigungsanlage (5). Die Verteilung des Abwassers auf die biologische Reinigungsstufe erfolgt derart, dass die Raumbelastung in allen Belebungsbecken gleich ist. In den Belebungsbecken werden die im Abwasser gelösten organischen Stoffe sowie Phosphate und Stickstoffverbindungen abgebaut. Der Abbau erfolgt durch Bakterien und andere Mikroorganismen, die den belebten Schlamm bilden. Die Mikroorganismen nehmen die im Abwasser befindlichen organischen Stoffe und Teile der anorganischen Stoffe auf, verarbeiten sie weiter oder machen sie für andere Mikroorganismen verfügbar.

Der erste Teil der Belebungsbecken wird sauerstofffrei gehalten, die anaerobe Zone. Dadurch wird eine vermehrte biologische Entfernung der Phosphate aus dem Abwasser möglich. Danach wird in der aeroben Zone sehr viel Sauerstoff in das Abwasser gebracht. Das geschieht durch das Einblasen von Druckluft. Mit Sauerstoff und Nahrung versorgt, können sich die Bakterien innerhalb von 24 Stunden im Verhältnis eins zu einer Million vermehren und etwa 90% der im Abwasser enthaltenen Phosphate aufnehmen. Ohne den Wechsel von anaerober und aerober Zone würden die Mikroorganismen nur etwa 30% der im Abwasser enthaltenen Phosphorverbindungen aufnehmen. Um die vorgeschriebenen Konzentrationen von Stickstoffverbindungen im Ablauf der Anlage zu erreichen, werden durch weitere Verfahrensschritte Lebensbedingungen für nitrifizierende und denitrifizierende Mikroorganismen geschaffen. Das im Abwasser befindliche Ammonium wird in der aeroben Zone über Nitrit zu Nitrat oxidiert. Um eine Abbaurate des Nitrats von nahezu 80 % zu erreichen, wird das Drei- bis Vierfache des Zulauf-Volumen-Stromes als Rücklauf von der anaeroben Zone in die anoxische Zone gepumpt.

Die anoxische Zone ist ein Bereich, in dem gebundener Sauerstoff vorhanden ist, um das Nitrit zu molekularem Stickstoff zu reduzieren. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird das Abwasser-Schlamm-Gemisch durch horizontal wirkende Rührwerke umgewälzt. Die Verweildauer des Abwassers in den Belebungsbecken beträgt bei Trockenwetter insgesamt etwa 18 Stunden. In der anaeroben Zone 3 Stunden, in der aeroben Zone 9 Stunden und in der anoxischen Zone 6 Stunden. Sollte der geforderte Ablaufwert für Phosphor durch die biologische Phosphorentfernung nicht eingehalten werden, ist eine chemische Simultanfällung der Phosphate möglich. Hierbei wird das Fällmittel Eisen(II)- Sulfat in gelöster Form in die Becken der biologischen Reinigungsstufe eingebracht. Es entsteht Eisen(III)- Phosphat, das mit dem biologischen Schlamm vermischt ist.

Das Abwasser gelangt nun von den Belebungsbecken in die Nachklärbecken (6). Hier hat der belebte Schlamm mehrere Stunden Zeit, sich abzusetzen. Den abgesetzten Schlamm schieben umlaufende Räumer vom Beckenboden in Schlammtrichter. Im Klärwerk Ruhleben sind drei verschiedene Beckenarten im Einsatz. Die 24 vertikal durchströmten Dortmundbecken sind tief in den Boden abgesenkt. Sie sind im oberen Teil zylindrisch und haben einen kegelförmigen Schlammtrichter. Der Schlamm sinkt in die Tiefe und wird mit Pumpen abgezogen. Das Klarwasser wird durch gelochte Rohre, die sich 0,5 m unter der Wasseroberfläche befinden, aus dem Becken abgeleitet. An der Wasseroberfläche wird der zeitweilig entstehende Schwimmschlamm mechanisch geräumt.

Die zweite Beckenart sind die Rundbecken, von denen sechs in Ruhleben betrieben werden. Sie werden horizontal durchströmt. Diese zylindrischen Becken haben eine flach geneigte Trichtersohle. Der sich absetzende Schlamm wird durch Räumer kontinuierlich in die Mitte des Beckens geschoben und von dort abgezogen. Das Klarwasser wird hier ebenfalls durch gelochte Rohre, die sich 0,5 m unter der Wasseroberfläche befinden, aus dem Becken abgeleitet. Schwimmschlamm, der sich an der Oberfläche sammelt, wird durch Räumschilde in Sammelrohre (Skimmer) geschoben und kann von dort je nach Verfahrensführung sowohl in die Einlaufanlage des Klärwerkes als auch in die Belebungsbecken gefördert werden.

Die dritte Art sind die 24 vertikal durchströmten Berliner Becken. Sie wurden platzsparend mit quadratischem Grundriss schachbrettartig zusammengefasst. Der abgesetzte Schlamm wird in jedem Becken von einem Bodenräumer mit Schwenkarm, der an die Außenkanten des Beckens gedrückt wird, in den zentralen Schlammtrichter geschoben und abgepumpt. Das Klarwasser wird auch hier durch gelochte Rohre 0,5 m unter der Wasseroberfläche abgezogen. Die Schwimmschlammräumung geschieht durch Räumerbrücken, die jeweils sechs hintereinanderliegende Becken bedienen. Das gereinigte Abwasser wird in den Monaten April bis September, der Badesaison, von einem Pumpwerk (7) über eine 16 km lange Druckleitung mit einem Durchmesser von 1,6 m zum Teltowkanal im Süden Berlins gefördert. Das Pumpwerk hat vier Kreiselpumpen, deren Förderleistung insgesamt 3,5 cbm/sec beträgt.

Zur Sicherung der Druckleitung gegen mechanische Beschädigung bei Druckstößen dient ein Standrohr, Wasserschloss genannt, mit einem Fassungsvermögen von 3000 cbm. In den Monaten Oktober bis März fließt das Klarwasser direkt in die Spree.

Sämtlicher in der Abwasserbehandlung anfallender Schlamm wird aus den Absatzbecken der Vorklärung abgezogen und in die Mischschlammausgleichsbehälter (8) gepumpt. Von dort wird die Schlammbehandlung konstant versorgt. Die Schlammbehandlung im Klärwerk Ruhleben erfolgt in zwei Verfahrensschritten, in der maschinellen Entwässerung und der Verbrennung.

Die mechanischen Schlammentwässerung (9) besteht aus drei parallel arbeitenden Verbrennungsstrassen mit je zwei Zentrifugen. Der Mischschlamm wird bei Eintritt in die Zentrifugen

mit polyelektrolytischen Flockungshilfsmitteln chemisch konditioniert. Der erreichbare Trockenrückstand liegt bei etwa 24-28%. Das Zentrifugat mit einer Trockenmassenkonzentration von unter 0,1% fließt über einen Sammelbehälter zu den Zentrifugatpumpen und wird von dort wieder zum Einlauf des Klärwerkes gepumpt. Der entwässerte Schlamm von je zwei Zentrifugen fällt in ein Schlammkuchensilo (10), das jeder der drei Verbrennungsstrassen vorgeschaltet ist. Zwei Dickstoff-Kolbenpumpen fördern den Schlammkuchen jeweils über eine 40 m lange Rohrleitung zu insgesamt vier Aufgabestellen pro Wirbelschichtofen, von denen es im Klärwerk Ruhleben drei Stück gibt. Durch Eindüsen von geringen Mengen eines Gleitmittels (z.B. Heizöl) kann der Förderdruck der Pumpen erheblich gesenkt werden.

Jeder der drei Wirbelschichtöfen (11) hat eine Leistung von 47G J/h und kann maximal 3,7 t/h Trockenmasse verbrennen. Das sind ca. 15 t/h Schlammkuchen bei 25% Trockenrückstand, entsprechend der maximalen Anlagenleistung. Zur Geruchsneutralisierung ist bei der Verbrennung eine Mindesttemperatur von 850°C im Ofenkopf einzuhalten. Sie wird durch Zugabe von Heizöl über die Vorbrennkammer oder über Öllanzen direkt in das Wirbelbett erreicht. Die durch das Wirbelluftgebläse geförderte Luft wird im Abhitzekessel auf etwa 420°C und in der Vorbrennkammer durch das Verbrennen von Heizöl je nach Erfordernis weiter bis auf maximal 800°C vorgewärmt und in die Windbox geleitet.

Die Verbrennungsluft hält das Quarzsandbett von 35 t über dem Düsenboden in der Schwebe. Der Schlammkuchen wird durch Lanzen in das Wirbelbett eingetragen, das eine Temperatur von ca. 750 °C hat. Das im Schlammkuchen enthaltene Wasser verdampft explosionsartig und zerreißt den Schlamm. Der wirbelnde Quarzsand zerreibt den Schlamm, so dass für die Verbrennung eine sehr große Oberfläche zur Verfügung steht. Die Verweilzeit der Gase im Verbrennungsraum beträgt bei maximaler Leistung vier Sekunden. Um die Anlage und deren Umgebung von Gerüchen freizuhalten, wird die Verbrennungsluft vorwiegend aus den geruchsbelasteten Bereichen abgesaugt.

Die Rauchgase verlassen den Wirbelschichtofen mit einer Temperatur von 850-870 °C.

Im Abhitzekessel (12) wird durch Wärmetauscher die Energie übertragen und vorrangig für die Dampferzeugung sowie zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und des Kesselspeisewassers genutzt. Der Dampf wird für die Bereitstellung von Druckluft und zur Elektroenergieerzeugung eingesetzt. Die Heizflächen werden durch Rußbläser gereinigt. Die gesamte Verbrennungsanlage arbeitet im Unterdruck, der durch die Rauchgasgebläse erzeugt wird und eine Staubbelästigung im Gebäude verhindert.

Die im Abhitzekessel auf 170-210 °C abgekühlten Rauchgase werden mit einem drehzahlgeregelten Rachgasgebläse abgesaugt. Anschließend strömen sie durch den der entsprechenden Verbrennungsstrasse zugeordneten Elektrofilter (13) und werden nach Passieren der Rauchgaswäsche über den 96 m hohen Schornstein in die Atmosphäre geleitet.

Die weitergehende Rauchgasreinigung erfolgt seit Februar 1989 als nasse Rauchgaswäsche (14) mit Kalk als Absorptionsmittel. Für die Behandlung der Rauchgase werden bei einem durchschnittlichen Schwefeldioxidgehalt täglich 2,5 t Kalk in der Suspensionsaufbereitung (15) benötigt. Ein Reaktionsprodukt der nassen Rauchgasbehandlung ist Gips, täglich entstehen davon ca. 7 t.

Nach der Gipsentwässerung (16) hat der Gips eine Restfeuchte von weniger als 10 %. Der Gips wird der Bau- und Zementindustrie als Wirtschaftsgut zur Verfügung gestellt.

Ein Restprodukt ist der Schlamm, von dem ca. 100 kg/d entstehen. Der Schlamm gilt als Sondermüll und wird momentan noch auf einer Deponie abgelagert, ab 2005 wird er rekultiviert.

Die in den Trichtern des zweiten und dritten Kesselzuges sowie im Elektrofilter anfallende Asche wird pneumatisch zu den vier Aschebunkern (18) gefördert. Aus dem Aschebunker wird die Asche abgezogen, gegebenenfalls befeuchtet, auf Fahrzeuge verladen und abtransportiert. Täglich fallen ca. 30 t Asche an. Sie wird zur Zeit als Bergbauversatz verwendet.


Abwasser - Inhaltsverzeichnis

1.	Einleitung
2.	Historischer Hintergrund in Europa/Berlin
3.	Vorschläge zur Lösung der Abwasserfrage
4.	Die Radialsysteme
5.	Das Berliner Kanalsystem
6.	Das Berliner Abwassersysteme im Schema
7.	Klärwerk Ruhleben
8.	Systemanalyse
9.	Fazit
10.	Quellen