Kleine Kläranlagen planen und betreiben

Werksseitig hergestellte Kleinkläranlagen für bis zu 50 Einwohner sind CE-kennzeichnungspflichtige Bauprodukte nach der EU-Bauproduktenverordnung Nr. 305/2011. Die Richtlinie definiert, dass alle Kleinkläranlagen, die innerhalb der EU gehandelt werden, der europäischen Norm EN 12566–3 entsprechen müssen. Darin werden grundlegende Qualitätsstandards, werkseigene Produktionskontrollen und Prüfverfahren festgelegt.

So ist für jede Baureihe eines Herstellers eine praktische 38-Wochen-Prüfung auf einem Prüffeld durchzuführen, bei der die Reinigungsleistung der Anlage bestimmt wird. Der Behältertyp wird zudem auf Standsicherheit, Wasserdichtheit und Brandverhalten geprüft. Ebenso muss die Dauerhaftigkeit des Materials nachgewiesen werden. Die CE-Kennzeichnung ist an einer gut sichtbaren Stelle anzubringen, beispielsweise auf dem Schaltschrank.

Da in der EN 12566–3 keine Grenzwerte oder Bemessungsgrundlagen vorgegeben werden, ist in Deutschland eine bauaufsichtliche Zulassung durch das Deutsche Institut für Bautechnik erforderlich. Erst mit dieser ist sichergestellt, dass die Anlage den Anforderungen aus dem Wasserrecht genügt und in der Lage ist, die geforderten Grenzwerte einzuhalten.

Ablaufklassen

Kleinkläranlagen bis 50 Einwohner

Seit 2005 wird die Leistungsfähigkeit von Kleinkläranlagen in Ablaufklassen eingeteilt. Meist wird dabei lediglich die Reinigungsklasse C, also der Kohlenstoffabbau, gefordert. Diese erfüllt die behördlichen Mindestanforderungen. Welche Klasse für das jeweilige Objekt benötigt wird, legt die zuständige Behörde fest.

Erhöhte Ablaufklassen

Wenn besondere Maßnahmen zum Schutz der Gewässer erforderlich sind, können weitergehende Anforderungen an die Reinigung des Abwassers gestellt werden. Erhöhte Ablaufklassen werden beispielsweise beim Einbau in Karst- und Trinkwasserschutzgebieten sowie bei Einleitung des geklärten Abwassers in sensibles Gewässer verlangt. Die Einteilung von Kleinkläranlagen in Ablauf- oder Reinigungsklassen schafft Transparenz. Die Behörde kann so unterschiedliche Grundwasser- und Gewässersituationen besser berücksichtigen. Auch für Planer, ausführende Betriebe sowie Bauherren hat die Klassifizierung Vorteile und schafft einen besseren Überblick über die Leistungsfähigkeit der am Markt angebotenen Systeme.

Der technische Aufwand bei der Anlagentechnik hält sich bei den Ablaufklassen Nitrifikation (N) und Denitrifikation (D) in Grenzen. Bei vielen Systemen sind lediglich Anpassungen im Verfahrensablauf nötig, die über die elektronische Steuerung realisiert werden können. Höherer Aufwand muss für die Klassen Phosphatentfernung (+P) und Hygienisierung (+H) betrieben werden.

Phosphatentfernung (+P)

Der Pflanzennährstoff Phosphat ist Auslöser für ein übermäßiges Wachstum von Algen und Wasserpflanzen, die Eutrophierung, in Seen und langsam fließenden Gewässern. Dies beeinträchtigt deutlich den Lebensraum von Kleinstlebewesen und Fischen. Das gelöste, pflanzenverfügbare Phosphat wird als Orthophosphat bezeichnet. Der Begriff Gesamtphosphat umfasst dagegen die Summe aus gelöstem und ungelöstem.

Die physikalisch-chemische Phosphatentfernung ist ein wirksamer Prozess zur Reduzierung von Orthophosphaten. Das +P-Modul von Graf entfernt beispielsweise, durch Zugabe eines Fällmittels, Phosphatverbindungen aus dem Abwasser. Es wird über eine hochgenaue Dosierpumpe beigemengt. Hierdurch lassen sich gelöste und ungelöste Phosphate binden und setzen sich als Feststoffe zusammen mit dem Schlamm ab. Eine kompakte Schlauchpumpe im Schaltschrank dosiert das als Fällmittel eingesetzte Polyaluminiumchlorid.

Hygienisierung (+H)

Mit dem +H-Modul werden Keime und Bakterien in biologisch gereinigtem Abwasser mit Hilfe von UV-Licht abgetötet. Das für die UV-Desinfektion erforderliche Licht wird in speziellen Strahlern erzeugt. Jeder Strahler ist wasserdicht von einem Quarzrohr umgeben. Das gereinigte Abwasser wird an den Rohren vorbeigeleitet. Das Gasplasma emittiert Licht mit einer Hauptwellenlänge von 254 nm. Dieses intensive UV-Licht erreicht die Mikroorganismen im Wasser und wirkt direkt auf deren Erbinformationsträger ein. Das Verfahren der UV-Hygienisierung wird bei Kleinkläranlagen seit dem Jahr 2006 erfolgreich eingesetzt.

Kleinkläranlagen größer 50 Einwohner

Kleine Kläranlagen für mehr als 50 Einwohner unterliegen keiner Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassung. Die Bemessung der Anlagen erfolgt nach den Arbeitsblättern der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V (DWA). Über die Genehmigung entscheidet die untere Wasserbehörde. Unternehmen wie Graf stellen für alle Baugrößen klärtechnische Berechnungen zur Vorlage bei der Behörde zu Verfügung. Auch bei Anlagen, die nach DWA bemessen werden, ist eine Nitrifikation und Denitrifikation sowie Phosphatentfernung und Hygienisierung möglich.

Sauerstoffbedarf

Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB)-Wert spielt bei der Beurteilung von Abwasser eine wichtige Rolle. Er ist ein Maß für die Summe aller organischen Verbindungen im Wasser – auch der schwer abbaubaren. Der Wert kennzeichnet die Menge an Sauerstoff in mg/l, der zur Oxidation der gesamten im Wasser enthaltenen organischen Stoffe verbraucht wird. Durch die praktische Handhabung ist er ein wesentlicher Parameter für die Beurteilung von Kläranlagen geworden.

Der biologische Sauerstoffbedarf (BSB₅) gibt die Menge an Sauerstoff an, die Bakterien und andere Kleinstlebewesen in einer Wasserprobe im Zeitraum von fünf Tagen bei einer Temperatur von 20 °C verbrauchen, um die Wasserinhaltsstoffe aerob abzubauen. BSB ist somit ein indirektes Maß für die Summe aller biologisch abbaubaren organischen Stoffe im Wasser. Der Wert gibt in mg/l an, wie viel gelöster Sauerstoff in einer bestimmten Zeit für den biologischen Abbau der organischen Abwasserinhaltsstoffe benötigt wird. Er ist ein wichtiger Parameter zur Beurteilung des Belastungsgrades, den ein Abwasser für ein überirdisches Gewässer – den Vorfluter – darstellt. Dadurch, dass die Abwasserinhaltsstoffe im Vorfluter von den dortigen Bakterien abgebaut werden, wird dem Gewässer der Sauerstoff ganz oder teilweise entzogen. Bei einer Überschreitung der Grenzwerte kann es zum Absterben Sauerstoff atmender Lebewesen wie Krebsen und Fische kommen.

Grenzwerte und Ablaufparameter:

Total Kjeldahl Nitrogen

Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) ist ein Parameter für den gesamten Stickstoff im Rohabwasser. Der TKN ist die Summe des gesamten organisch gebundenen Stickstoffs und des Ammonium Stickstoff. Er kommt im Zulauf zur Kläranlage fast nur in dieser Form vor. In der Kläranlage werden die organischen Verbindungen zu anorganischem Nitrat umgewandelt. Im Ablauf wird üblicherweise die Gesamtmenge gemessen, da diese sowohl die organischen als auch die anorganischen Verbindungen berücksichtigt.

Ammonium

Ammonium ist eine anorganische Stickstoffverbindung, die beim biologischen Abbau organischer Stickstoffverbindungen entsteht. Es kann unter Sauerstoffzufuhr zu Nitrat umgewandelt werden. Im Gewässer entsteht durch die Nitrifikation ein hoher Sauerstoffverbrauch, außerdem fördert Ammonium als Dünger das Algenwachstum.

In der Abwassertechnik wird in der Regel nur der Ammonium-Stickstoff angegeben. Für die Ablaufklasse C gibt es dafür keinen Grenzwert. Ab Klasse N beträgt dieser 10 mg/l. Da der Prozess der Nitrifikation sehr temperaturempfindlich ist, gelten Grenzwerte nur bei einer Abwassertemperatur über 12 °C.

Nitrat

Nitrat ist eine Stickstoffverbindung, die im Abwasser durch die Umwandlung von Ammonium über Nitrit zu Nitrat entsteht. Dieser Vorgang nennt sich Nitrifikation. Nitrat gehört zu den Hauptnährstoffen in der Natur. Zuviel davon in Oberflächengewässern führt zu vermehrtem Algenwachstum und im Grundwasser zu einer Verunreinigung. Gelangt zu viel der Substanz in das Trinkwasser, so kann der menschliche Körper daraus giftige Stoffe bilden. Nitrat kann durch die Denitrifikation in der Kläranlage entfernt werden – Ablaufklasse D.

Phosphate

Phosphate sind in der Natur ein wichtiger Nährstoff, der bei zu hohen Konzentrationen zu einem vermehrten Algen- und Pflanzenwachstum führt. Bereits seit dem Jahr 1986 sind keine phosphathaltigen Waschmittel mehr in Verwendung. Hierdurch ist die Belastung in den Gewässern stark zurückgegangen. In Kleinkläranlagen lässt sich der Stoff durch die Zugabe eines Fallmittels entfernen – Ablaufklasse +P.

Abfiltrierbare Stoffe

Abfiltrierbare Stoffe sind im Abwasser enthaltene Sink-, Schweb- und Schwimmstoffe. Sie ergeben meist eine sichtbare Trübung des Abwassers.

Betrieb und Wartung

Die Anzahl der Wartungen richtet sich nach den Vorgaben der Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassung. Die Untere Wasserbehörde kann abweichende Anforderungen an die Häufigkeit der Wartung stellen. Bei den Ablaufklassen C, N und D ist sie alle sechs Monate erforderlich, bei den Ablaufklassen +P und +H drei Wartungen alle vier.

Dabei sind folgende Arbeiten durchzuführen:

> Einsichtnahme in das Betriebsbuch – der Soll-Ist-Vergleich,

> Funktionskontrolle,

> Einstellen optimaler Betriebswerte,

> Feststellen der Schlammspiegelhöhe,

> Wartung der maschinellen Einrichtungen,

> Allgemeine Reinigungsarbeiten,

> Überprüfung des baulichen Zustandes der Anlage,

> Kontrolle der Be- und Entlüftung sowie

> Vermerk durchgeführter Wartungen im Betriebsbuch.

Das UV-Modul muss ebenfalls gereinigt werden. Dazu wird die Lampe demontiert und die Schutzröhre mit einem säurehaltigen Reinigungsmittel geputzt.

Bei jeder Wartung, beziehungsweise jeder zweiten Wartung bei den Ablaufklassen +P und +H, ist eine Probe zu entnehmen und auf diese Werte zu überprüfen:

> Temperatur,

> pH-Wert,

> absetzbare Stoffe,

> CSB,

> NH₄-N (bei Ablaufklasse N und D),

> N_anorg (bei Ablaufklasse D) sowie

> P_ges (nur bei Ablaufklasse +P).

Zusätzlich ist der Betreiber verpflichtet, die notwendige Sachkunde zum Betrieb einer Kleinkläranlage zu erlangen oder eine sachkundige Person mit dem Betrieb zu beauftragen. Die Anlage muss täglich auf Störungen kontrolliert werden. Dabei ist es ausreichend, zu überprüfen, ob die Steuerung einen Alarm meldet. Einmal im Monat ist eine Sichtprüfung der Anlage vorgeschrieben und die Betriebsstunden müssen monatlich erfasst werden.

Schlammabfuhr

Eine Schlammabfuhr ist in der Regel einmal jährlich erforderlich. Abhängig vom Wasserverbrauch und Nutzerverhalten können die Abfuhrintervalle auch variieren. Manche Gemeinden fordern eine regelmäßige Schlammabfuhr ein oder zwei Mal pro Jahr, andere eine bedarfsgerechte. Bei der bedarfsgerechten wird die Schlammhöhe durch das Wartungsunternehmen gemessen und die Abfuhr nur veranlasst, wenn dieses erforderlich ist. Dabei ist grundsätzlich die gesamte Vorklärung, die erste Kammer der Kleinkläranlage, zu entleeren und anschließend mit Klarwasser wieder aufzufüllen.

Bereits bei der Bauplanung einer Anlage sollte beachtet werden, dass die Zufahrt zur Schlammabfuhr mit einem Saugfahrzeug möglich ist. Neuartige Klärverfahren, wie beispielsweise das der Graf Kleinkläranlage easyOne, reduzieren die Entstehung von Klärschlamm und damit die Kosten der Abfuhr. Die konsequente Vermeidung anaerober Prozesse im Klärprozess kann dies begünstigen.

SBR-Klärtechnik

Bei der Sequentiellen-Biologischen-Reinigungs (SBR)-Klärtechnik gibt es eine getrennte Vorklärung zur mechanischen Rückhaltung der Grobstoffe sowie ein biologisches Belebungs- und Nachklärbecken – das SBR-Becken. Diese Anlagen reinigen das zufließende Abwasser in mehreren Zyklen. Die Reinigungsleistung beträgt, je nach Hersteller, bis zu 99 %. Damit unterschreiten Kleinkläranlagen wie Klaro Easy die vom Gesetzgeber geforderten Grenzwerte.

Zulaufbedingungen

Kleinkläranlagen sind für die Reinigung von häuslichem Abwasser oder für Abwässer, die nach Art und Zusammensetzung häuslichem Abwasser entsprechen, bestimmt. Das ist nach DIN EN 1085 Schmutzwasser aus Küchen, Waschräumen, Waschbecken, Badezimmern, Toiletten und ähnlichen Einrichtungen. Diese Anlagen sind für einen Schmutzwasserzufluss von maximal 150 l je Einwohner pro Tag bemessen.

Auslegung für Wohngebäude und andere bauliche Anlagen

Nach DIN 4261–1 ist je Wohneinheit mit einer Wohnfläche über 60 m² mit mindestens vier Einwohnern zu rechnen, darunter mit mindestens zwei. Bei mehr als drei Wohneinheiten oder Gebäuden kann für zusätzliche Wohneinheiten von den Mindestvorgaben abgewichen werden.

Andere bauliche Anlagen sind nach Einwohnergleichwerten (EW) entsprechend DIN 4261–1 auszulegen.

Be- und Entlüftung

Für den ordnungsgemäßen Betrieb einer Kleinkläranlage ist eine funktionierende Be- und Entlüftung der Behälter wichtig. Funktioniert diese nicht richtig, kann es zu Geruchsbelästigungen kommen. Bei Anlagen, bei denen der Luftsauerstoff aus dem Behälter angesaugt wird, beispielsweise wenn Tauchmotorbelüfter eingesetzt werden, gelangt bei unzureichender Belüftung keine frische Luft hinein. In dem Fall wird die Biologie nicht mehr ausreichend mit Sauerstoff versorgt. Ein vollständiges System besteht immer aus einer Belüftung, durch die die Luft hineinströmt, und einer Entlüftung, aus der die Luft wieder entweicht.

Die Belüftung sollte immer ablaufseitig oder direkt am Domschacht angeschlossen werden. Die Entlüftung erfolgt per Zulaufleitung über das Dach. So kann mittels des Kamineffekts ein ausreichender Luftstrom entstehen. Wichtig ist dabei, dass die Überdachentlüftung und die Zulaufleitung zur Kläranlage nicht im Querschnitt eingeschränkt sind, beispielsweise durch stehendes Wasser. Das System lässt sich durch das Wartungsunternehmen mit Hilfe eines Rauchtestes prüfen.

In der Praxis sind viele Kleinkläranlagen nur teilweise ausgelastet, da sie nur von einer Person genutzt werden. Ebenso gibt es solche, bei denen der Abwasserzufluss fast ausschließlich am Wochenende erfolgt. Deshalb sind Ausführungen mit einer automatischen Unterlasterkennung zu empfehlen. Die Kleinkläranlagen Klaro Easy und easyOne von Graf messen vor jedem Reinigungszyklus den Füllstand der Vorklärung und schalten bei Bedarf automatisch in den Sparbetrieb. Dabei wird immer das Optimum an Energie eingespart und gleichzeitig die biologischen Prozesse aufrechterhalten. Gegenüber herkömmlichen Kläranlagen werden so bis zu 75 % Energiekosten eingespart.

Kohlenstoffdosierung

Bei Kläranlagen von Gebäuden, bei denen über einen Zeitraum ab sechs Wochen kein Abwasser zufließt, besteht die Möglichkeit, die Biologie durch die Zugabe einer Nährstoffquelle wie Kohlenstoff am Leben zu erhalten. Eine Kohlenstoffdosierung ist für Ferienhäuser, Gebäude mit saisonaler Nutzung und bei hohem Gelbwasseranteil, etwa bei Schulen, zu empfehlen.

Die Zuführung der Lösung erfolgt durch die gleichen Dosierpumpen, die auch für die Phosphatentfernung verwendet werden. Sie startet automatisch, sobald die Steuerung misst, dass kein Abwasserzufluss mehr vorhanden ist.

Versickerung von gereinigtem Abwasser

Eine der Kläranlage nachgeschaltete Versickerung ist eine bewährte Entsorgungslösung für das gereinigte Abwasser. Erforderlich sind eine dafür geeignete Bodenbeschaffenheit und mindestens 1 m Abstand zum Grundwasser. Das System besteht aus mehreren Versickerungsmodulen, die sich beliebig dimensionieren lassen.

Bodenbeschaffenheit

Für eine funktionsfähige Versickerung muss der Untergrund dauerhaft in der Lage sein, das gereinigte Abwasser aufzunehmen. Der kf-Wert beschreibt die Wasserdurchlässigkeit des Bodens. Er muss für eine Versickerung zwischen 5 x 10^–3 und 5 x 10^–6 liegen. Gegebenenfalls ist die Eignung des Untergrundes nach DIN 4261–5 „Versickerung von biologisch aerob behandeltem Schmutzwasser“ nachzuweisen.

Abstände zu Grundwasser und Gebäuden

Der Abstand vom höchsten Grundwasserstand zur Unterkante der Versickerung muss mindestens 1 m betragen. In diesem Bereich dürfen auch keine langfristigen Staunässen vorhanden sein. Ein ausreichender Abstand zu tief wurzelnden Pflanzen ist ebenfalls einzuhalten. Die Entfernung zu bestehendem oder geplantem Baumbestand muss mindestens dem zu erwartenden Kronendurchmesser entsprechen. Zu angrenzenden Tiefgeschossen und Kellern ist ebenfalls eine Distanz von mindestens 6 m einzuhalten.

Auslegung für die Versickerung

Die DIN 4261–5 schreibt die erforderliche Wandfläche einer Versickerungsanlage in Abhängigkeit der Bodenart vor. Die Bodenflächen des Versickerungssystems dürfen nicht angesetzt werden. Die Fläche dafür, ist in Abhängigkeit der Bodenart und der hydraulischen Spitzenbelastung zu berechnen. Die Berechnung wird exemplarisch für einen Einwohner und dem ungünstigsten Bodenwert von 5 x 10^–6 m/s durchgeführt:

Der Sicker-Tunnel 300 hat eine Wandfläche von 2 x 1,22 m x 0,51m = 1,24 m² je Tunnel-Element. Es ergibt sich also eine Versickerungsrate von: 5 x 10^–6 m/s x 1 000 x 1,24 m² = 0,0062 l/s = 0,372 l/min.

Hydraulisch ist das Versickerungssystem bei SBR-Kläranlagen so zu bemessen, dass die Abwassermenge eines SBR-Zyklus zwischengespeichert werden kann und bis zum nächsten Zyklus versickert wird. Pro Zyklus fallen maximal 150 l / 4 = 37,5 l pro EW an. Die Entleerungszeit beträgt demnach: 37,5 l / 0,372 l/min = 101 min. Sie ist damit für den ungünstigsten Fall kleiner als die Zykluszeit von 360 min. Ein Sicker-Tunnel 300 ist somit je EW ausreichend.

Zur Erhöhung der Sicherheit werden bei wenig versickerungsfähigen Böden, beispielsweise Schluff und solchen mit Schluffanteilen sowie Stein-Lehmgemische, zwei Versickerungselemente je Einwohner bemessen. Die Konformität gemäß DIN 4261–5 ist unter Einhaltung der Einbaubedingungen erbracht, da die Leistung und Eigenschaft des Sicker-Tunnels 300 mit denen eines Vollsickerrohres vergleichbar ist.