Erklärung zur Schwarzwasseraufbereitung an Bord von Kreuzfahrtschiffen

Kreuzfahrtschiffe beherbergen Tausende von Passagieren und Besatzungsmitgliedern, was zu einem enormen Abwasseranfall von bis zu 1000 Kubikmetern pro Tag führt. Daher ist das Abwassermanagement zu einem entscheidenden Aspekt des täglichen Betriebs geworden.

Ein Kreuzfahrtschiff muss in dieser Hinsicht autark sein, da es sich über einen längeren Zeitraum vom Land fernhält.

Das Abwasser an Bord von Kreuzfahrtschiffen wird in zwei Kategorien eingeteilt: Grauwasser und Schwarzwasser.

Grauwasser kommt aus Badezimmern, Duschen und Waschbecken. Auch das Wasser aus Küchen, Fleischräumen, Fischräumen und Wäschereien ist Grauwasser. Zur leichteren Unterscheidung wird solches Wasser jedoch als Küchen- und Wäsche-Grauwasser bezeichnet.

Schwarzwasser ist das schmutzige Wasser aus Toiletten und Urinalen, einschließlich Spülwasser. Da es sich um menschlichen Abfall handelt, der infektiös und umweltgefährlich ist, sind für die Lagerung an Bord oder die Entladung über Bord außerhalb ökologischer Grenzen spezielle Handhabungs- und Behandlungsverfahren erforderlich.

Daher liegt unser Schwerpunkt in diesem Artikel auf der Schwarzwasserbewirtschaftung, -aufbereitung und -entsorgung.

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Das Schwarzwasser wird über ein Ringleitungssystem in Schwarzwassersammeleinheiten gesammelt. Das Ringleitungssystem ist durch verschiedene Decks oder Zonen an Bord unterteilt und mit verschiedenen Schwarzwassersammeleinheiten verbunden.

Abhängig von der Größe des Schiffes kann es mehrere Sammeleinheiten (4–10 Einheiten) geben. Sie werden üblicherweise in technischen Räumen auf dem gesamten Schiff installiert, wo technisches Personal sie überwachen und warten kann.

Das Schwarzwasser wird durch Schwerkraft oder Vakuum in den Sammelbehältern gesammelt. Bei einem Vakuumsystem wird das Vakuum im Sammelbehälter und seiner Saugleitung mithilfe angeschlossener Vakuumpumpen erzeugt, die über Sensoren auf der Grundlage des Vakuumniveaus arbeiten.

Das Schwarzwasser gelangt über Grobsiebe in die Sammeleinheiten, die täglich oder nach Bedarf gereinigt werden müssen. Diese Siebe entfernen alle groben Feststoffe, die in die Sammeltanks gelangen, Rohrleitungen oder Austragspumpen verstopfen könnten.

Die Schwarzwassersammeleinheiten verfügen über angeschlossene Entladepumpen, die normalerweise auf einen Timerbetrieb eingestellt sind, aber auch auf den Betrieb auf dem Niveau eingestellt werden können. Die Pumpen werden über Schwimmerschalter betätigt und senken von Zeit zu Zeit den Pegel der Schwarzwassersammeleinheiten. Diese Pumpen sind Abwasserpumpen und fördern das Schwarzwasser von den Sammeleinheiten zu Siebpressen.

Die Siebpressen trennen die Feststoffe wie Toilettenpapier, Kunststoffe, Splitt, Fasern, Lumpen usw. weiter vom Schwarzwasser und sorgen so dafür, dass nur die Flüssigkeit in die nächste Stufe, die Aufbereitungsstufe, gelangt.

Dies geschieht, indem zunächst die größeren Feststoffe durch ein Sieb genanntes Sieb abgetrennt werden und anschließend die feinen suspendierten Feststoffverunreinigungen durch eine große, von einem Motor angetriebene Schneckenwelle entfernt werden, die die feineren Feststoffe mahlt und abtrennt.

Das gesiebte oder gefilterte Schwarzwasser gelangt in die nächste Stufe, die Aufbereitungsstufe, während die abgetrennten Feststoffe aus der Siebpresse in einem separaten Tank gesammelt werden, der üblicherweise als Bioschlammtank bezeichnet wird.

Zusammen mit Schwarzwasser kann auch untergebrachtes Grauwasser den MBRs zugeführt werden. Mit Hilfe eines 3-Wege-Ventils am Eingang der Siebpressen wird dieser Vorgang automatisch bedarfsgesteuert gesteuert. In Zeiten geringer Schwarzwasserbildung, die normalerweise nachts auftreten, wenn die meisten Menschen schlafen, versorgt das 3-Wege-Ventil das MBR-System mit Grauwasser, um die Niveaus der Stufen aufrechtzuerhalten.

Im oben genannten Fall wird das Grauwasser der Unterkunft in separaten Doppelbodentanks gespeichert. Es sind MBR-Grauwasserpumpen vorgesehen, die automatisch entsprechend dem Grauwasserbedarf des MBR und dem Grauwasserstand in den DB-Tanks arbeiten.

Das gesiebte/gefilterte Schwarzwasser wird der als MBR bekannten Kläranlage zugeführt. MBR steht für Membran-Bioreaktor. Wie der Name schon sagt, reinigt es Abwasser oder Schwarzwasser durch biologische Prozesse und Membranfiltration.

Der MBR besteht aus zwei Stufen. Das Schwarzwasser aus den Siebpressen gelangt in die 1. Stufe, wo es durch aerobe Bakterien aufbereitet wird. Eine konstante Luftzufuhr erzeugt durch Gebläse und Diffusoren aerobe Bakterien, die Luftblasen erzeugen, um die Luft gleichmäßig in der Biomasse zu verteilen. Überschüssige Luft, Wasserdampf und Gase werden aus beiden Stufen durch angeschlossene Entlüftungsleitungen in die Atmosphäre abgelassen.

Die aeroben Bakterien wirken auf das Abwasser ein, zersetzen es so und trennen den Schlamm vom Abwasser. Das aufbereitete Wasser gelangt nun durch die ISFs (Inter-Stage Filters) zur zweiten Stufe des MBR.

Die ISFs helfen dabei, feinere Partikel oder Verunreinigungen zu entfernen, die möglicherweise in der ersten Stufe erzeugt oder aus der Vorbehandlungsstufe verschleppt wurden. Das Filtrat aus dem ISF wird in einem angeschlossenen Filtrattank gesammelt und von dort über Filtratpumpen in die 2. Stufe des MBR gepumpt, während das abgetrennte Rechengut (Feststoffe) im Rechenguttank gesammelt und entweder zurück zur Siebpresse gepumpt wird oder die 1. Stufe durch die Siebpumpen. Sowohl die Filtrat- als auch die Siebpumpe verfügen über eine Betriebspumpe und eine Standby-Pumpe.

Der Zustand der ISFs muss regelmäßig überprüft und die Filter bei Bedarf gereinigt werden. Das Filtrat-zu-Screening-Verhältnis ist ein Parameter, der den Zustand der ISFs anzeigt. Normalerweise sollte das Verhältnis zwischen 1 und 5 liegen. Werte, die weit außerhalb dieses Bereichs liegen, erfordern Überprüfungen und/oder Anpassungen.

Wie in der 1. Stufe finden auch in der 2. Stufe weitere aerobe Aktivitäten statt. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die Schlammabtrennung so weit wie möglich erfolgt, so dass nur Flüssigkeit zur Membranfiltrationsstufe gelangt, wodurch die Möglichkeit einer Verstopfung und/oder eines Bruchs der Membran verringert wird, was zu Ausfallzeiten und erhöhtem Wartungsaufwand führen kann.

Der abgetrennte Schlamm aus der 1. und 2. Stufe muss täglich entfernt werden, um eine versehentliche Übertragung des Schlamms zusammen mit der Flüssigkeit auf die Membran zu verhindern. Zu diesem Zweck sind separate Schlammpumpen und Tanks vorgesehen. In beiden Stufen erfolgt auch eine Chemikaliendosierung zur Klärschlammkonditionierung.

Die zu behandelnde Flüssigkeit (Abwasser) wird von den Kreisel-Crossflow-Pumpen von der 2. Stufe des Bioreaktors zu den Membranen gepumpt. Die Membranen sind normalerweise in mehreren (normalerweise 3 bis 4) parallelen Bänken angeordnet. Jede Bank verfügt über mehrere in Reihe geschaltete Membranen und eine eigene Querstrompumpe. Die einzelnen Bänke können zur Reinigung oder Wartung isoliert werden, ohne den Prozess zu stören.

Jede Membran ist röhrenförmig, mit Rohren mit einem Nenndurchmesser von 8 mm, die auf faserverstärkten Gehäusen mit einem Nenndurchmesser von 200 mm montiert sind. Die Membranen sind für den Ultrafiltrationsbereich ausgelegt und haben eine nominale Porengröße von 40 Nanometern.

Auf der Oberfläche der Membranfaser befinden sich mehrere Milliarden solcher mikroskopisch kleinen Poren, die zwar eine Barriere gegen mikrobielle Verunreinigungen wie Bakterien, Viren und Protozoen bilden, aber den Durchtritt reiner Wassermoleküle ermöglichen und so die Behandlung beeinträchtigen. Das unbehandelte Abwasser wird in die 2. Stufe des Bioreaktors zurückgeführt.

Die Membranbänke, die aufgrund der Ansammlung von Verunreinigungen verschmutzen, müssen einmal täglich mit sauberem Süßwasser rückgespült oder gespült und einmal pro Woche chemisch gereinigt werden, um eine anhaltende Betriebssicherheit zu gewährleisten und Ausfälle und Schäden an den Membranen zu vermeiden. Der Austausch einer Membran kann eine kostspielige und zeitaufwändige Angelegenheit sein.

Die membrangefilterte Flüssigkeit, bekannt als Permeat oder behandeltes Abwasser, kann zur weiteren Desinfektion mit Chlor behandelt werden, bevor sie über einen Trübungssensor in Permeat- oder behandelte Abwasserspeichertanks gepumpt wird, der die Permeatpumpe bei hoher Trübung stoppt.

Das gespeicherte Permeat wird von Pumpen für aufbereitetes Abwasser über Bord gepumpt, sofern die Umweltgrenzwerte überschritten werden. Eine Chlorbehandlung (Desinfektion) ist bei MBRs normalerweise nicht erforderlich, wenn der Bioreaktor und die Membranen eine gute Leistung erbringen.

Wöchentliche Tests müssen auf biologischen/chemischen Sauerstoffbedarf, Geruch, Farbe und E-Coli durchgeführt werden, indem Proben aus beiden Stufen des Bioreaktor-Permeats entnommen werden, um die Leistung der MBR-Anlage festzustellen.

Während dem MBR Grauwasser aus Unterkünften zugeführt werden kann, ist es nicht ratsam, Grauwasser aus Küche und Wäscherei zu verwenden, da die Anwesenheit von Reinigungsmitteln und/oder Ölen möglicherweise schädlich für die aeroben Bakterien sein und dadurch die Erzeugung und Funktion von Biomasse beeinträchtigen kann. Aus diesem Grund verfügen auch das Grauwasser der Kombüse und der Wäscherei über eigene, separate Speichertanks.

Das Schwarzwassermanagement ist ein komplexer Prozess, der ein umfassendes Verständnis des Systems, eine strikte Beachtung der Parameter, die Einhaltung ordnungsgemäßer und rechtzeitiger Wartungsverfahren sowie eine genaue Fehlerbehebung erfordert, um kontinuierliche Effizienz und Betriebskontinuität zu gewährleisten.

Die Komplexität des Systems kann auch ein Faktor für die Größe des Schiffes sein. Größere Schiffe stellen eine erhebliche Belastung hinsichtlich Betrieb und Routinen dar. Obwohl Systeme für den automatischen Betrieb ohne manuelle Unterstützung konzipiert sind, sind sie immer anfällig für Störungen. Es wird empfohlen, die Richtlinien, Handbücher, Wartungspläne und regelmäßigen Tests des Herstellers zu befolgen, um den Zustand der Pflanze sicherzustellen.

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