Aerobe Biologische Verfahren

Belebtschlammbecken:

Die aerobe Behandlung von Abwasser im Belebtschlammbecken ist das am weitesten verbreitete Aufbereitungsverfahren in der Abwasserreinigung und hat sich seit Jahrzehnten bewährt.

Dabei werden die organischen und chemischen Verunreinigungen des Abwassers (u.a. BSB, CSB, Stickstoff und Phosphor) durch aerobe biologische Prozesse abgebaut. Diverse Mikroorganismen, die für ihren oxidativen Stoffwechsel elementaren oder chemisch gebundenen Sauerstoff benötigen, schließen sich zu Schlammflocken zusammen und setzen die ungewollten Schadstoffe im Wasser zu CO₂ und weiterer Biomasse um.

Die Vorteile für unsere Kunden sind:

• hohe Prozesssicherheit,
• einfache und wartungsarme Verfahrenstechnik,
• geringe Investitions- und Betriebskosten,
• präzise Steuerung und Anpassung des Reinigungsprozesses an wechselnde Zulaufwerte.

 

SBR (Sequencing Batch Reactor):

Bei einem SBR handelt es sich um ein Belebtschlammbecken, welches diskontinuierlich befüllt wird. Alle Prozesse der biologischen Reinigung, wie Belüften, Mischen und Nachklärung, finden in einem Tank statt.

Das Verfahren lässt sich in fünf aufeinanderfolgende Prozessstufen unterteilen:

• Befüllung: Der Reaktor wird mit Abwasser und abzubauendem Substrat gefüllt. Belüftung/Mischen kann bereits stattfinden.
• Belüftung/Mischen: Die sich im Reaktor befindliche Biomasse setzt die hauptsächlich organischen Abwasserinhaltsstoffe um. Durch alleiniges Mischen kann der Abbau von Kohlenstoff und Stickstoff stattfinden. Wenn nötig, wird Eisensalz zur Phosphor-Fällung zugegeben.
• Absetzen: Die Trennung der Biomasse vom Abwasser findet durch Sedimentation im selben Tank statt. Ein zusätzliches Nachklärbecken ist nicht notwendig.
• Ablauf: Das gereinigte Abwasser, das sich an der Oberfläche befindet, wird abgezogen, um wieder Kapazitäten für den nächsten Füllvorgang zu schaffen.
• Leerlauf/Schlammabzug: Es kann zu Stillstandszeiten kommen, vor allem bei mehreren in Reihe geschalteten SBRs. In dieser Zeit kann beispielsweise der Überschussschlamm aus dem Becken entfernt werden.

Es handelt sich um ein robustes, stabil laufendes und einfach zu bedienendes Verfahren.

 

Biologische Phosphorelimination:

Phosphor ist ein essenzielles Element für das Zellwachstum. Bakterien bestehen zu circa einem Prozent ihrer Trockenmasse aus Phosphor. Einige Mikroorganismen können Phosphor in Form von Polyphosphaten in ihren Zellen speichern. Dadurch können sie einen Phosphortrockengehalt von bis zu 7 % erreichen. Durch eine Anlage, die das Wachstum dieser „Polyphosphat-akkumulierenden Organismen (PAOs)” befördert, kann ein Großteil des enthaltenen Phosphors aus dem Abwasser entfernt werden.

 

Nitrifikation und Denitrifikation:

Ähnlich wie Phosphor wird Stickstoff von allen Lebewesen für das Zellwachstum benötigt. In der Natur ist der für Organismen verfügbare Stickstoff oft ein limitierender Faktor. Um eine Überdüngung (Eutrophierung) und das damit verbundene unkontrollierte Algenwachstum im Vorfluter zu verhindern, müssen bestimmte Stickstoffgehalte im gereinigten Abwasser eingehalten werden. Bei hohen Belastungen kann eine gezielte biologische Stickstoffelimination sinnvoll sein. Diese besteht aus zwei separaten biologischen Schritten: der Nitrifikation und der Denitrifikation.

Der im Abwasser vorkommende Stickstoff wird zum Großteil als Ammonium (NH₄⁺) oder in organischem Material gebunden in die Kläranlage eingetragen. Während der Nitrifikation wird dieser Stickstoff unter aeroben Bedingungen in Nitrat (NO₃) umgewandelt. Das während der Nitrifikation entstandene Nitrat kann in einem anoxischen Prozess (unter Ausschluss von gelöstem Sauerstoff) in gasförmigen Stickstoff (N₂) umgewandelt werden.

Der Stickstoff wird im Überschussschlamm oder als Gas aus dem Abwasser entfernt, sodass auch hohe Anforderungen an das Klarwasser eingehalten werden können.

Im Laufe der Jahre wurden viele verschiedene Methoden zur Kombination dieser beiden Klärungsschritte entwickelt. Die biologische Stickstoffreduktion kann in einem oder mehreren Belebtschlammbecken oder SBR-Reaktoren erfolgen.

 

MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor):

Beim MBBR-Verfahren (Moving Bed Biofilm Reactor) haftet die belebte Biomasse an im Bioreaktor befindlichen Aufwuchskörpern aus Kunststoff. Die hohe spezifische Oberfläche der Kunststoffkörper von 300 bis 5.500 m²/m³ ermöglicht eine hohe aktive Biomassendichte und somit verkleinerte Beckenvolumina. Die Kunststoffkörper werden mithilfe von Belüftern oder Rührwerken in Schwebe gehalten, um einen optimalen Kontakt von Biomasse und Substrat zu gewährleisten. Aufgrund des hohen Schlammalters ist eine gezielte Stickstoffelimination möglich. Der entstehende Überschussschlamm verlässt die Bioreaktoren in suspendierter Form und wird durch Lamellenscheider, Flotationsanlagen oder konventionelle Nachklärbecken vom Abwasser abgetrennt.

Weitere Vorteile des MBBR-Verfahrens sind eine robuste biologische Biozönose, die gut pH-, Temperatur- und organische Belastungsschwankungen standhält, sowie ein vermindertes Schlammwachstum, welches zu geringeren Entsorgungskosten des Überschussschlamms führt.

Das MBBR-Verfahren eignet sich ebenfalls sehr gut für die Nachrüstung von Bestandskläranlagen. Durch die Zugabe von Aufwuchskörpern in das Belebtschlammbecken kann entweder die Ablaufqualität verbessert oder die Behandlungskapazität der Anlage erweitert werden.

 

Rotationsscheibentauchkörperreaktor (RSR):

Bei einem RSR wird, wie beim MBBR, ein auf Aufwuchskörpern wachsender Biofilm zur Abwasserklärung verwendet. Der Biofilm befindet sich auf großen, horizontal fixierten Scheiben, die zu circa einem Drittel im Abwasser versenkt sind. Durch die langsame Rotation der Scheiben wird der Biofilm regelmäßig aus dem Abwasser gehoben und anschließend wieder eingetaucht. Da der Biofilm mit Luft in Kontakt kommt, muss das Abwasser nicht zusätzlich belüftet werden, um aerobe Bedingungen zu erreichen. Dadurch sind der Energieverbrauch und die Betriebskosten eines RSR gering. Da jedoch eine große Biofilmoberfläche erforderlich ist, eignet sich ein RSR vor allem für geringere Abwassermengen.

 

Tropfkörperreaktor:

Bei einem Tropfkörperreaktor wird, wie beim MBBR, ein auf Aufwuchskörpern wachsender Biofilm (oft Lavaschlacke oder Kunststoffkörper) zur Abwasserklärung verwendet. Im Gegensatz zum MBBR sind die Aufwuchskörper jedoch nicht in das Abwasser eingetaucht. Stattdessen wird das Abwasser über ein Bett aus Tropfkörpern gesprenkelt. Das Abwasser sickert langsam zum Boden des Reaktors und wird dort abgezogen. Da der Kontakt mit der Umgebungsluft erfolgt, muss ein Tropfkörperreaktor nicht zusätzlich belüftet werden, wodurch Kosten gespart werden.