von I.Pascik, Leverkusen und R.Schoon, Wiesmoor
Die Behandlung von häuslichen Abwäsern in kompakten, mit porösen Trägern betriebenen Wirbelbettreaktoren
Klassische, aerobe Kläranlagen mit suspendiertem Belebtschlamm sind
· empfindlich gegenüber von schwankenden Belastungen und Abwasserqualität,
· leistungsschwächer in den Wintermonaten und
· produzieren erhebliche Mengen an Zusatzkosten verursachenden Überschussschlamm.
Durch Ansiedeln an festen Oberflächen werden Mikroorganismen unter Ausbildung von Biofilmen deutlich robuster und leistungsfähiger. Biofilmverfahren (Tropfkörper, Wirbelbettreaktoren,usw.) funktionieren nach diesem Prinzip. Die Besiedlung von handelsüblichen Trägern kann allerdings mehrere Wochen bis Monate in Anspruch nehmen.
Neuartige, mit adsorbierenden Pigmenten beschichtete Träger auf Schaumstoffbasis, die mit unterschiedlichen, variierbaren Eigenschaften (Dimension, Dichte, Porosität) herstellbar sind, werden
· durch Mikroorganismen innerhalb weniger Stunden besiedelt und
· wirken auf diese schützend und aktivierend.
Ihre Anwendung erfolgt in Wirbelbettreaktoren (mit ca. 12 vol.% Befüllung) oder in belüfteten Biofiltern (mit über 60% Füllgrad).
Abb.1 Adsorbierende, poröse LEVAPOR-Träger, stark vergrössert (links) und aufgewirbelt im Wirbelbettreaktor (rechts)
Die positive Wirkung der adsorbierenden Träger basiert auf deren schnellen Besiedlung mit Mikroorganismen und der Bindung von abbauhemmenden Stoffen. Obwohl für die Behandlung von Industrieabwässern entwickelt, bringen siw auch bei häuslichen Abwässern deutliche Vorteile. Bei Laboruntersuchungen über den Einfluß der Trägereigenschaften auf die Nitrifikation von Kommunalabwässern in drei parallel betriebenen Wirbelbett-Versuchsanlagen erreichte die Anlage mit dem adsorbierenden Träger dabei nicht nur die
- höchste Nitrifikationsleistung, sondern führte bei dem suspendierten Schlamm zum
- niedrigsten Schlammindex und Schlammzuwachs.
Zur Prüfung der Haltbarkeit von immobilisierten Organismen wurden die bewachsenen LEVAPOR-Träger nach Versuchsende aus dem Reaktor genommen, getrocknet und über ein Jahr lang bei Raumtemperatur gelagert. Danach wurden sie erneut zur Behandlung des gleichen Abwassers eingestzt . Die trägegebundenen, trockenen Zellen erreichten ihre frühere Nitrifikationsleistung bereits nach wenigen Tagen, das war beim suspendierten Schlamm nicht möglich.
Nitrifikation von Kommunalabwässern bei niedrigen Temperaturen
Die heute allgemein erforderliche biologische Stickstoffelimination konnte bei den meisten älteren kommunalen Kläranlagen erst durch deutliche Erweiterung der Beckenvolumina erreicht werden. Als Alternative zur kostspieligen Erweiterung wurde versucht, die Nitrifikation in alten Anlagen, durch deren Ertüchtigung mittels Immobilisierung des Belebtschlammes zu erreichen. Das Hauptziel des in Finnland durchgeführten Langzeitversuches lag in der
- Etablierung einer, auch in den Wintermonaten stabilen Nitrifikation,
- mit einer mindestens 70%-igen Nitrifikationsleistung (behördliche Auflagen).
Die 45 m³ fassende, mit 5,5 m³(12 vol.%) adsorbierenden LEVAPOR-Trägern befüllte, in Betrieb befindliche Belebungsanlage wurde von November bis Anfang Mai des nächsten Jahres bei:
Durchsatz, Q = 6,7 bis12,5 m³/h
hydraulische Verweilzeit, t = 3,6 bis 6,7 Stdn.
Abwassertemperatur, t = 7 °C bis 18 °C
und gelöster O2 > 3,0 mg/L betrieben.
Der Versuch wurde Anfang November bei 17°C gestartet. Trotz der zwischenzeitlich bis auf 12°C gefallenen Temperaturen etablierte sich die Nitrifikation innerhalb von etwa drei Wochen , die N-Elimination bewegte sich (Mitte Dezember) um 70 bis 80% (Abb. 2).
Abb. 2 TKN-Zulauf- und NH4N-/NO3N-Ablaufwerte bei der Nitrifikation mit trägergebundenen Mikroorganismen bei 10 bis 17°C
|
Betriebszustand
|
VTS-N (Noxidiert /kg oTS xTag ) |
| suspendierter Schlamm |
10 bis 20 |
| Immobilisierter Schlamm bei 10-13°C |
40 bis 50 |
| Immobilisierter Schlamm bei 17-18°C |
60 bis 80 |
Tab.1 Nitrifikationsleistung der halbtechnischen Anlage unter einzelnen Betriebszuständen
Durch die nachträgliche Immobilisierung des Schlammes konnte
- eine leistungsfähige und bei 10-13°C stabile Nitrifikation
- unter Verdopplung der Abbauleistung der Anlage etabliert werden.
- Bei CSB-Belastungen um 1,4 bis 1,8 kgCSB/m³XTag wurden im Ablauf CSB-Werte zwischen 45 bis 65 mg/L erreicht .
Adsorbierende Träger in Hauskläranlagen
Die erste Anwendung der adsorbierenden Trägern in Hauskläranlagen erfolgte Anfang der 90-er Jahre durch Zugabe in den Faulraum einer Sickergrube. Bereits diese Massnahme führte zu einer etwa 35-40%-igen Erhöhung der CSB-Elimination. Zum Einsatz in aeroben Hauskläranlagen kam es Mitte der 90-er Jahre. Zu diesem Zweck wurden etwa 100 L LEVAPOR-Träger in einen dafür konstruierten, mit Membranbelüfter versehenen zylindrischen Käfig gefüllt und dieser in dem Belüftungsraum einer umgebauten 4 EW Hauskläranlage fixiert.
Abb.3 Einbau des Käfigs mit dem Trägermaterial in eine Hauskläranlage
Die Anlage hat ihre volle Leistungsfähigkeit sehr schnell erreicht. Wie Abb.4 zeigt, wurde bei einem mittleren CSB-Zulaufwert von 653 mg/L der für eine Zulassung massgebende Ablaufwert einer homogenisierten Probe nur einmal überschritten, wobei CSB-Spitzenkonzentrationen um 900 mg/L mühelos eliminiert wurden.
Abb. 4 CSB-Zu- und – Ablaufwerte während der sechsmonatigen Versuchsphase
Sowohl die BSB5-Werte als auch die absetzbare Stoffe lagen weit unterhalb der erlaubten Grenzen. Mit der Einschaltung der Schlammrückführung konnte eine, auch im Winter stabile, leistungsfähige Nitrifikation erreicht werden, wobei ein grosser Teil des Nitrates in den O2-armen Zonen der inneren Poren denitrifiziert wurde.
Sehr bedeutend war die auch bei anderen Biofilmanlagen beobachtete auffällig niedrige Schlammproduktion. Diese lag etwa 25 bis 60 % niedriger als bei Anlagen mit frei schwimmenden Schlämmen (Belebungs-, bzw. SBR-Reaktoren). Dadurch werden
- Schlammabsaugungen nur alle 2,5 bis 3 Jahre erforderlich und
- ermöglichen somit entsprechende Einsparungen.
