Untersuchungen zur aeroben Abwasserreinigung ohne biologische Überschußschlammproduktion

Diplomarbeit von Markus Mitschele

Einleitung:

Die technische Abwasserreinigung ist ein wichtiger Beitrag zur Erhaltung unserer Umwelt. Sie schützt die Gewässer vor einer Überdüngung durch eingeleitete Nährstoffe oder Absterben durch Giftstoffe und bewahrt damit indirekt auch die Grundwasserreserven.

Die kommunale Abwasserreinigung erfolgt durch verschiedene Verfahren, wobei in der Regel mechanische, biologische und physikalisch-chemische Aufbereitungsstufen kombiniert werden. Die weiteste Verbreitung unter den biologischen Aufbereitungsverfahren fand in den vergangenen Jahrzehnten das Belebungsverfahren. Den Vorteilen, wie zum Beispiel einer hohen Reinigungsleistung und hoher Betriebssicherheit, steht ein großer Überschußschlammanfall nachteilig gegenüber. Da die Schlammentsorgung teuer und ökologisch umstritten ist, gilt es Wege zu finden, den Überschußschlammanfall bei gleichbleibender Reinigungsleistung zu verringern.

Untersuchungen von Pirt ergaben, daß die suspendierten Mikroorganismen des belebten Schlammes nur einen Teil der ihnen zur Verfügung stehenden Nährstoffe (= abzubauende Schmutzstoffe) zur Produktion von neuer Biomasse verwenden. Den anderen Teil benötigen sie zur Erhaltung ihrer vitalen Funktionen. Pirt zeigte, daß sich dieses Verhältnis bei einem geringen Nährstoffangebot zugunsten der Erhaltungsfunktionen verschiebt und dadurch die Bildung überschüssiger Biomasse verringert wird.

Ein vielversprechender Ansatz zur technischen Umsetzung liegt in dem Ersatz der konventionellen Nachklärung durch eine Membranfiltration. Dadurch kann der Schlammgehalt in den Belebungsbecken erheblich gesteigert werden, so daß den Mikroorganismen bei gleichbleibenden Zulaufverhältnissen weniger Nährstoffe zur Verfügung stehen.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Abhängigkeit des Überschußschlammanfalls bei der aeroben Abwasserreinigung von verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht. Dazu diente eine Versuchsanlage im halbtechnischen Maßstab, bestehend aus einem belüfteten Druck-Schlaufenreaktor (0,65 bar Überdruck, 645 Liter Betriebsvolumen, Feed-Batch-Betrieb) sowie einer Cross-Flow-Filtrationseinheit zur kontinuierlichen Abtrennung des gereinigten Abwassers vom Abwasser-Belebtschlam-Gemisch. Durch die Verwendung von Ultrafiltrationsmembranen wurde ein vollständiger Schlammrückhalt in der Versuchsanlage gewährleistet, wodurch sich der Feststoffgehalt im Reaktor entsprechend den eingestellten Betriebsbedingungen frei entwickeln konnte. Gespeist wurde die Versuchsanlage mit mechanisch vorgereinigtem, kommunalen Abwasser aus Stuttgart-Büsnau.

Folgende Untersuchungen werden in der vorliegenden Arbeit beschrieben:

- Im Mittelpunkt steht der Einfluß der Zulaufbedingungen (insbesondere Schlammbelastung und pH-Wert) auf den Überschußschlammanfall. Durch eine umfassende Bilanzierung über einen Zeitraum von ca. 6 Monaten wird ein Erhaltungskoeffizient nach Pirt bestimmt. Desweiteren wird auch auf mögliche Betriebsprobleme mit den Membraneinheiten hingewiesen.

- Mit Hilfe der neuartigen LC-DOC-Analyse können Einblicke in die Ab- und Umbauvorgänge der Abwasserinhaltsstoffe im Reaktor gewonnen werden. Dabei wird auch gezeigt, daß die Ultrafiltrationsmembranen von entscheidendem Einfluß auf die TOC-Ablaufwerte der Versuchsanlage sind.

- Eine weitere Untersuchung widmet sich dem Einfluß des Feststoffgehaltes auf die Viskosität des belebten Schlammes. Mit einem Rotationsviskosimeter wurden Schlämme verschiedener Membrananlagen untersucht und miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigen eine starke Zunahme der Viskosität mit steigendem Feststoffgehalt (exponentieller Zusammenhang), jedoch auch weitere Einflüsse wie beispielsweise die Art der Biozönose, Flockenstruktur, etc.

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