Aufrufe
vor 7 Monaten

wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2017

wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2017

WASSER-/ABWASSERTECHNIK

WASSER-/ABWASSERTECHNIK Aufwuchsträger und ihre Diffusionstiefe Beurteilung der Umsatz- und Reinigungsleistung von MBBR-Trägermaterialien In der biologischen Abwasser- Reinigung werden zunehmend Aufwuchskörper in sogenannten Moving Bed Biofilm Reaktoren (MBBR) eingesetzt. Ein Grund für den zunehmenden Einsatz der MBBR-Technologie ist sicherlich auch die Weiterentwicklung der hochleistungsfähigen Aufwuchskörper innerhalb der letzten Jahre. Die Entwicklung von Aufwuchskörpern (biofilm carrier) ist ein Produkt aus der Forschung der Biofilmtechnologie, der optimierten Anwendung der Kunststofftechnik, der verfahrenstechnischen Anwendung bis hin zur Auswertung der Betriebsergebnisse aus Langzeitanwendungen in Großanlagen. Die Aufwuchskörper werden im Reaktor durchmischt und in Schwebe gehalten. Das System ist nicht auf eine Schlammrezirkulation angewiesen und langsam wachsende Organismen, die sich auf dem Trägermaterial angesiedelt haben, werden mit Letzterem im System zurückgehalten. Die richtige Auswahl treffen „Welche biologische Umsatzrate kann ich mit dem eingesetzten Produkt erzielen und wie kann eine gleichbleibende Reinigungsleistung erreicht werden?“ Diese Frage muss vor der Auswahl des geeigneten Aufwuchskörpers gestellt werden, um verlässliche Auslegungsdaten zur richtigen Schlussfolgerung zu erhalten. Dabei ist zu wissen, dass die von vielen Herstellern in der Vergangenheit angegebene Oberfläche der Aufwuchskörper nicht allein das ausschlaggebende Kriterium für die gewünschte oder benötigte biologische Umsatz-/Reinigungsleistung in der Anwendung ist. Die spezifische Oberfläche dient lediglich als Vergleichszahl im Wettbewerb der Kunststofflieferanten. Die Vergleichszahl, meist aus geometrisch bestimmten, glatten und poren freien Kunststoffteilen berechnete Fläche, basiert auf neuen, ungebrauchten Körpern aus der Kunststoffproduktion. In der Praxis der biologischen Abwasserreinigung ist diese Angabe der „theoretischen“ Autoren: Dr.-Ing. Markus Geiger, Bernd Rauch, Firmenvorstand, Multi Umwelttechnologie AG, Aue 26 wlb 1/2017

WASSER-/ABWASSERTECHNIK Fläche nur bedingt hilfreich und kann für den Entscheider problematisch werden. Denn mit der Flächenangabe ist die Frage nach der biologischen Umsatzleistung in der Anwendung zur Deammonifikation, Denitrifikation, Nitrifikation oder dem CSB- Abbau nicht zuverlässig für seine Entscheidung beantwortet. Worauf es ankommt rate erzielt werden kann. Es kommt darauf an, dass die Biomasse konstant auf dem Trägermaterial fixiert ist und den benötigten Organismen einen optimalen Lebensraum zur Verfügung stellt. Biomasse, die im Bewegungsprozess schnell wieder von der Fläche abgeschert oder abgespült wird, gibt der Entwicklung langsam wachsender Organismen, wie Nitrifikanten oder Anammox-Bakterien, kaum eine Chance. Es gilt, den optimalen Biofilm dauerhaft zu etablieren. Viel Fläche oder viel Biomasse ist nicht von Vorteil, wenn die wesentlichen Faktoren der Versorgung der Organismen nicht eingehalten werden. Die Form oder Geometrie der zahlreich am Markt erhältlichen Aufwuchskörper spielt dabei eine entscheidende Rolle. Auch hier ist nicht die neue, ungebrauchte Form des Aufwuchskörpers ausschlaggebend, sondern die später im Betriebszustand in der Kläranlage sich etablierende Biomasse. Die Biomasse muss für die optimale biologische Umsatzleistung „aktiv“ sein. Eine mangels Versorgung der Organismen abgestorbene Masse hilft nicht und trägt nicht zum gewünschten Stoffwechsel bei. Unter aktiver Biomasse ist zu verstehen, dass alle sich in der Masse befindlichen Organismen ausreichend mit Substrat, also dem lebensnotwendigen Stickstoff (N), Phosphor (P), den zu verstoffwechselnden Abwasserinhaltsstoffen und bedarfsweise Sauerstoff versorgt werden. Der sogenannte Versorgungsweg mit den zuvor genannten Substraten und Sauerstoff ist die Diffusionstiefe (Eindringtiefe). Zur Versorgung von Organismen in der Biomasse oder in Biofilmen ist die reaktionszeitabhängige Diffusionstiefe mit ca. 0,2–0,5 mm eingeschränkt. Folglich werden in der Biomasse tiefer liegende Organismen nicht ausreichend versorgt und sterben ab. Die unter der Schichtdicke von ca. 0,5 mm liegende Biomasse nimmt also nicht an dem Stoffwechsel (Umsatzrate) teil und ist folglich auch nicht in der Leistungsangabe des entsprechenden Aufwuchskörpers zu berücksichtigen. Die abgestorbene Biomasse kann sich sogar durch Faulprozesse und H 2 S- 01 O 2 -Abbau bis zur anoxischen Zone Die Scheibendicke ist entscheidend für die Aktivität der Biofilme Wesentlich ist, welche „aktive“ Biomasse sich auf dem Trägermaterial etablieren wird und welche Leistungsfähigkeit als Umsatz- Bildung negativ auf die Entwicklung der darüber liegenden, aktiven Biomasse/Biofilme auswirken. Optimale Scheibendicke Die Aufgabenstellung der Entwicklung liegt also unter anderem darin, Aufwuchsflächen zu kreieren, auf denen ausschließlich Biofilme mit einer Dicke von bis zu 0,5 mm zur ausreichenden Diffusion wachsen. Wird der Biofilm auf einer einseitigen, beziehungsweise glatten Fläche angesiedelt, kann er schnell und unkontrolliert wieder abgespült werden, oder er wächst ohne Abscherkräfte weiter zu einem dicken, unkontrollierten Biofilm mit darunterliegender inaktiver Biomasse. Beides wäre von Nachteil. Es muss also mit der Trägerkonfiguration die Möglichkeit geschaffen werden, dass der Überschuss einer aufwachsenden Biomasse abgetragen werden kann, sodass nur eine Biofilmdicke bis zu 0,5 mm verbleibt. Die ideale Anforderung erfüllt die Form von dünnen, porösen Scheiben in deren Poren ein optimaler aktiver Biofilm aufwächst und jeglicher Überschuss durch die Scherkräfte entfernt wird. Die Scherkräfte entstehen, wenn die Scheibenflächen durch die Bewegung im Wasser sich gegenseitig berühren. Hohlkörper in Form von Röhrchen, Spiralkörpern oder auch Schaumwürfeln sind dafür ungeeignet. Bei Hohlkörpern kann der Einfluss der Scherkräfte im inneren geschützten Raum nicht genutzt werden, was sich als großer Nachteil zeigt. 02 Schnitt durch einen Aufwuchsträger, die Poren sind gut zu erkennen Als weitere Aufgabenstellung ist die Anforderung des minimalen Verschleißes zu erfüllen. Die Ursache für Verschleiß oder Abrieb von Trägermaterialien ist in den meisten Fällen die kinetische Energie. Starre, große, schwere Hohlkörper, in denen eventuell auch noch ein hoher Anteil abgestorbener Biomasse enthalten ist, zeigen ein nach teiligeres kinetisches Verhalten als leichte, in sich flexible, scheibenförmige Träger. Flexible „Pufferzonen“ im Kunststoff vermindern den Verschleiß und der Biofilm wirkt zudem wie eine Schmierschicht. Zusammenfassend wäre zu nennen, dass die vom Hersteller gerechnete Umsatzleistung und nicht die Oberfläche allein das Reinigungsziel bemisst und dass im Betriebszustand eine optimale, den biologischen Ansprüchen gerechte Trägergeometrie für die optimale Biofilmentwicklung erforderlich ist. www.mutag.de wlb 1/2017 27