title: Untersuchung aerober biologischer Verfahren zur Entfernung refraktärer Abwasserinhaltsstoffe
Creators: name: Kieselbach, Malena
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
subject: Membranbioreaktor
subject: Mangan-basierter Bioreaktor
subject: Industrieabwasser
subject: Kläranlagenablauf
subject: pharmazeutisch aktive Substanzen
subject: Melanoidine
subject: membrane bioreactor
subject: manganese-based bioreactor
subject: industrial wastewater
subject: secondary effluent
subject: pharmaceutically active compounds
subject: melanoidins

description: Angesichts zunehmender Belastungen natürlicher Gewässer durch refraktäre organische Substanzen wurden drei aerobe biologische Verfahren mit dem Ziel deren möglichst weitgehender Entfernung vor Einleitung in die Umwelt untersucht: (I) Membranbioreaktoren (MBR), (II) Wirbel- und Festbettbioreaktoren (WBBR und FBBR) und (III) Biofilter. Aufgrund der vielfältigen Vorkommen refraktärer Verbindungen, wurden drei verschiedene Abwassertypen mit unterschiedlichen Konzentrationsniveaus betrachtet (Industrieabwasser, biologisch behandeltes Industrieabwasser und Kläranlagenablauf). Bei den refraktären organischen Substanzen handelt es sich um Melanoidine und vier pharmazeutisch aktive Substanzen. Der Langzeitvergleich eines konventionellen MBRs mit getauchten Membranen und eines Hochleistung-MBR mit trocken aufgestellter Rohrmembran für die Behandlung von Abwasser aus der Kaffeeproduktion zeigte eine höhere Entfernungsleistung des Hochleistungsreaktors mit CSB-Ablaufwerten von 560mg/L im Vergleich zu 870mg/L (CSB-Entfernung 89% statt 83 %). Diese wird insbesondere auf die systemspezifische Ausbildung der Deckschicht durch einen höheren Flux der Rohrmembran und unterschiedliche Schlammeigenschaften zurückgeführt. Die Nachbehandlung von MBR-Ablauf aus der Kaffeeabwasserbehandlung mit manganbasierten FBBR zeigte Potenzial zur weiteren DOC-Entfernung aus dem Abwasser, insbesondere mit Zeolith als Filtermaterial. Im stationären Betrieb wurden 39% (Zeolith), 33% (Aktivkohle), 16% (MnOx) und 8% (BioChips) des DOCs bei effektiven Kontaktzeiten von 2,5–5 d entfernt. Der Einsatz der WBBR erwies sich nicht als zielführend. In manganbasierten Biofiltern wurden verschiedene Filtermaterialien für die Entfernung pharmazeutisch aktiver Substanzen aus synthetischem Kläranlagenablauf im Langzeitbetrieb getestet. Mit Anthrazit/Sand konnten alle vier Substanzen effektiv entfernt werden (75–99 %). MnOx und Bimsstein eigneten sich für die Entfernung von je zwei der vier Substanzen (75–93% und 81–93 %), wobei die Entfernung bei Bimsstein ausschließlich auf biologischer Transformation beruht. Grundsätzlich haben alle untersuchten Technologien ihr Potential zur Entfernung refraktärer organischer Substanzen gezeigt. U.a. im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit besteht jedoch weiterhin Untersuchungsbedarf.
description: With regard to the increasing pollution of natural water bodies by refractory organic substances, three aerobic biological treatment processes were investigated for removing these substances as far as possible before entering the environment: (I) membrane bioreactors (MBR), (II) fluidized and fixed bed bioreactors (WBBR and FBBR), and (III) biofilters. To account for the diverse occurrence of refractory compounds, three different types of wastewater with varying concentration levels were considered (industrial wastewater, biologically treated industrial wastewater, and secondary effluent of municipal wastewater treatment plants). The substances investigated included melanoidins and four pharmaceutically active compounds. A long-term comparison of a conventional MBR with submerged membranes and a high-performance MBR with external tubular membrane for treating wastewater from coffee production revealed a higher removal efficiency of the high-performance reactor, with COD effluent values of 560mg/L compared to 870mg/L (COD removal of 89% vs. 83 %). This is particularly attributed to the system-specific membrane fouling due to a higher flux of the tubular membrane and different sludge characteristics. The post-treatment of MBR effluent from coffee wastewater treatment with manganese-based FBBR shows potential for further DOC removal from the wastewater, especially with zeolite as filter material. In steady-state operation, 39% (zeolite), 33% (activated carbon), 16% (MnOx), and 8% (BioChips) of the DOC were removed at effective contact times of 2.5–5 days. The use of WBBR did not prove to be effective. In the manganese-based biofilters, various filter materials were tested for the removal of pharmaceutically active compounds from synthetic secondary effluent in long-term operation. With anthracite/sand, all four substances can be effectively removed (75–99 %). MnOx and pumice were each suitable for the removal of two of the four substances (75–93% and 81–93 %), whereby the removal with pumice based solely on biological transformation. In conclusion, all investigated technologies have demonstrated their potential for removing refractory organic substances. However, further research is needed, particularly regarding their economic feasibility.