Auswirkungen von Abwasserpartikeln auf den Betrieb von Reaktoren mit Aeroben Granula bei der kommunalen Abwasserreinigung
Creators: name: Brunner, Fabian
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2023
Subjects: kommunale Abwasserreinigung
aerobe Granula
reale Abwasserpartikel

description: Kurzzusammenfassung In den letzten Jahren haben sich AG-Systeme zunehmend für die Behandlung kommunalen Abwassers etabliert. Ihre Vorteile sind vor allem der geringere Platzbedarf durch eine höhere Biomassekonzentration sowie die kurze Absetzzeit im Vergleich zu klassischen Belebtschlammverfahren. Obwohl schon einige Dutzend großtechnische Anlagen in Betrieb sind, gibt es noch einige Fragen zur Auslegung der Anlagen zu klären. Die hier vorgelegte Arbeit will einen Beitrag zum Verständnis der Auswirkungen von partikulärem organischem Kohlenstoff auf den Betrieb von Reaktoren mit AG in der kommunalen Abwasserreinigung liefern. Um zu bewerten, ob der Granulierungsgrad (Anteil von AG an der Biomasse) eines AG-System Einfluss auf die Abtrennleistung von realen Abwasserpartikeln hat, wurden Batchversuche mit einer definierten Mischung aus AG und Belebtschlamm durchgeführt. Die Versuche wurden mit einer Biomassekonzentration von 4 g/L bei verschiedenen Granulierungsgraden und einer Abwasserpartikel-konzentration von 0,5 g/L durchgeführt. Während der Mischphasen konnte keine signifikante Adsorption von Abwasserpartikeln an die AG beobachtet werden. Es zeigte sich, dass ab einem Granulierungsgrad von etwa 60 % die TSS-Konzentration im Ablauf des Systems stark ansteigt. Dies zeigt, dass ein bestimmter Anteil an Belebtschlammflocken notwendig ist, um Abwasserpartikel in einem SBR mit AG zu entfernen. Um die lokalen Auswirkungen von Ablagerungen von Abwasserpartikeln auf Biofilmen im Allgemeinen und auf AG im Speziellen zu untersuchen, wurden Versuche unter laminaren Strömungsbedingungen in einem Fließkanal durchgeführt. Anhand von Sauerstoffprofilen wurden die Auswirkungen der Abwasserpartikelablagerung auf den Sauerstofffluss untersucht. Es zeigte sich, dass eine Abwasserpartikelschicht zwischen 100 und 400 µm zu einer Verringerung des Sauerstoffflusses von 5 bis 70 % in die tieferen Bereiche des Biofilms und der AG führt. Die Abwasserpartikelschicht bildet eine physikalische Barriere für den Stofftransport. Zusätzlich wurden Experimente in Batchreaktoren durchgeführt, um zu untersuchen, ob Abwasserpartikel als Kohlenstoffquelle für Bakterien in AG nutzbar sind. Über einen Zeitraum von drei Wochen wurden Abwasserpartikel mit einem Durchmesser zwischen 800 und 900 µm als alleinige Kohlenstoffquelle für die AG verwendet. Die dreidimensionale Visualisierung der AG mittels OCT zeigte eine stabile Größe und Form der AG während des gesamten Experiments. Es war erwartet worden, dass Abwasserpartikel mittelfristig als Nährstoffquelle dienen können und daher um adsorbierte Abwasserpartikel lokal filamentöser Auswuchs auftritt, was aber nicht bestätigt wurde. Dies deutet darauf hin, dass die adsorbierten Abwasserpartikel nicht ausreichend Nährstoffe liefern, um lokal als Kohlenstoffquelle für AG zu dienen. Filamentöser Auswuchs wurde auf AG sowohl in einem SBR beobachtet, der nur mit gelöstem organischem Substrat versorgt wurde als auch in einem SBR, in dem 25 % des gelösten organischen Substrats durch Abwasserpartikel ersetzt wurde. Der filamentöse Auswuchs wurde auf die hohe Verfügbarkeit von gelöstem organischem Kohlenstoff während der aeroben Phase in beiden SBR zurückgeführt und konnte nicht mit der Anwesenheit der Abwasserpartikel in Verbindung gebracht werden. Auswirkungen der An- bzw. Ablagerung von Abwasserpartikeln auf AG in einem SBR wurden näher aufgeklärt. Die Entfernung von Abwasserpartikeln in einem SBR mit AG gelingt mit hoher Wahrscheinlichkeit nur dann, wenn ein Teil der Biomasse als Belebtschlammflocken vorliegt. Während der Mischphasen eines SBR-Zyklus konnten weder im Kurzzeit- noch im Langzeitbetrieb des Reaktors Auswirkungen von Abwasserpartikeln auf die AG festgestellt werden. Eine Ablagerung von Abwasserpartikeln, z.B. während Zulauf oder Absetzphase, führt zu einem Absterben der Bakterien in tieferen Schichten der AG aufgrund einer Verringerung der Nährstoffverfügbarkeit. Es konnte gezeigt werden, dass Abwasserpartikel nicht als kurz-, mittel- oder langfristige organische Kohlenstoffquelle für Bakterien in AG dienen können und dass die Adsorption von Abwasserpartikeln kein lokales fadenförmiges Auswachsen verursacht.