Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Kleine und mittlere Betriebe haben oft Probleme ihre kleinen Abwasserstr\u00f6me (vor-) zu reinigen. Notwendige Reinigungsschritte erfordern oft mehrstufige Anlagen, die hohe Investitions- und Betriebskosten verursachen. Ziel des Vorhabens ist die Ermittlung von Bemessungsparametern eines Reaktors, der mittels immobilisierter Biomasse sowohl als Schwebebett als auch als Festbett und als Filter im Sequencing-Batch-Verfahren betrieben werden kann. Dies erm\u00f6glicht eine effiziente Behandlung von Abw\u00e4ssern, die sowohl biologisch als auch chemisch-physikalisch in einem Reaktor vorgenommen werden kann. Damit wird Betrieben eine kosteng\u00fcnstige M\u00f6glichkeit er\u00f6ffnet, eigene Abwasserstr\u00f6me weitest-gehend vorzureinigen und damit die Umwelt insbesondere hinsichtlich refrakt\u00e4rer Stoffe zu entlasten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt kann grunds\u00e4tzlich in zwei Phasen unterteilt werden. In der Phase 1 sollen fundamentale Bemessungsparameter an einer halbtechnischen Versuchsanlage ermittelt werden: Die Bemessungspa-rameter umfassen die Wahl der F\u00fcllmaterialien , verschiedene Reaktionen (Nitrifikation, Denitrifikation) mittels einer Bioz\u00f6nose sowie erreichbare Reaktionsraten in Abh\u00e4ngigkeit der Belastung. Die genannten Parameter sind hinsichtlich der hydraulischen Belastung zu untersuchen, da sich aus unterschiedlichen hydraulischen Belastungen verschiedene Str\u00f6mungseigenschaften des Reaktors (Pfropfenstr\u00f6mung, voll durchmischter Reaktor) ergeben. Eine einfache praxisnahe Steuerung des Verfahrens soll etabliert werden. Die Phase 1 soll einen Zeitraum von ca. 15 Monaten in Anspruch nehmen und sich mit Phase 2 um 3 bis 6 Monate \u00fcberschneiden. Die Phase 2 umfasst die Optimierung des Reaktors in der praktischen Anwendung: Hierf\u00fcr soll ein Kooperationspartner gefunden werden mit dem das Verfahren in die Praxis \u00fcberf\u00fchrt und optimiert werden soll. In der Phase soll insbesondere die Sensibilit\u00e4t des Verfahrens gegen\u00fcber St\u00f6rungen (Sto\u00dfbelastungen, toxische Einfl\u00fcsse) untersucht sowie steuerungstechnisch optimiert werden. Die Versuche sollen vor Ort an einem Teilstrom des zu behandelnden Abwassers vorgenommen werden. Die Verwendung des Systems l\u00e4sst, durch die Kombination der biologischen Behandlung und der Filtration des Wassers in einem Reaktor, also einer weitestgehenden Abwasserreinigung f\u00fcr kleine und mittlere Betriebe, eine nachhaltige Umweltentlastung, insbesondere hinsichtlich schwer abbaubarer Substanzen, erwarten. Zur Ermittlung der Einfl\u00fcsse auf das Reinigungsverm\u00f6gen von Festbettreaktoren wurden Untersuchungen an einem Festbett zur Nitrifikation im halbtechnischen Ma\u00dfstab durchgef\u00fchrt. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen lag auf dem Verweilzeitverhalten des Reaktors, um neben den zahlreichen vorhandenen Erkenntnissen \u00fcber den Mikrokosmos Biofilm, Einsichten \u00fcber das Gesamtverhalten eines pfropfendurchstr\u00f6mten Festbettreaktors zu gewinnen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf den Untersuchungen der Einfl\u00fcsse durch die Variierung der Betriebsparameter auf das Reinigungsverm\u00f6gen eines nitrifizierenden Festbettreaktors. Variiert wurden die Wasser- und Luft-geschwindigkeiten sowie das Begasungsmedium.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Aus den Ergebnissen der Untersuchungen zum Verweilzeitverhalten kann zusammenfassend ausgesagt werden, dass eine Variierung der Betriebsparameter gro\u00dfen Einfluss auf die Dispersion im Festbettreaktor hat. Insbesondere hat die Luftgeschwindigkeit einen gro\u00dfen Einfluss auf die Qualit\u00e4t der Pfropfenstr\u00f6mung bei niedrigen Wassergeschwindigkeiten. So f\u00fchren gro\u00dfe Luftgeschwindigkeiten von qA,L = 20 m\/h zu einer fast vollst\u00e4ndigen Durchmischung im oberen Teil des Festbetts bei einer Wasserge-schwindigkeit von qA,W = 5 m\/h. Die Pfropfenstr\u00f6mung ist unabh\u00e4ngig von der Luftgeschwindigkeit am stabilsten bei Wassergeschwindigkeiten von qA,W = 10 bis 15 m\/h. Wassergeschwindigkeiten von qA,W = 20 m\/h f\u00fchren wiederum zu einer Zunahme der Dispersion.
\nEin wesentliches Ergebnis der Verweilzeituntersuchungen ist die Ermittlung des Anteils des nicht konvektiv durchstr\u00f6mten Volumens. Dieser als Stagnationsvolumen bezeichnete Anteil weist eine hohe Abh\u00e4ngigkeit von der Wassergeschwindigkeit auf. Bei niedrigen Wassergeschwindigkeiten (qA,W = 5 m\/h) betr\u00e4gt dieser Anteil des Stagnationsvolumens ca. 25 %. Dieser sinkt mit zunehmender Wassergeschwindigkeit (qA,W = 20 m\/h) auf einen Anteil von ca. 8 % ab. Die Minimierung des Stagnationsvolu-mens durch steigende Wassergeschwindigkeiten tr\u00e4gt wesentlich zur Steigerung der Umsatzrate des Festbettreaktors bei. Die Nitrifikationsgeschwindigkeit konnte um bis zu 70 % allein durch Erh\u00f6hung der Wassergeschwindigkeit von qA,W = 5 m\/h auf qA,W = 15 m\/h gesteigert werden. Eine Steigerung der Luftgeschwindigkeit von qA,L = 5 m\/h auf qA,L = 20 m\/h f\u00fchrte zu einer Erh\u00f6hung der Umsatzrate um bis zu 80%. Es konnte gezeigt werden, dass eine Sto\u00dfbelastung durch eine 50%-ige Erh\u00f6hung der Zulaufkonzentration durch Variierung der Luftgeschwindigkeit vollst\u00e4ndig abgefangen werden kann. Ergebnisse der Untersuchungen des Einflusses von Reinsauerstoff als Begasungsmedium ergaben eine m\u00f6gliche vierfache Steigerung der Umsatzrate.
\nAus den Ergebnissen zur Untersuchung des Reinigungsverm\u00f6gens kann gefolgert werden, dass es m\u00f6glich ist, einen Festbettreaktor zur Nitrifikation auf eine durchschnittliche Belastung auszulegen und Spitzenbelastungen durch die Flexibilit\u00e4t der Leistung in Abh\u00e4ngigkeit von den Betriebsparametern abzufangen. Die Leistung eines Festbettreaktors kann optimal durch die \u00c4nderung der Verfahrenstrategie als Biofilm-Filter-Sequencing-Batch-Reaktor (BFSBR) genutzt werden. Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass zum Abbau hoher Konzentrationen innerhalb der ersten Phase des BFSBR (volldurchmischter Kreislaufbetrieb) im Vergleich zum Durchlaufverfahren die doppelte Umsatzrate durch optimierte Betriebsbedingungen erreicht werden kann. W\u00e4hrend der Entleerphase des BFSBR k\u00f6nnen die Filtrationseigenschaften ungest\u00f6rt genutzt werden. Ergebnisse von Filtrationsversuchen zeigen einen R\u00fcckhalt von \u00fcber 90 % der zuflie\u00dfenden Suspensa bei einer Wassergeschwindigkeit von qA,W = 10 m\/h. Um die Ergebnisse auf den Abbau von Kohlenstoffverbindungen mit hoher Konzentration zu \u00fcbertragen bedarf es einer genaueren Erforschung des Stoffstroms des \u00dcberschussschlamms eines Biofilmreaktors in Abh\u00e4ngigkeit der Belastung. Hier besteht weiterhin Forschungsbedarf insbesondere der Filtrationseigenschaften und der notwendigen R\u00fccksp\u00fclzyklen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden auf nationalen (Tagung zum Schutz der Nord- und Ostsee, L\u00fcbeck Travem\u00fcnde, Biofilmtagung, TUHH) sowie internationalen Tagungen (IAWQ-Tagung in M\u00fcnchen, IAWQ-Tagung in Varna) vorgestellt und in Fachzeitschriften (Water-science-technology) ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit den Ergebnissen des Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass Biofilmreaktoren entgegen den statischen Bemessungsans\u00e4tzen sehr flexibel auf ver\u00e4nderte Randbedingungen reagieren k\u00f6nnen. Das Vorgehen der schrittweisen Untersuchungen an halbtechnischen Anlagen hat sich bew\u00e4hrt. Die Ergebnisse k\u00f6nnen nun fundiert einer technischen Realisierung zur Verf\u00fcgung stehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Kleine und mittlere Betriebe haben oft Probleme ihre kleinen Abwasserstr\u00f6me (vor-) zu reinigen. Notwendige Reinigungsschritte erfordern oft mehrstufige Anlagen, die hohe Investitions- und Betriebskosten verursachen. Ziel des Vorhabens ist die Ermittlung von Bemessungsparametern eines Reaktors, der mittels immobilisierter Biomasse sowohl als Schwebebett als auch als Festbett und als Filter im […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[61,47,51,52,53],"class_list":["post-19524","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-hamburg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"07421\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-07421.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"138.406,71","dbu_projektdatenbank_firma":"Technische Universit\u00e4t Hamburg-HarburgArbeitsbereich Gew\u00e4sserreinigungstechnik","dbu_projektdatenbank_strasse":"Postfach","dbu_projektdatenbank_plz_str":"21071","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Hamburg","dbu_projektdatenbank_p_von":"1996-04-30 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"1999-10-13 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"3 Jahre und 5 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"040\/7718-3007","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Hamburg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"9","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/19524","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/19524\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":32527,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/19524\/revisions\/32527"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=19524"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=19524"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=19524"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}