Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Elimination von Stickstoffverbindungen aus Abw\u00e4ssern \u00fcber Nitrifikation und Denitrifikation erfordert nach den derzeit \u00fcblichen Verfahren einen hohen Energieaufwand. Der Wirkungsgrad ist durch das C\/N-Verh\u00e4ltnis des Abwassers begrenzt. Hoch mit reduzierten N-Verbindungen belastete Abw\u00e4sser (Prozessw\u00e4sser, Deponiesickerw\u00e4sser) stellen einen limitierenden Faktor f\u00fcr die aktuelle Technologie dar. Autotrophe Mikroorganismen mit der F\u00e4higkeit zur anaeroben Ammoniumoxidation (NH4+ + NO2- \u00ae N2) k\u00f6nnen die N-Elimination vom C\/N-Verh\u00e4ltnis entkoppeln. Aerobe und anaerobe Ammoniumoxidation k\u00f6nnen in einem geschichteten aerob-anoxischen Biofilm auf geeigneten Tr\u00e4germaterialien zu einem einstufigen Verfahrensschritt, der Deammonifikation, kombiniert werden. Gegen\u00fcber Nitrifikation und Denitrifikation sind 60% weniger Sauerstoff und 100% weniger Kohlenstoff erforderlich. Am Beispiel des hoch N-belasteten Prozesswassers aus der anaeroben Schlammstabilisierung sollte das Verfahren auf der Kl\u00e4ranlage Osnabr\u00fcck-Eversburg bis zur gro\u00dftechnischen Anwendungsreife weiterentwickelt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn kontinuierlich betriebenen Versuchsanlagen im Laborma\u00dfstab wurden zun\u00e4chst geeignete Anfahrstrategien ermittelt und verschiedene Tr\u00e4germaterialien auf ihre Eignung f\u00fcr den Prozess vergleichend untersucht. In einer halbtechnischen Pilotphase auf der Kl\u00e4ranlage Osnabr\u00fcck-Eversburg sollte das Verfahren auf die dortige Abwasserqualit\u00e4t hin optimiert (Regelungstechnik, Abbauleistung) und in seinen Randbedingungen beschrieben werden (Prozesskinetik, St\u00f6reinfl\u00fcsse, Emissionen). Bei Erfolg der halb-technischen Versuche war eine gro\u00dftechnische Realisierung vorgesehen. Abschlie\u00dfend sollten die Umweltentlastung (N-Emission ins Gew\u00e4sser, Energieverbrauch) und die \u00f6konomischen Vorteile (Investitions- und Betriebskosten) ermittelt und vergleichend dargestellt werden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens wurden im labor- und halbtechnischen Ma\u00dfstab folgende Themenkomplexe untersucht:
\n–\tEinflussparameter auf die Nitrifikation,
\n–\tAnreicherung von Anammox-Organismen,
\n–\ttechnische Voraussetzungen zur Inbetriebnahme von moving-bad-Biofilmreaktoren und
\n–\tSteuerung der Nitritbildung in Biofilmreaktoren.
\nDabei konnte erstmals unter praxisorientierten Bedingungen nachgewiesen werden, dass sich Anam-mox-Reaktoren ohne vorherige Animpfung mit Anammox-Biomasse innerhalb weniger Monate in Betrieb nehmen lassen. Die daraus abzuleitenden Empfehlungen erm\u00f6glichen eine technische Umsetzung dieser Reaktion in zweistufigen Verfahren. Die daf\u00fcr notwendige Teilnitritation in einer vorgeschalteten Stufe konnte ebenfalls in verschiedenen Varianten demonstriert werden.
\nF\u00fcr einstufige movin-bed-Verfahren, die Nitritation und Anammox in einem Schritt kombinieren, konnten die ma\u00dfgeblichen Betriebsbedingungen definiert werden, die die Erzeugung eines sehr aktiven, Nitrit bildenden Biofilms erlauben, der eine O2-Limitierung aufweist und damit Habitate f\u00fcr Anammox-Organismen bereitstellt. Im Ergebnis konnte schlie\u00dflich eine zielgerichtete Anreicherung deammonifizierender Biofilme unter Beschreibung der relevanten Mechanismen erreicht werden.
\nEntgegen fr\u00fcheren Annahmen ist f\u00fcr das Funktionieren der Deammonifikation weder eine niedrige O2-Konzentration noch eine Hemmung der Nitratbildung \u00fcber freies NH3 erforderlich. Entscheidend ist vielmehr das Verh\u00e4ltnis des Massenfluxes von limitierendem Substrat f\u00fcr die aerobe Ammoniumoxidation zu O2. Limitierendes und prozessentscheidenes Substrat ist dabei stets die S\u00e4urekapazit\u00e4t. Sofern ein niedriges C\/N-Verh\u00e4ltnis vorliegt, das eine konventionelle Behandlung \u00fcber Nitrifikation und Denitrifikation nicht mehr zul\u00e4sst, ist Deammonifikation m\u00f6glich. Es konnte gezeigt werden, dass der Prozess nicht auf hoch konzentrierte Abw\u00e4sser beschr\u00e4nkt ist, sondern auch bei niedrigen NH4-N-Konzentrationen im Bereich von 50 mg\/l funktioniert, was der Gr\u00f6\u00dfenordnung kommunalen Abwassers entspricht.
\nDie halbtechnischen Versuche auf der KA Osnabr\u00fcck zeigten allerdings, dass die dort vorliegende Abwasserqualit\u00e4t auf Grund des angewendeten Entw\u00e4sserungsverfahrens f\u00fcr Deammonifikation im moving-bed-Verfahren nicht geeignet ist: Die Faulschlammkonditionierung vor der Entw\u00e4sserung erfolgt noch mit Kalkhydrat, was im langfristigen Betrieb zu nicht behebbaren Problemen mit Ausf\u00e4llungen von CaCO3 auf den suspendierten Aufwuchstr\u00e4gern f\u00fchrte. Die damit verbundene F\u00e4llung von HCO3- und PO4-P aus dem Abwasser macht jedoch auch eine Teilstrombehandlung mit konventionellen Verfahren schwierig. Langfristig ist zwar eine Umstellung auf modernere Verfahren sinnvoll; derzeit ist die Kalkkon-ditionierung auf Grund der geringen Schlammentsorgungskosten f\u00fcr die KA Osnabr\u00fcck aber noch wirtschaftlich. Sehr gute Erfolge konnten hingegen mit Abwasser einer anderen Kl\u00e4ranlage erzielt werden, auf der der Faulschlamm bereits mit Hilfe polymerer Flockungsmittel entw\u00e4ssert wird: Nach einer Inbetriebnahmephase von wenigen Monaten wurden Fl\u00e4cheneliminationsleistungen von > 5 g N\/m2 d erreicht.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Gaul, T. (2004): Dissertation am FB Bioingenieur- und Vermessungswesen der Universit\u00e4t Hannover.
\nGaul, T., M\u00e4rker, S., Kunst, S.: Start-up of moving bed biofilm reactors for deammonification – the role of hydraulic retention time, alkalinity and oxygen supply. Accepted for oral presentation at IWA International Conference Biofilms 2004: Structure and Activity of Biofilms, 24.-26.10.2004.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die an Laboranlagen erzielten Ergebnisse sind weiterf\u00fchrend und haben zu einem deutlich verbesserten Verst\u00e4ndnis der notwendigen Randbedingungen des Verfahrens gef\u00fchrt. Die erforderlichen Bedingungen f\u00fcr eine schnelle technische Inbetriebnahme des Prozesses wurden ermittelt. Gegen\u00fcber bisherigen Messungen konnte die erreichte Fl\u00e4cheneliminationsleistung mehr als verdoppelt werden. Die Abwasserqualit\u00e4t am vorgesehenen Standort Osnabr\u00fcck erwies sich auf Grund der dort praktizierten Schlammentw\u00e4sserung mit Kalkhydrat im dauerhaften Versuchsbetrieb allerdings als problematisch, sodass eine gro\u00dftechnische Umsetzung nicht sinnvoll war. Wird die Schlammentw\u00e4sserung jedoch mit moderneren Verfahren durchgef\u00fchrt, ist Deammonifikation ein sehr geeignetes Verfahren zur N-Elimination aus diesen Teilstr\u00f6men.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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