Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Nitrifikation in kommunalen Kl\u00e4ranlagen wird zur Zeit durch eine unselektive Schlammr\u00fcckf\u00fchrung und vergleichsweise starke Bel\u00fcftung erzielt. Hierdurch wird neben der gew\u00fcnschten Ammoniumoxidation ein bedeutender Anteil des vorliegenden Kohlenstoffs durch heterotrophe Mikroorganismen ungewollt oxidiert, sodass er in der anschlie\u00dfenden Denitrifikationsstufe nicht mehr zur Verf\u00fcgung steht. Besonders in der kalten Jahreszeit erfordert das langsame Wachstum der nitrifizierenden Bakterien ein hohes Schlammalter.
\nIn einer Pilotanlage soll untersucht werden, ob durch den selektiven Einschluss von Nitrifizierern in synthetische Hydrogele die Nitrifikationsleistung bei gleichzeitiger Verringerung der Bel\u00fcftung erh\u00f6ht werden kann.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine stabile, nat\u00fcrliche Mischkultur von Nitrifizierern wird extern angezogen und die Zellen anschlie\u00dfend in ein synthetisches Hydrogel auf Basis von Polyvinylalkohol unter schonenden Bedingungen bei Raumtemperatur eingeschlossen. Innerhalb der entsprechenden Immobilisate k\u00f6nnen sich die Zellen vermehren, sind gesch\u00fctzt und k\u00f6nnen selektiv im Nitrifikationsbecken zur\u00fcckgehalten werden.
\nIm Bypass zu einer im Betrieb befindlichen Kl\u00e4ranlage soll eine Pilotanlage aufgebaut werden, in der entsprechende Immobilisate eingesetzt und auf ihre Aktivit\u00e4t untersucht werden. Zum einen sollen hierf\u00fcr die Immobilisate selber optimiert werden, zum anderen sollen die Auswirkungen unterschiedlicher Fahrweisen bzgl. Verweilzeit und Bel\u00fcftungsraten- und profilen untersucht werden.
\nEine Gesamtbilanz soll aufzeigen, inwieweit der Einsatz entsprechend verkapselter Bakterien den Betrieb einer Kl\u00e4ranlage durch Energieeinsparung rentabler machen kann.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Versuche in der Pilotanlage haben gezeigt, dass Immobilisate auf Basis von Polyvinylalkohol nach Dichteerh\u00f6hung mit Quarzsand ohne Sieb sowohl im Prallstrahlreaktor als auch im Schlaufenreaktor sicher zur\u00fcckgehalten werden k\u00f6nnen. Dies gilt f\u00fcr linsenf\u00f6rmige als auch f\u00fcr kugelf\u00f6rmigen Immobilisate.
\nUnter Verwendung des Prallstrahlreaktors zeigte sich nach f\u00fcnfmonatigem Dauerbetrieb eine Abnahme der F\u00fcllh\u00f6he der sedimentierten Linsen im Reaktor. Mikroskopische Untersuchungen zeigten deutliche Deformierungen und Abscherungen der Linsen, sowie wenige oder nur schwach ausgebildete Kolonien innerhalb der Immobilisate. Dieses kann darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren sein, dass die Kreislaufpumpe die Linsen trotz des gro\u00dfen Kugeldurchgangs zerteilt. Da jedoch das Zerschneiden der Gesamtheit der Linsen ein langsamer Prozess zu sein scheint, war er in den Vorversuchen zum Betrieb des Prallstrahlreaktors nicht ersichtlich. Es wurde daher auf einen Schlaufenreaktor gewechselt, da dieser keinen entsprechenden Pumpendurchgang f\u00fcr die Immobilisate erfordert. Au\u00dferdem wurde von der am \u00e4u\u00dferen Rand relativ angreifbaren Linsenform auf die Kugelform f\u00fcr die Immobilisate gewechselt.
\nBeim kontinuierlichen Betrieb des Schlaufenreaktors zeigte sich im Gegensatz zu der erwarteten und gew\u00fcnschten Steigerung des Ammoniumabbaus auch \u00fcber einen langen Zeitraum keine wesentliche Ver\u00e4nderung. Da die Immobilisate direkt nach der Herstellung eine der eingesetzten Fermenterkultur entsprechende Aktivit\u00e4t hatten, muss es Gr\u00fcnde geben, die innerhalb des Praxiseinsatzes eine Vermehrung der Zellen innerhalb der Gelmatrix verhinderten.
\nUm zu kl\u00e4ren, welche Einfl\u00fcsse auf die verkapselten Zellen wirken, wurden Immobilisate mikroskopisch untersucht und in Labor definierten Aktivit\u00e4tstests unterworfen. Hierbei wurden folgende Beobachtungen gemacht:
\n1.\tAuf den Immobilisaten hatte sich ein stabiler Biofilm gebildet, der durch die mechanischen Kr\u00e4fte im Schlaufenreaktor nicht abgeschert wurde; erst im Laborversuch beim R\u00fchren mit einem Magnetkern – eine sehr abrasive Methode – l\u00f6ste er sich ab.
\n2.\tDie (geringe) Nitrifikationsleistung, die die Immobilisate zeigten, blieb auch nach Abtrennung des abgescherten Biofilms erhalten. Es handelte sich also tats\u00e4chlich um die Abbauleistung der eingeschlossenen Zellen.
\n3.\tInnerhalb der Immobilisate waren nur relativ wenige Kolonien entstanden.
\nInsgesamt haben die Versuche gezeigt, dass die gew\u00e4hlte Form der Verkapselung in Polyvinylalkoholhydrogele zu sehr stabilen Produkten f\u00fchrt, die nur durch stark scherende Belastung zerst\u00f6rt werden k\u00f6nnen. Das Konzept der Hauptvermehrung der Biomasse direkt im Abwasserstrom lie\u00df sich nicht realisieren. Es gelang nicht, die Biomasse in ausreichend hoher Konzentration zu etablieren.
\nIn einer Modellkalkulation wurde gezeigt, dass sich das oben beschriebene Konzept finanziell rechnet, da die Mehrkosten durch die Herstellung der Immobilisate durch die zu erzielende Energieeinsparung<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Das Projekt wurde bei folgenden Gelegenheiten der \u00d6ffentlichkeit vorgestellt:
\n\u00b7\tEncapsulation Workshop 2002, Vortrag und Proceedings Significant reduction of energy consumption for sewage treatment by using LentiKat\u00ae encapsulated nitrifying bacteria, Landbauforschung V\u00f6lkenrode, Sonderheft 2002
\n\u00b7\tEnviro 2002, Vortrag und Proceedings Pre-Nitrification By Encapsulated Nitrifiers – A Possibility For Self-sufficient Energy Operation Of Domestic WWTPs, Melbourne, Australien April 2002, Water Science and Technology 47 (11) 2003
\n\u00b7\tEnvironmental Biotechnology, Vortrag und Proceedings Advanced Nitrogen Elimination By Encapsulated Nitrifiers, Palmerston, Neuseeland April 2002, Water Science and Technology 48 (8) 2003
\n\u00b7\tTerratec, Leipzig M\u00e4rz 2003, Messe Flyer und Ausstellungsst\u00fcck<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Ziel einer energiereduzierten Nitrifikation auf Basis immobiliserter Nitrifizierer scheint aus unserer Sicht weiterhin erreichbar. Folgende Schritte sind hierf\u00fcr notwendig:
\n\u00b7\tVermeidung der Biofilmbildung auf den Immobilisaten durch Optimierung des Reaktorkonzepts
\n\u00b7\tVoranzucht der Biomasse innerhalb der Immobilisate unter optimalen Bedingungen
\n\u00b7\tKombination dieser beiden Schritte<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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