Projekt 23674/01

Untersuchung der biologischen Reinigung hoch belasteter Abwässer mit einem zweistufigen Biofilmrektor

Projektträger

K. P. Lohaus GmbH
Schützenstr. 63
42281 Wuppertal
Telefon: 0202-700374

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Betriebliches Abwasser, das durch eine hohe, schwer abbaubare organische Belastung gekennzeichnet ist, erfordert in einer biologischen Kläranlage eine sehr lange Behandlungszeit, die auch mit einem hohen Energie- und Kostenaufwand verbunden ist. Hier bietet eine Abwasserteilstrombehandlung Vorteile. Für eine Rückführung und Wiederverwendung im Betrieb muss sich Recyclingwasser durch eine sehr geringe Belastung auszeichnen. Dies soll durch eine Kombination eines neu entwickelten, zweistufigen Biofilmverfahrens mit anschließender Membranfiltrationsstufe erreicht werden. Die Leistungsfähigkeit soll anhand unterschiedlich belasteter Abwässer in der Praxis erprobt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEine besondere Konstruktion des Bioreaktors erlaubt eine aerobe und anaerobe Behandlung des Wassers im periodischen Wechsel bei mehrfacher Zirkulation. Eine Infraschalleinrichtung ermöglicht eine insgesamt intensivere Belüftung des Reaktors. Durch Membranfiltration des biologisch gereinigten Abwassers werden partikuläre Bestandteile und Mikroorganismen abgetrennt.
Die Erprobung erfolgte zunächst gezielt mit hoch belastetem Abwasser über einen Zeitraum von mindestens 6 Monaten, um auch jahreszeitlich bedingte Zustände untersuchen zu können. Hierfür wurde bei der Tierkörperverwertung und Fleischmehlherstellung anfallendes Abwasser eingesetzt. In einem weiteren Anwendungsfall wurde eine Erprobung der Anlage mit dem Abwasser aus der KFZ-Tankinnenreinigung vorgenommen, um die dort angestrebte Wiederverwendung des gereinigten Abwassers unter Praxisbedingungen zu untersuchen.
Das wesentliche Ziel des Einsatzes dieser Verfahrenstechnik und auch dieses Vorhabens besteht darin, eine als Kleinanlagentechnik einsetzbare biologische Abwasserbehandlung für Abwasserteilströme im prozessnahen Einsatz mit Wasserkreislaufschließung zu erproben. Das mit Hilfe dieses sequentiellen Verfahrens zurück gewonnene Wasser kann auch in anderen Branchen beispielsweise für Spülstufen des Prozesses, aus dem das Abwasser stammt, wieder verwendet werden. Der Vorteil einer solchen Anwendung liegt darin, dass im Nahbereich des verursachenden Prozesses oft keine Trinkwasserqualität und auch kein separates Rohrleitungssystem notwendig ist. Damit einher geht eine Reduzierung der Kosten für Frischwasser und Abwasserentsorgung. Eine Schlussbetrachtung der Anlage enthält auch die ökologischen und ökonomischen Aspekte der Maßnahme.


Ergebnisse und Diskussion

Die Erprobung des Reaktors erfolgte an zwei verschiedenen Standorten, die beide ein Abwasser mit hoher, schwer abbaubarer organischer Fracht aufwiesen.
Am ersten Standort, an dem der Reaktor über einen Zeitraum von insgesamt sieben Monaten stationiert war, wurde Abwasser aus der Tierkörperverwertung behandelt. Dieses Abwasser zeigte über einen längeren Zeitraum eine hohe, gleich bleibende Belastung mit einem durchschnittlichen CSB-Wert von ca. 10.000 g/l und einem durchschnittlichen Gesamtstickstoffwert von ca. 1.000 mg/l. Zu Beginn der Untersuchungen wurden die Einstellungen an der Luftzufuhr und am Schlammabzug mehrfach variiert, bis nach ca. vier Monaten geeignete Werte für die wesentlichen Einflussparameter erreicht waren.
Es zeigte sich, dass der Bioreaktor bei regelmäßigem Überschussschlammabzug zufrieden stellende Abbauleistungen bezüglich der CSB-Fracht und des Gesamt-Stickstoffgehaltes erbringt. Über einen längeren Zeitraum können stabile Ablaufwerte erzielt werden. Dies galt bei einem Rohwasserzulauf von ca. 0,85 L/h. Eine Belastungsgrenze zeigte sich gegen Ende der Versuchszeit, als der Rohwasserzulauf auf den dreifachen Wert erhöht wurde. Dabei war insbesondere eine Verschlechterung der Abbauleistung für den Parameter Gesamtstickstoff zu beobachten.
Beim zweiten Anwendungsfall wurde Abwasser aus der Tankinnenreinigung bei einer Spedition mit dem Ziel einer Wiedernutzung zur Tankreinigung behandelt. Hier war eine Vergleichsmöglichkeit zur bestehenden betrieblichen Kläranlage möglich, die als Belebungsbecken mit bewegten Bewuchskörpern ausgeführt ist. In diesem Einsatzfall wies der Zulauf zur Pilotanlage über den gesamten Versuchszeitraum eine stark wechselnde Zusammensetzung auf. Ein gezielter Zulauf von einzelnen Teilströmen, die eine definierte organische Fracht und eine definierte biologische Abbaubarkeit aufwiesen, war technisch nicht möglich. Die Belastbarkeit der Projektergebnisse für diesen Anwendungsfall ist somit begrenzt. Zusätzlich zur biologischen Behandlung erfolgte eine Filtration mit einer zweistufigen Membrananlage. Eine Mikrofiltrationsanlage mit einer Polypropylen-Membran diente zur Reduzierung der Partikelfracht, der Ablauf zeigte aber weiterhin eine hohe CSB-Konzentration, die im Bereich von ca. 85% der Ausgangskonzentra-tion lag. Eine direkte Wiederverwendung des Mikrofiltrationsablaufs ist damit nicht möglich. Durch eine nachfolgende Umkehrosmoseanlage mit einer Polyamid- Membran konnte ein CSB-Wert von unter 30 mg/L erreicht werden, der weitgehend gereinigte Ablauf ist damit als Betriebswasser für die Tankinnen-reinigung geeignet.
Wünschenswert ist eine Wiederholung der Versuche mit einem Zulauf, der bei entsprechenden Belastungen sowohl physikalisch über einen Koaleszenzabscheider als auch chemisch über eine Flockung vorbehandelt wurde, um insbesondere die biologische Abbaubarkeit zu verbessern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Posterpräsentation bei den beteiligten Firmen. Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift für Tank-, Behälter-, Silo- und Kesselwageninnenreinigung in Vorbereitung.


Fazit

Die grundsätzliche Eignung des Biopilot-Reaktors für die Reinigung von hoch belastetem Abwasser konnte nachgewiesen werden. In Kombination mit einer zweistufigen Nachbehandlung, bestehend aus Mikrofiltration und Umkehrosmose, kann ein für die Wiederverwendung als Betriebswasser geeigneter Ablauf gewonnen werden. Weitere Versuche zur Auswahl von Abwasserteilströmen und zur Optimierung des Reaktors sind für eine auch kostenseitig attraktive Prozessgestaltung erforderlich. Aufgrund des geringen Stromverbrauchs im Betrieb bei gleichzeitig geringem Schlammabfall zeigen sich für die Umweltaspekte Vorteile gegenüber einem Belebtschlammverfahren.