Biologische Abwasserreinigung – Erste Ergebnisse bei der Entwicklung eines neuen biologischen Reinigungsverfahrens

Die Hauptprobleme bei der biologischen Abwasserreinigung

Die große Herausforderung bei der biologischen Abwasserreinigung (Oxidation/Nitrifikation) ist die Intensivierung des natürlichen Reinigungsprozesses.

Eine weitere Intensivierung kann erreicht werden, indem man den Organismen Oberflächen (Trägermaterialien) anbietet, auf denen sie wachsen können (Biofilmbildung). Belüftete und getauchte Festbettreaktoren (FBR) nutzen diesen Ansatz. Im Gegensatz zu klassischen Klärverfahren wie der Belebtschlammbiologie können höhere Keimkonzentrationen erreicht werden. Membranbioreaktoren (MBR) sind hier nicht geeignet, da die immobilisierten Mikroorganismen fest installierte Wachstumsträger benötigen, die einen stabilen und verstopfungsfreien Prozess wie im FBR gewährleisten.

Mit keiner der genannten Methoden lässt sich jedoch die Zusammensetzung der Biomasse und damit die Stoffwechselleistung gezielt beeinflussen. Andererseits stellen mit Stickstoff belastete Abwässer, bei denen der Stickstoffgehalt im Vergleich zum Kohlenstoffgehalt überproportional hoch ist, die Kläranlagenbiologie vor eine unlösbare Aufgabe.

Diese Anforderungen werden insbesondere bei Abwässern aus der Landwirtschaft (Gülle, Gärreste, Oberflächenabwässer) gestellt. Aufgrund der Sättigung der landwirtschaftlichen Flächen mit stickstoffhaltigen Verbindungen fehlen den Landwirten und Anlagenbetreibern die Möglichkeiten, diese Abfälle zu entsorgen. Die Düngemittelverordnung begrenzt den Stickstoffeintrag pro Fläche.

Forschungsprojekt Clearfox BioComps – neue biologische Abwasserreinigungstechnologie in der Entwicklung

Ziel dieses Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung und Herstellung eines Intensiv-Nitrifikationsmoduls. Dieses Modul ermöglicht die Umsetzung eines innovativen biologischen Klärverfahrens, speziell für solche Abwässer, die aufgrund einer ungünstigen Zusammensetzung des Abfalls. Diese Abwässer sind aufgrund der natürlichen Klärbiologie ungenügend oder unzureichend und können mit den üblichen Verfahren nicht verarbeitet werden. Das Verfahren basiert auf der Entkopplung des limitierenden Stoffwechsels, so dass es unabhängig von den anderen Klärtechnologien einfach integriert werden kann. Ermöglicht wird dieser innovative Ansatz durch eine an der Universität Bayreuth entwickelte Biokomposittechnologie. Sie basiert auf der Einbettung von spezifisch stoffwechselaktiven Mikroorganismen in eine angepasste Polymermatrix in Form von Fasern. Dadurch werden die aktiven Mikroorganismen stabil fixiert. Sie werden in der Matrix optimal mit Nährstoffen versorgt, sind aber vor rauen Umwelteinflüssen wie hohen Salzbelastungen geschützt.

In Kombination mit dem bewährten FBR wird eine völlig neue Reinigungstechnologie entwickelt.

Festbett-Technologie

Erste Ergebnisse des Forschungsprojekts Clearfox Biocomps

Die ersten Ergebnisse aus den Versuchen in der PPU-Laboranlage liegen vor. Dabei wurden relevante Parameter wie Beladung, Konzentrationen, Abfluss und Belüftung für den Betrieb erarbeitet. Es wurden verschiedene Abwasserzusammensetzungen auf Basis von synthetischem Abwasser nach DIN 38412 Teil 26 verwendet. Es wurden verschiedene Nitritkonzentrationen eingestellt, um die Nitritbehandlungsrate des Festbettes im Vergleich zur Bikomponentenfaser zu testen.

Industriebereiche, in denen diese neue biologische Abwasserreinigungstechnologie revolutionieren wird

In einem nächsten Schritt soll die Umsetzung des Verfahrens in einer Pilotanlage überprüft werden. Hier soll der gesamte Prozess der Abwasserreinigung auf Basis der Laborversuche untersucht werden. Die Ergebnisse daraus können später für den großtechnischen Einsatz hochskaliert werden. Dies sind neben landwirtschaftlichen Betrieben auch Industriezweige, in denen komplexe Abwässer mit einer für die Mikroorganismen unausgewogenen Nährstoffzusammensetzung anfallen. Darüber hinaus ermöglicht die schützende Polymerfaser auch die Behandlung von Abwässern mit wachstumshemmenden Verunreinigungen, wie z. B. hohen Salzgehalten aus Ölbohrungen.

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