Effiziente biologische Abwasserbehandlung

Hintergrund

Die Entsorgung und die Aufbereitung des im kommunalen und industriellen Umfeld anfallenden Abwassers zur Vermeidung der Verschmutzung und Eutrophierung von Fließgewässern ist von zentraler Bedeutung für einen nachhaltigen Umgang mit der Ressource Wasser. Die Abwasserkette umfasst im Wesentlichen den Wasserverbraucher, das Kanalnetz, die Kläranlagen und das Oberflächengewässer, in welches das gereinigte Wasser eingeleitet wird.

Das allein im kommunalen Bereich anfallende Abwasser wird in 10,000 Abwasseraufbereitungsanlagen mit einem jährlichen Energieaufkommen von 4.400 GWh behandelt (Fricke, 2009). Damit tragen diese Anlagen 20% des in den Kommunen anfallenden Energieverbrauches. Davon entfallen bis zu 80% auf die biologischen Reinigungsstufen (Fricke, 2009).

Das Herzstück von Abwasseraufbereitungsanlagen sind die Belebungsbecken, in denen unter der Nutzung von Sauerstoff in belüfteten Zonen durch heterotrophe Bakterien Kohlenstoff- und Ammoniumverbindungen oxidiert und damit abgebaut werden. Der Eintrag von Gas in das Belebungsbecken erfolgt im Wesentlichen zur Versorgung der Mikroorganismen mit dem nötigen Sauerstoff. Weiterhin dient der Gaseintrag zur Vermischung des mehrphasigen Fluids, also zum Abbau von Konzentrationsgradienten, und damit auch zur Suspension der Schlammflocken.

Die Sauerstoffzufuhr erfolgt durch spezielle Begaserelemente am Boden des Belebungsbeckens, die einen enorm hohen Energiebedarf haben. Teilweise wird die Vermischung des Belebtschlamms und die Dispersion der Gasphase durch Rührwerke unterstützt, was einen zusätzlichen Energieaufwand mit sich bringt. Dadurch bestimmen die in Belebungsbecken ablaufenden Prozesse maßgeblich die Leistungsfähigkeit und die Energiebilanz von Kläranlagen. Dies wird oft durch eine nicht-optimale Auslegung bzw. Anordnung der Begasungs- und Dispergierorgane im Belebtschlammbecken hervorgerufen.

Effizienz durch Strömungs­füh­rung

Auf Grund der Komplexität der Mehrphasenströmung des begasten Belebtschlammes (Gasblasen, Schlammflocken und Wasser) besteht ein hoher Bedarf zur Weiterentwick­lung der CFD-Simulations­modelle.

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Effiziente Gaseintragssysteme

In experimentellen Grund­lagenstudien wird die Entstehung von Gasblasen an flexiblen und starren Öffnungen ­verschiedener Material­ien untersucht. Dabei werden sowohl kontinuierliche als auch dynamische Strömungs­regime in Betracht gezogen.

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Biokatalyse zur Farbstoffentfernung

The project aims on developing new concepts of the use of natural porous loofa materials as biocatalyst carrier and the use of oxidative enzymes as biochemical catalysts for the treatment of contaminated water.

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Literatur

• Fricke, K.
  Energieeffizienz kommunaler Kläranlagen
  Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau (2009)