Effiziente Belüftungstechnik

Die Leistung von Luft- oder Sauerstoffinjektionssystemen in Belebungsbecken bestimmt maßgeblich den Energieverbrauch und die Reinigungsleistung ganzer Kläranlagen. Die Experten unseres Teams arbeiten bei der Untersuchung und Optimierung von Belüftungssystemen eng mit Industriepartnern, kommunalen Anlagenbetreibern und anderen Forschungseinrichtungen zusammen. Mit modernen Messgeräten und Testanlagen des HZDR werden Belüftungssysteme hinsichtlich folgender Aspekte analysiert:

• Sauerstoffübertragungsrate und -effizienz gemäß den DWA-M 209 Richtlinien
• Gasblasengröße und -verteilung
• Mischleistung
• Schadstoffabbau (NH3-N, NO3-N, BSB5, CSB)

Die Infrastruktur im Strömungslabor von CLEWATEC und des HZDR umfasst mehrere Prüfstände sowie ein nach Biosicherheitsstufe 2 zertifiziertes Abwasserlabor für Analysen mit echtem Belebtschlamm. Optische Messtechniken wie Videometrie, Strömungsmikroskopie und Bildverarbeitungsalgorithmen stehen zusammen mit Standardgeräten für die Analyse von Kohlenstoffentfernungs-, Nitrifikations- und Denitrifikationsprozessen zur Verfügung

In unserem Abwasserlabor sind zwei DN 900-Säulen mit einer maximalen Füllhöhe von 4 Metern installiert, die mit Instrumenten für Sauerstoffübertragungs- und Nitrifikationsversuche ausgestattet sind. Die beiden identischen Säulen ermöglichen parallele Versuche in Tiefen, die denen in realen Belebtschlammbecken entsprechen. Ergänzt wird die Infrastruktur des Strömungslabors durch die 14 Kubikmeter fassenden mobilen Belebtschlammbecken, die als Bypass in realen Kläranlagen eingesetzt werden können. Wie die DN 900-Säulen eignen sich auch die beiden identischen Becken für parallele Leistungstests mit maximaler Vergleichbarkeit.

Optimierung und Entwicklung von Luft- und Sauerstoffeinspritzvorrichtungen für eine energiesparende biologische Behandlung in Belebtschlammbecken

Durch diese Analysen wird das ungenutzte Optimierungspotenzial bestehender Systeme aufgedeckt, wodurch unsere Partner ihre Betriebskosten senken, Umweltbelastungen minimieren und erhebliche Wettbewerbsvorteile erzielen können. Die geförderten Projekte MILA (DBU) und IModGas (SAB-EFRE) konzentrieren sich auf dieses Forschungsthema.

Versuchsanlage zur Erprobung von Belüftungstechnologien

Partner

• IWEB Institut für Wasser & Energie Bochum GmbH
• SOWAG Süd-Oberlausitzer Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsgesellschaft mbH
• Stadtentwässerung Dresden GmbH

Gefördert durch

Publikationen:

• Mohseni, E., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Controlled bubble formation from an orifice through harmonic gas pressure modulation.
  Chemical Engineering Journal, 470, 143953 (2023).
• Mohseni, E., Eduarda Chiamulera, M., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Bubble formation from sub-millimeter orifices: Experimental analysis and modeling.
  Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 173, 108809 (2022).
• Herrmann-Heber, R., Ristau, F., Mohseni, E., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Experimental Oxygen Mass Transfer Study of Micro-Perforated Diffusers.
  Energies, 14 (21), 7268 (2021).
• Mohseni, E., Bauermann Lang, G., Reinecke, S., Hampel, U.,
  A Mechanistic Model for Bubble Formation from Microscale Orifices under Constant Gas Flow Conditions.
  ACS Eng. Au, 13 July 2021.
• Mohseni, E., Ziegenhein, T., Reinecke, S., Hampel, U.,
  Bubble formation from sub-millimeter orifices under variable gas flow conditions.
  Chemical Engineering Science, 116698 (2021).
• Mohseni, E., Kalayathine, J. J. , Reinecke, S., Hampel, U.,
  Dynamics of bubble formation at micro-orifices under constant gas flow conditions.
  International Journal of Multiphase Flow, 132, 103407 (2020)
• Skouteris, G., Rodriguez-Garcia, G., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  The use of pure oxygen for aeration in aerobic wastewater treatment: A review of its potential and limitations.
  Bioresource Technology, 312, 123595 (2020).
• Höhne, T., Mamedov, T.,
  CFD Simulation of Aeration and Mixing Processes in a Full-Scale Oxidation Ditch.
  Energies, 13 (7), 1633 (2020).
• Mohseni, E., Herrmann-Heber, R., Reinecke, S. F., & Hampel, U.,
  Bubble generation by micro-orifices with application on activated sludge wastewater treatment.
  Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, 143, 107511 (2019).
• Herrmann-Heber, R., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Dynamic aeration for improved oxygen mass transfer in the wastewater treatment process.
  Chemical Engineering Journal, 386, 122068 (2019).
• Reinecke, S. F., Höffmann, A. K., Hampel, U., Ehrhard, P., Stachowske, M.,
  Leistungsoptimierung von Kläranlagen durch gezielte Strömungsführung in Belebtschlammbecken – LEOBEL,
  Schlussbericht, DBU AZ30799 (2018).
• Herrman-Heber, R., Kutschke, S., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Steigerung der Energieeffizient bei der biologischen Abwasserreinigung durch den Einsatz von Kanülenbegasern mit dem Ziel eines nachhaltigen Gewässer- und Klimaschutzes – SEBAK,
  Schlussbericht, MKULNV 17-04.02.01-9a/2014 (2018).
• Mohseni, E., Herrmann-Heber, R., Reinecke, S. F., & Hampel, U.,
  Bubble Generation by Solid Membrane Spargers for Activated Sludge Wastewater Treatment Application.
  Proceedings of 9th Eastern European Young Water Professionals Conference IWA YWP, 24.-27. May 2017, Budapest, Ungarn (2017).