Die biologische Behandlung von Abwasser erfolgt durch eine Reihe wichtiger Behandlungsprozesse, die die gemeinsame Nutzung von Mikroorganismen (insbesondere Bakterien) zur Eliminierung löslicher Bestandteile im Wasser teilen. Diese Prozesse nutzen die Fähigkeit der Mikroorganismen, organische Stoffe und Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor), die im Abwasser gelöst sind, für ihr eigenes Wachstum zu assimilieren. Wenn sie sich vermehren, aggregieren sie und bilden makroskopische Flocken mit ausreichender kritischer Masse, um in angemessener Zeit abzusinken.
Die traditionelle Anwendung besteht in der Entfernung von biologisch abbaubarer organischer Substanz, sowohl löslich als auch kolloidal, sowie der Entfernung von Verbindungen, die Stickstoff und Phosphor enthalten. Es ist eine der gebräuchlichsten Behandlungen, nicht nur für kommunales Abwasser, sondern auch für einen bedeutenden Teil industrieller Abwässer, aufgrund seiner Einfachheit und niedrigen Betriebskosten.
In den meisten Fällen dient organische Substanz als Energie- und Kohlenstoffquelle, die Mikroorganismen für ihr Wachstum benötigen. Zusätzlich ist das Vorhandensein von Nährstoffen, die essentielle Elemente für das Wachstum enthalten, insbesondere Stickstoff und Phosphor, ebenfalls notwendig, und schließlich im Fall von aeroben Systemen das Vorhandensein von gelöstem Sauerstoff im Wasser. Sauerstoff ist nicht zwingend erforderlich, da Mikroorganismen organische Substanz auch unter anaeroben Bedingungen abbauen können. Dieser Aspekt ist entscheidend bei der Wahl des am besten geeigneten biologischen Prozesses.
Im Zellstoffwechsel spielt der finale Elektronenakzeptor eine grundlegende Rolle bei den Oxidationsprozessen organischer Substanz. Dieser Aspekt hat auch einen bedeutenden Einfluss auf die Anwendungsmöglichkeiten bei der Abwasserbehandlung. Je nachdem, was der finale Elektronenakzeptor ist, lassen sich drei Fälle unterscheiden:
- Aerobe Systeme: Sauerstoff ist der bevorzugte finale Elektronenakzeptor für jede Zelle. Wenn Sauerstoff im Medium vorhanden ist, wird er der finale Elektronenakzeptor sein, was zu hohen Energieerträgen und signifikanter Schlammproduktion aufgrund des starken Wachstums der Bakterien unter aeroben Bedingungen führt.
- Anaerobe Systeme: In diesem Fall ist der finale Elektronenakzeptor die organische Substanz selbst, die als Kohlenstoffquelle dient. Als Ergebnis dieses Stoffwechsels wird der Großteil des Kohlenstoffs in Wachstumsnebenprodukte (Biogas, das CO2 und Methan enthält) umgewandelt, während der Anteil des Kohlenstoffs, der für die Zellbiosynthese verwendet wird, gering ist. Für Behandlungszwecke bietet dieser Umstand einen doppelten Vorteil: Es wird wenig Schlamm produziert, während Biogas erzeugt wird, das verwertet werden kann. Es wird üblicherweise zur Stromerzeugung genutzt, die im Betrieb selbst verbraucht wird.
- Anoxische Systeme: Dies sind Systeme, bei denen der finale Elektronenakzeptor weder Sauerstoff noch organische Substanz ist. Unter anoxischen Bedingungen sind die finalen Elektronenakzeptoren üblicherweise Nitrate, Sulfate, Wasserstoff usw. Wenn der finale Elektronenakzeptor Nitrat ist, wird im Rahmen des Stoffwechselprozesses der Stickstoff im Nitratmolekül in Stickstoffgas umgewandelt. Somit ermöglicht dieser Stoffwechsel die biologische Entfernung von Stickstoff aus dem Abwasser (Denitrifikation).
Vorteile jedes Systems nach Kriterien
Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte gibt es eine große Vielfalt an Betriebsweisen, abhängig von den Eigenschaften des Wassers und der zu behandelnden organischen Belastung. Die Kriterien, die bei der Auswahl helfen, ob ein aerober Prozess günstiger ist oder ob ein anaerober Prozess vorteilhafter sein wird, umfassen die Konzentration der zu entfernenden organischen Substanz, ob eine Stickstoffentfernung erforderlich ist, die Verfügbarkeit von physischem Raum sowie das Verhältnis zwischen OPEX und CAPEX des Projekts. Die folgende Tabelle zeigt, wie basierend auf diesen Kriterien der jeweils günstigere Prozess (aerob oder anaerob) ausgewählt wird:
Andererseits kann Biomasse frei, schwebend im Bioreaktor oder an einem Träger (feste Biomasse) haften wachsen. Im konventionellen Prozess wächst sie in Suspension, ebenso wie bei sequenziellen Chargenreaktoren (SBR) und in membranbiologischen Reaktoren (MBR). In Scheibenreaktoren, Biofiltern, Perkolationsfiltern oder bewegten Bett-Bioreaktoren (MBBR) wächst die Biomasse an der Oberfläche eines Kunststoff- oder Sandträgers. Dieses Kriterium, ob die Biomasse in Suspension oder an einem Träger gebunden wächst, hat eine Reihe praktischer Konsequenzen, die bei der Auswahl der am besten geeigneten Technologie berücksichtigt werden sollten. Die folgende Tabelle fasst dies zusammen:
Daher kann die Auswahl des am besten geeigneten biologischen Prozesses nur nach Analyse der Eigenschaften des Abwassers, des Typs des industriellen Prozesses, der es erzeugt, des erforderlichen Reinigungsgrades und der Gesamtbedürfnisse des Kunden erfolgen. Condorchem Envitec verfügt über umfangreiche Erfahrung im Design, der Herstellung, Installation, Inbetriebnahme und dem Betrieb biologischer Kläranlagen, sowohl aerob als auch anaerob, die auf die spezifischen Bedürfnisse ihrer Kunden zugeschnitten sind.
Es gibt einzigartige Konfigurationen, die die Vorteile beider Systeme kombinieren. Dies ist der Fall beim BioCarb®-Reaktor, einem exklusiven, patentierten Modell von Condorchem Envitech, das auf der Entwicklung eines aerob arbeitenden Festbettreaktors basiert, dessen Füllmaterial granulierte Braunkohle ist. Die Kohle filtert, adsorbiert und dient als Träger für den Biofilm, zusätzlich zur Versorgung der Mikroorganismen mit Mineralien und Spurenelementen. Andererseits leistet der Adsorptionsprozess einen doppelten Beitrag zum Prozess, indem er Spitzen in der Schadstoffbelastung abmildert und die Verweilzeit der Schadstoffe im Reaktor erhöht, was den Abbau persistenter organischer Verbindungen ermöglicht. Der BioCarb®-Reaktor hat sich besonders bei der Behandlung schwer biologisch abbaubarer Schadstoffe und farbiger Verunreinigungen als effektiv erwiesen. Darüber hinaus ermöglicht die Immobilisierung der Biomasse auf der Oberfläche der Braunkohle eine kombinierte biologische und physikalisch-chemische Behandlung von Abwasser in einer einzigen Stufe.
Bezüglich anaerober Systeme hat die umfangreiche Erfahrung von Condorchem Envitech zur Nutzung von Technologien wie UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor), RAFAC® (Upflow Anaerobic Contact Reactor) und RAC® (Anaerobic Contact Reactor) geführt, die alle durch ihre hohe Effizienz gekennzeichnet sind, klare Abwässer produzieren und organische Substanz in Biogas und stabilisierten organischen Dünger umwandeln.