Fünf typische Abwasserbehandlungsprozesse

Das SBR-Verfahren (Sequencing Batch Reactor), auch intermittierendes Belebtschlammverfahren genannt, besteht aus einem oder mehreren SBR-Tanks. Während des Betriebs gelangt das Abwasser schubweise in die Tanks und durchläuft nacheinander fünf unabhängige Stufen: Zulauf, Reaktion, Sedimentation, Ablauf und Leerlauf. Zu- und Abfluss werden durch den Wasserstand gesteuert, während Reaktion und Sedimentation durch die Zeit gesteuert werden. Die Dauer eines Betriebszyklus variiert je nach Belastung und Abwasserbedarf und liegt im Allgemeinen zwischen 4 und 12 Stunden, wobei die Reaktion 40 % ausmacht. Das effektive Tankvolumen ist die Summe aus Zulaufvolumen und erforderlichem Schlammvolumen innerhalb des Kreislaufs.

Im Vergleich zu kontinuierlichen Durchflussmethoden bietet die SBR-Methode schnellere Reaktionsgeschwindigkeiten, eine höhere Behandlungseffizienz und eine stärkere Widerstandsfähigkeit gegen Laststöße. Aufgrund der hohen Substratkonzentration und des großen Konzentrationsgradienten hemmen abwechselnde anoxische und aerobe Zustände die übermäßige Vermehrung obligat aerober Bakterien und fördern so die biologische Entfernung von Stickstoff und Phosphor. Darüber hinaus verhindert das kürzere Schlammalter, dass filamentöse Bakterien dominant werden, wodurch die Schlammblähung verringert wird. Im Vergleich zu kontinuierlichen Durchflussverfahren weist das SBR-Verfahren einen kürzeren Fließweg und eine einfachere Struktur auf. Wenn das Wasservolumen klein ist, ist nur ein intermittierender Reaktor erforderlich, wodurch die Notwendigkeit spezieller Sedimentations- und Ausgleichstanks sowie der Schlammrückführung entfällt, was zu niedrigeren Betriebskosten führt.

Dieses Verfahren nutzt die anfängliche Entfernungskapazität des Belebtschlamms vollständig aus. Innerhalb kurzer Zeit (10–40 Min.) werden suspendierte und kolloidale organische Stoffe im Abwasser durch Adsorption entfernt. Die Flüssigkeits-{4}}Feststofftrennung reinigt dann das Abwasser und entfernt etwa 85–90 % des BSB5. Von dem gesättigten Belebtschlamm wird ein Teil, der einer Rezirkulation bedarf, zur weiteren Oxidation und Zersetzung zur Wiederherstellung seiner Aktivität in einen Regenerationstank eingeleitet; Der verbleibende Schlamm wird ohne weitere Oxidation und Zersetzung in die Schlammbehandlungsanlage eingeleitet. Dieser Prozess wird in zwei getrennten Tanks (Adsorptionstank und Regenerationstank) oder in zwei Abschnitten desselben Tanks durchgeführt. Es hat eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Belastungsstöße und kann die Notwendigkeit eines Vorklärbeckens überflüssig machen. Sein Hauptvorteil sind erhebliche Einsparungen bei den Infrastrukturinvestitionen. Es eignet sich am besten für die Behandlung von Abwässern mit hohem Anteil an suspendierten und kolloidalen Stoffen, wie z. B. Gerbereiabwässern und Kokereiabwässern, und bietet Prozessflexibilität. Aufgrund der kürzeren Adsorptionszeit ist die Behandlungseffizienz jedoch nicht so hoch wie bei herkömmlichen Methoden.

Der Oxidationsgraben ist eine Sonderform der erweiterten Belüftungsmethode. Sein Grundriss ähnelt einer Rennstrecke, wobei im Graben zwei rotierende Belüftungsbürsten (Scheiben) installiert sind. Es werden auch Oberflächenbelüfter, Strahlbelüfter oder Steigbelüfter verwendet. Wenn die Belüftungsausrüstung in Betrieb ist, sorgt sie dafür, dass die Grabenflüssigkeit schnell fließt, wodurch Sauerstoff zugeführt und gerührt wird.

Im Vergleich zu herkömmlichen Belüftungsmethoden bieten Oxidationsgräben Vorteile wie geringere Infrastrukturinvestitionen, einfachere Wartung und Verwaltung, stabile Behandlungswirkung, bessere Abwasserqualität, weniger Schlammproduktion, bessere Stickstoff- und Phosphorentfernung und eine stärkere Anpassungsfähigkeit an Belastungsstöße.

Der ICEAS-Reaktor verfügt an der Vorderseite über eine Vorreaktionszone (die 10 % des Tankvolumens einnimmt). Der Reaktionstank besteht aus einer Vorreaktionszone und einer Hauptreaktionszone, wodurch ein kontinuierlicher Zufluss und ein intermittierender Abfluss erreicht werden. Die Vorreaktionszone befindet sich im Allgemeinen in einem anaeroben und anoxischen Zustand, in dem organische Stoffe vom Belebtschlamm adsorbiert werden. Diese Zone hat auch eine biologische Selektionsfunktion, indem sie das Wachstum filamentöser Bakterien hemmt und die Bildung von Schlamm verhindert. Die adsorbierte organische Substanz wird in der Hauptreaktionszone durch Belebtschlamm oxidiert und zersetzt.

Kontinuierlicher Zufluss löst den Widerspruch zwischen Zufluss und intermittierendem Zufluss. Dieses Verfahren hat jedoch eine schlechte Sedimentations- und Reinigungswirkung, neigt zur Schlammaufblähung, hat eine geringe Schlammbelastung, eine lange Reaktionszeit, erfordert ein größeres Anlagenvolumen und ist mit höheren Investitionen verbunden.

Das Abwasser gelangt zunächst in den Anaerobtank und vermischt sich mit dem zurückgeführten Schlamm. Unter der Wirkung fakultativ anaerober Fermentationsbakterien werden leicht biologisch abbaubare großmolekulare organische Stoffe im Abwasser in Polyphosphat-{{2}akkumulierende Bakterien (PABs) umgewandelt. PABs werden von PABs absorbiert und in den Bakterien gespeichert, wobei die benötigte Energie aus der Zersetzung der PAB-Ketten stammt. Anschließend gelangt das Abwasser in die anoxische Zone, wo denitrifizierende Bakterien die organische Matrix im Abwasser nutzen, um das durch die zurückgeführte Mischlauge eingebrachte NO3 zu denitrifizieren. Wenn das Abwasser in das Aerobic-Becken gelangt, ist die Konzentration an organischem Material gering. PABs gewinnen Energie hauptsächlich durch den Abbau von PABs in ihrem Körper zur Bakterienvermehrung. Gleichzeitig nehmen sie löslichen Phosphor aus der Umgebung auf und speichern ihn als PAB-Ketten, die dann als Überschussschlamm aus dem System ausgetragen werden. Die geringe Konzentration organischer Stoffe in der aeroben Zone des Systems begünstigt das Wachstum autotropher nitrifizierender Bakterien in dieser Zone.

Die organische Kombination aus drei verschiedenen Umweltbedingungen-anaerob, anoxisch und aerob-und verschiedenen Arten mikrobieller Gemeinschaften kann gleichzeitig organische Stoffe, Stickstoff und Phosphor entfernen. Der Prozess ist einfach und weist eine kurze hydraulische Verweilzeit auf. Der SVI liegt im Allgemeinen unter 100, wodurch eine Schlammbildung verhindert wird. Der Schlamm hat einen hohen Phosphorgehalt, typischerweise über 2,5 %. Im anaeroben -anoxischen Tank ist nur leichtes Rühren erforderlich, um den Schlamm zu vermischen, ohne den gelösten Sauerstoff zu erhöhen. Im Sedimentationstank müssen anaerobe-anoxische Bedingungen vermieden werden, um zu verhindern, dass Polyphosphat-bakterien, die sich ansammeln, Phosphor freisetzen, was die Qualität des Abwassers beeinträchtigen würde, und dass durch Denitrifizierung N2 entsteht, was die Sedimentation beeinträchtigen würde. Der Stickstoffentfernungseffekt wird durch das Verhältnis der Mischflüssigkeitsrückführung beeinflusst, während der Phosphorentfernungseffekt durch den im zurückgeführten Schlamm enthaltenen gelösten Sauerstoff (DO) und Nitratsauerstoff beeinflusst wird. Daher ist es unmöglich, die Effizienz der Stickstoff- und Phosphorentfernung zu verbessern.