Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die konkrete Umsetzung der Membrantechnologie in der kommunalen Abwasserreinigung wurde bislang – trotz prognostizierter gro\u00dfer Vorteile – durch eine Reihe von unbeantworteten technischen und \u00f6konomischen Fragen erschwert. Zu deren Kl\u00e4rung sollten in diesem Projekt folgende Kernthemen bearbeitet bzw. untersucht werden: Entwicklung eines m\u00f6glichst leistungsf\u00e4higen Anlagenkonzepts, Langzeitverhalten der Membranen, M\u00f6glichkeiten zur Phosphatelimination, Kostenanalyse und -vergleich zu konventionellen Behandlungsverfahren.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie experimentellen Untersuchungen wurden in einer neu zu errichtenden Technikumsanlage (130 l) und einer parallel betriebenen Pilotanlage (4 m3) mit kommunalem Abwasser ausgef\u00fchrt. Der kleine Anlagenma\u00dfstab erlaubte einen modularen und flexiblen Anlagenaufbau, mit dem in kurzer Zeit verschie-dene Verschaltungsm\u00f6glichkeiten realisiert und getestet sowie Parametervariationen durchgef\u00fchrt werden konnten.
\nZun\u00e4chst wurde im Parallelbetrieb die Vergleichbarkeit der beiden Anlagen erfasst. Nach sechs Monaten wurde der Einfluss verschiedener Verfahrensparameter (u. a. Gasbelastung, Temperatur, interne Zirkulationsstr\u00f6me, Belastungsspitzen) auf den Abbau der relevanten Konzentrationen CSB, P, N, \u00dcberschussschlammbildung und Viskosit\u00e4t des Reaktorinhalts untersucht. Teilweise simultan wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Verfahrensverschaltungen und Verweilzeiten auf das Abbauverhalten und die \u00dcberschussschlammproduktion bestimmt. Der Einflu\u00df unterschiedlicher Membranreinigungsstrategien wurde anhand des Permeatflusses verfolgt. Schlie\u00dflich wurden die Konsequenzen verschiedener Phosphateliminationsmethoden f\u00fcr das Abbauverhalten und die \u00dcberschussschlammproduktion ermittelt.
\nIm Rahmen der Kostenanalyse wurde eine Literaturdurchsicht, eine Kostenzusammenstellung sowie die Konzeption eines kostenoptimierten Verfahrens erarbeitet.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die zu diesem Projekt durchgef\u00fchrten Untersuchungen dienten dazu, L\u00f6sungen oder L\u00f6sungsans\u00e4tze f\u00fcr noch nicht gekl\u00e4rte technische Fragen offenzulegen, um damit die konkrete Umsetzung der Membrantechnologie in der kommunalen Abwassertechnik zu erleichtern. Grundlagen hierf\u00fcr lieferten Unter-suchungen an einer Pilotanlage (3,6 m\u00b3) des Umweltbundesamtes in Berlin, welche 1997 erstmals in Betrieb genommen wurde und bis Ende 1998 sehr gute Betriebsergebnisse erzielte. Nach Modifikation der Anlage war diese im Rahmen des Projektes wieder in Betrieb genommen worden. Um eine flexible Versuchsdurchf\u00fchrung zu gew\u00e4hrleisten und spezielle Fragestellungen n\u00e4her zu untersuchen, wurde eine Technikumsanlage (160 l) weitgehend analog zur Pilotanlage konstruiert und aufgebaut. Es konnte gezeigt werden, dass die Anlagen unterschiedlicher Ma\u00dfst\u00e4be eine vergleichbare Eliminationsleistung hinsichtlich der Kohlenstoffverbindungen aufwiesen. In beiden Anlagen konnte eine stabile Nitrifikation und eine sehr gute Denitrifikation beobachtet werden. Es wurden unterschiedliche Strategien bezogen auf das Abziehen von \u00dcberschussschlamm verfolgt. Ein Betrieb ohne \u00dcberschussschlammanfall war nicht m\u00f6glich, da selbst bei sehr niedrigen Schlammbelastungen und einem hohen rechnerischen Schlammalter \u00dcberschussschlamm produziert wurde. Das Filtermodul lieferte im Anschluss an eine chemische Reinigung nach 1,5 Jahren vergleichbare Permeabilit\u00e4ten wie direkt nach Inbetriebnahme, es konnte in dem Zeitraum keine Alterung des Moduls beobachtet werden. In einem Temperaturbereich von 10 – 30\u00b0C und einem variierenden Trockensubstanzgehalt von 12 bis 35g\/l \u00fcberlagerte der Einfluss des Trockensubstanzgehaltes auf die Permeabilit\u00e4t den Temperatureinfluss deutlich. F\u00fcr die Pilotanlage konnte ein Wert f\u00fcr die Betriebspermeabilit\u00e4t von ca. 56 l\/m\u00b2\/h\/bar angegeben werden, welcher sich nach etwa 3 Monaten einstellte. Innerhalb einer Betriebszeit von 654 Tagen wurde das Filtermodul der Pilotanlage zwei Mal chemisch gereinigt. Die Untersuchung der Potentiale von Verfahrens\u00e4nderungen zeigte an Hand der Laboranlage gute Ergebnisse bei Betrieb der Anlage mit einer zwischengeschalteten Denitrifikationskammer. Auch bei einer solchen Verschaltung konnte eine gute CSB-Elimination, Nitrifikation und Denitrifikation beobachtet werden. Parallele Untersuchungen des Umweltbundesamtes hinsichtlich der Hygienisierung zeigten einen Kl\u00e4ranlagenablauf einer hygienisch sehr guten Qualit\u00e4t.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
K. Kubin, S. Rosenberger, M. Kraume: Substratabbau in Membranbioreaktoren mit mehrstufiger Nitrifikation, in: Membrantechnik in der Wasseraufbereitung und Abwassertechnik, Begleitbuch zur 4. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, 11.\/12. 09.2001
\nK. Kubin, S. Rosenberger, M. Kraume: Bedeutung der Betriebsweise f\u00fcr die Auslegung von Membranbioreaktoren, in: Membrantechnik in der Wasseraufbereitung und Abwassertechnik, Begleitbuch zur 4. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, 11.\/12. 09.2001
\nK. Kubin, M. Kraume, W. Dorau: Investigation of Nitrogen Removal in a Cascaded Membrane Bioreactor, in: Water Science and Technology, issue 4-5 of volume 46 (2002)
\nK. Kubin, M. Kraume: Einfluss der Kaskadierung auf Biomassewachstum und Substratabbau in einem Membranbioreaktor; GVC\/DECHEMA-Fachausschusssitzung Produktionsintegrierte Wasser-\/Abwassertechnik Bremen, 06. – 08.09.2000
\nK. Kubin, M. Kraume: Substratabbau in Membranbioreaktoren mit mehrstufiger Nitrifikation; Poster, 4. Aachener Tagung Siedlungswasserwirtschaft und Verfahrenstechnik, 11.\/12. 09.2001<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Es konnte eine gute Vergleichbarkeit der Anlagen unterschiedlichen Ma\u00dfstabes festgestellt werden. Die Ergebnisse legitimierten die Durchf\u00fchrung von Versuchen an Laboranlagen und die \u00dcbertragbarkeit auf gro\u00dftechnische Anlagen. Es konnte ein leicht ver\u00e4ndertes Abbauverhalten bei Variation der internen Vermischung beobachtet werden. Hier sei bei Versuchen im Laborma\u00dfstab auf die exakte \u00dcbertragbar-keit besonders Wert gelegt.
\nEin Betrieb ohne \u00dcberschussschlamm war nicht m\u00f6glich. Durch die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurde ein Bereich der Trockensubstanzkonzentration von 12 – 16 g\/l als optimal angesehen. Bei h\u00f6heren Konzentrationen konnte ein sicherer Betrieb der Anlagen nicht gew\u00e4hrleistet werden. Die Kaskadierung bot grunds\u00e4tzlich den Vorteil der besseren Anpassung des Sauerstoffbedarfs der einzelnen Reaktoren und damit die M\u00f6glichkeit, mit einer minimalen Bel\u00fcftung eine vollst\u00e4ndige Nitrifikation zu gew\u00e4hrleisten und Energie einzusparen. Die \u00f6rtlich simultan ablaufende Denitrifikation war als positiv zu bewer-ten, da der Sauerstoffr\u00fcckgewinn eine Energieeinsparung lieferte.
\nDie beobachtete hygienisch gute Ablaufqualit\u00e4t erm\u00f6glichte eine Wiederverwertung des Permeates. Es bestand weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich der weitergehenden Aufbereitung des Permeates und der Kreislaufschlie\u00dfung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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