Vergleich der Leistungsfähigkeit von Biofilmverfahren bei Sanierungen bzw. Erweiterungen von kommunalen Kläranlagen

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2000 im Fachbereich Chemie - Biochemie, Note: 1,0, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (Bauingenieur- und Vermessungswesen , Siedlungswasserwirtschaft), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung: Aufgrund des in Deutschland wie auch in anderen europäischen Nachbarstaaten in verstärktem Maße anstehenden Sanierungs- und Erweiterungsbedarfs bei kommunalen Kläranlagen mit größeren Auslegungskapazitäten zeigt sich die Notwendigkeit, die konkreten Einsatzmög-lichkeiten von Biofilmverfahren für diese Zwecke näher zu betrachten und anwendungs-orientierte Hinweise zur Leistungsfähigkeit derartiger Verfahrensvarianten zu erarbeiten. In dieser Arbeit werden deshalb die unterschiedlichen Verfahrensvariationen der Biofilmsysteme - teilweise auch in Kombination mit der konventionellen Belebtschlammbiozönose- detailliert untersucht und die Ergebnisse zu dem bereits existierenden Erfahrungsschatz in Relation gesetzt. Die hauptsächliche Zielsetzung der Untersuchungen liegt darin, ausreichend abgesicherte und wissenschaftlich begründete Ansätze zur Dimensionierung der einzelnen Biofilmstufen für weitgehende Nitrifikation und Denitrifikation zu entwickeln. Zu diesem Zweck werden die mikrobiologischen Kenntnisse, die bisher für das spezielle Einsatzgebiet der Biofilmanwendung in der Abwasserreinigung existieren, zusammengetragen und analysiert. Es zeigt sich bei der Auswertung der bis dato publizierten Erfahrungen, dass oftmals effektive Leistungsvergleiche aufgrund der meist sehr speziellen Aufgabenstellungen und Randbedingungen erschwert werden. Aufbauend auf dem Spektrum der zur Beurteilung der einzelnen Biofilmverfahren relevanten Leistungsparameter und einer einheitlich aufgebauten Systematik der Verfahrensmodifikationen wird versucht, verfahrenstechnische Dimensionierungsansätze zu entwickeln und durch adäquate Versuche in halbtechnischen Pilotanlagen abzusichern. So wird für die Hauptgruppe der mit der Belebtschlammbiozönose kombinierten Biofilm -verfahren als erstes repräsentatives System das Pegasus-Verfahren näher untersucht. Basierend auf der verfahrenstechnischen Konfiguration einer vorgeschalteten Denitrifikation mit einer Trägermaterialfüllung in der Nitrifikationszone kann folgende Leistungsfähigkeit anhand entsprechender Versuchsauswertungen per Regressionsrechnungen testiert werden: - beim Kohlenstoffabbau sehr gute Eliminationsleistungen (bei unterschiedlichen Temperaturverhältnissen) bei CSB-Raumbelastungen zwischen 1,4 und 5,0 kg CSB/m3 d. - bei der Nitrifikation sehr gute NH4-Eliminationsleistungen (bei unterschiedlichen Temperaturverhältnissen) bei TKN-Raumbelastungen zwischen 0,2 und 0,55 kg /m3 d bzw.0,075-0,175 kg NH4/m3 d. - bei der Denitrifikation (Belebtschlamm) gute Eliminationsleistungen bei mittleren NO3-Raumbelastungen von 0,13 kg/m3 d. - Schlammindices ISV 120 ml/g TS sowie spezifische Überschussschlammproduktionsraten 1,0 kg TS/kg BSB5 (mit starkem Schwankungsbereich). Bei einem weiteren kombinierten Verfahren der o.g. Hauptgruppe, dem sog. EvU-Verfahren werden beim Kohlenstoffabbau und bei der Nitrifikation ebenfalls sehr gute Elimina-tionsleistungen festgestellt, auch in der mit Trägermaterial gefüllten Denitrifikationsstufe sind gute Eliminationsraten bei NO3-Raumbelastungen von 0,22-0,29 kg/m3 d zu erreichen. Die Schlammindices ISV liegen bei 100 ml/g TS, die Schlammproduktion bei ca.1,0 kgTS/kg BSB5. Für die Hauptgruppe der sessilen Biologien auf Trägermaterial werden bei dem ersten repräsentativen System, dem Schwebebettverfahren (Kaldnes) in den einzelnen teilprozessorientierten Verfahrensstufen mit jeweils darauf abgestimmten aktiven spezifischen Oberflächen ebenfalls sehr gute Kohlenstoffabbau-, Nitrifikations- und Denitrifikationsraten sowie gute Schlammindices ermittelt. Diese Ergebnisse sind auch bei de...