Dipl.-Ing. Marion Scharfscheer
Diplomprüfung: 3/2007
Das Sequencing Batch Reactor-Verfahren ist ein Belebtschlammverfahren, das bereits seit Jahren in der kommunalen und industriellen Abwasserreinigung eingesetzt wird. Zur Optimierung der Reinigungsleistung und des Preis/Leistungs-Verhältnisses werden verschiedene Simulationsmodelle der heutigen International Water Association (IWA) verwendet. Diese Simulationsprogramme berücksichtigen weder die Dynamik des Alpha-Wertes noch das mögliche Auftreten einer Lag-Phase zu Beginn der Belüftung. Aber sowohl die Alpha-Wert-Dynamik als auch die Lag-Phase und ihre Länge sind für die Optimierung der Belüftungsdauer und Belüftungsintensität und damit für eine optimale Reinigungsleistung bei kostengünstigster Betriebsweise unerlässlich.
Daher war das Ziel dieser Diplomarbeit, festzustellen, von welchen Variablen die Länge der Lag-Phase und die Dynamik des Alpha-Wertes abhängen bzw. beeinflusst werden.
Zu diesem Zweck wurden diverse Versuche im Labormaßstab durchgeführt und ausgewertet. Des Weiteren wurden die Daten der Kläranlagen Bad Zwischenahn, Deuz, Hettstedt, Spenge und Weißtal, die mit Hilfe von Simulationen und Messkampagnen gewonnen wurden, in Bezug auf Lag-Phase und Alpha-Wert-Dynamik untersucht.
Wie sich herausstellte, ist die Lag-Phase von verschiedenen ineinander greifenden Parametern abhängig, die wesentlich komplexer zu sein scheinen, als sie im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden konnten. Bei den Versuchen zeigte sich, dass das Lag-artige Verhalten der autotrophen Mikroorganismen stärker ausgeprägt ist als das der heterotrophen Mikroorganismen. Aus diesem Grund war die Lag-Phase bei den Versuchen ohne Allylthioharnstoff (ATH) ausgeprägter. Der Zusammenhang zwischen der Länge der anaeroben Phase und der darauffolgenden Lag-Phase war bei den Laborversuchen deutlicher zu erkennen (Abb.1).
Ein wichtiger Faktor bei der Lag-Phase scheint die Sauerstoffkonzentration und die Induktion von Sauerstoff in den Belebtschlamm zu sein. Hierbei zeigte sich, dass je länger die Lag-Phase andauert, desto größer ist auch die Sauerstoffkonzentration zum Ende der Lag-Phase. Außerdem zeigte sich, dass je länger es dauert, Sauerstoff in den Belebtschlamm zu induzieren, desto länger ist auch die Lag-Phase. Des Weiteren zeigte sich, dass die Stickstoffkonzentration einen Einfluss auf die Lag-Phase hat. Wenn über einen längeren Zeitraum nicht genügend Stickstoff, wie beispielsweise Ammonium, vorhanden ist, dann werden die Reduktionsäquivalente über die Zeit abgebaut. Wenn dies geschieht, müssen bei erneuter Zufuhr diese Reduktionsäquivalente erst wieder neu aufgebaut werden, was dann zu einer Lag-Phase führt.
Daher war das Ziel dieser Diplomarbeit, festzustellen, von welchen Variablen die Länge der Lag-Phase und die Dynamik des Alpha-Wertes abhängen bzw. beeinflusst werden.
Zu diesem Zweck wurden diverse Versuche im Labormaßstab durchgeführt und ausgewertet. Des Weiteren wurden die Daten der Kläranlagen Bad Zwischenahn, Deuz, Hettstedt, Spenge und Weißtal, die mit Hilfe von Simulationen und Messkampagnen gewonnen wurden, in Bezug auf Lag-Phase und Alpha-Wert-Dynamik untersucht.
Wie sich herausstellte, ist die Lag-Phase von verschiedenen ineinander greifenden Parametern abhängig, die wesentlich komplexer zu sein scheinen, als sie im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden konnten. Bei den Versuchen zeigte sich, dass das Lag-artige Verhalten der autotrophen Mikroorganismen stärker ausgeprägt ist als das der heterotrophen Mikroorganismen. Aus diesem Grund war die Lag-Phase bei den Versuchen ohne Allylthioharnstoff (ATH) ausgeprägter. Der Zusammenhang zwischen der Länge der anaeroben Phase und der darauffolgenden Lag-Phase war bei den Laborversuchen deutlicher zu erkennen (Abb.1).
Ein wichtiger Faktor bei der Lag-Phase scheint die Sauerstoffkonzentration und die Induktion von Sauerstoff in den Belebtschlamm zu sein. Hierbei zeigte sich, dass je länger die Lag-Phase andauert, desto größer ist auch die Sauerstoffkonzentration zum Ende der Lag-Phase. Außerdem zeigte sich, dass je länger es dauert, Sauerstoff in den Belebtschlamm zu induzieren, desto länger ist auch die Lag-Phase. Des Weiteren zeigte sich, dass die Stickstoffkonzentration einen Einfluss auf die Lag-Phase hat. Wenn über einen längeren Zeitraum nicht genügend Stickstoff, wie beispielsweise Ammonium, vorhanden ist, dann werden die Reduktionsäquivalente über die Zeit abgebaut. Wenn dies geschieht, müssen bei erneuter Zufuhr diese Reduktionsäquivalente erst wieder neu aufgebaut werden, was dann zu einer Lag-Phase führt.
Abb. 1: Dauer der Lag-Phase in Relation zur Länge der anaeroben Phase bei Laborversuche ohne ATH
Bei der Untersuchung der Alpha-Wert-Dynamik stellte sich heraus, dass der Alpha-Wert sowohl von der Fracht nicht inerter Stoffe (SS und XS) abhängig ist, als auch von der gesamten Stickstofffracht (TKN) und der NH4+-N-Konzentration im Reaktor. Dies ist ein Hinweis darauf, dass sowohl die heterotrophen als auch die autotrophen Mikroorganismen für die Dynamik des Alpha-Wertes verantwortlich sind.