Aerobe vs. anaerobe Abwasserbehandlung

Aerobe vs. anaerobe Abwasserbehandlung

Aerobe vs. anaerobe Abwasserbehandlung

Die herkömmliche Abwasserbehandlung in den USA besteht aus drei verschiedenen Stufen – der primären, sekundären und tertiären Behandlung. Bei der Erstbehandlung werden die Feststoffe durch Sedimentation oder Flotation entfernt. Bei der Sekundärbehandlung werden organische Stoffe durch mikrobielle Zersetzung entfernt. Die tertiäre Behandlung schließlich ist jede zusätzliche Behandlung, der das Abwasser unter Umständen unterzogen werden muss, wenn es wiederverwendet, recycelt oder in die Umwelt eingeleitet wird. Nach der Erstbehandlung wird das Abwasser in einen speziellen Bioreaktor geleitet, in dem die organischen Stoffe von Mikroorganismen wie Bakterien, Algen oder Pilzen verwertet werden, um das Abwasser entweder aerob oder anaerob zu reinigen.

 

Wastewater Treatment process

Wastewater Treatment

Abbildung 1: Prinzip der aeroben Behandlung

Die Wahl der Zweitbehandlung kann von verschiedenen Faktoren abhängen, wie der Art des Abwassers, dem chemischen und biologischen Sauerstoffbedarf (CSB und BSB), dem Energiebedarf, der Behandlungszeit, den Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten, der Schlammproduktion, dem Platzbedarf, der gewünschten Abwasserqualität und der mikrobiellen Konzentration. Eine optimale Konfiguration würde in den meisten Fällen eine Kombination dieser beiden Technologien verwenden.

Die aerobe Behandlung wird in der Regel zur effizienten Behandlung von Abwässern mit geringem Gehalt an organischen Stoffen (CSB <1000 mg/L) eingesetzt, wenn die Behandlung die Anwesenheit von Sauerstoff erfordert. Die anaerobe Behandlung hingegen wird in der Regel zur Behandlung von Abwässern mit höherer organischer Belastung (CSB >4000 mg/L) eingesetzt.

Wastewater Treatment

Abbildung 2: Prinzip der aeroben Behandlung

Massendurchflussmesser überwachen schnell, genau und stabil den Durchfluss von Methan und Kohlendioxid in einem anaeroben Prozess.

Die aerobe Behandlung nutzt Sauerstoff und bakterielle Biomasse, um organische Stoffe und andere Schadstoffe wie Stickstoff und Phosphor in Kohlendioxid, Wasser und andere Biomasse zu verwandeln. Bei der anaeroben Behandlung hingegen werden, wie der Name schon sagt, organische Verunreinigungen in Abwesenheit von Sauerstoff abgebaut, wobei Methan, Kohlendioxid und andere Biomasse entstehen. Massendurchflussregler und -messer sind entscheidend, um schnelle, genaue und stabile Luft- und Sauerstoffströme in einem aeroben Prozess zu erreichen. Massendurchflussmesser können verwendet werden, um schnelle, genaue und stabile Durchflüsse von Methan und Kohlendioxid in einem anaeroben Prozess zu überwachen.

In Tabelle 1 sind die wichtigsten Unterschiede zwischen aeroben und anaeroben Verfahren zusammengefasst:
Parameter Aerobe Behandlung Anaerobe Behandlung
Anmeldung Niedrig- bis mittelstarke Abwässer (<1000 ppm), z. B. kommunale Abwässer, Raffinerieabwässer usw. Mittel- bis hochgradiges Abwasser (>4000 ppm), z. B. Abwasser aus der Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Kapitalanlage Relativ hoch Relativ niedrig mit Rückzahlung*
Energieverbrauch Relativ hoch Relativ niedrig
Fußabdruck Relativ groß Relativ klein und kompakt
Netto-Schlammausbeute Relativ hoch Relativ niedrig
Nach der Behandlung Typische Direktentladung Erforderlich zur Erfüllung der Abwassereinleitungspflicht
Beispiel-Technologien Belebtschlammverfahren (ASP), Tropfkörper und Rotierender Biologischer Kontaktor (RBC) Anaerobe Fermenter (AD), kontinuierliche Rührkesselreaktoren (CSTR), Sequencing Batch Reactors (SBR), Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reaktoren
* Das erzeugte CH4 kann zur Energieerzeugung genutzt werden

 

Die aerobe Behandlung hat gegenüber dem anaeroben Behandlungsverfahren einige deutliche Vorteile. Dazu gehören eine geringere Geruchsentwicklung (da kein Schwefelwasserstoff oder Methan entsteht) und eine bessere Nährstoffentfernung (was die direkte Einleitung in Oberflächengewässer oder die Desinfektion erleichtert). Die aerobe Behandlung hat jedoch auch einige Nachteile. Die Sauerstoffanreicherung ist ein energieintensiver Prozess, der den Gesamtenergieverbrauch sowie die Betriebs- und Wartungskosten des Verfahrens stark erhöht. Feste Abfälle, die von den Mikroben nicht verdaut werden können, setzen sich oft als Biofeststoffe ab. Diese Biofeststoffe müssen entsprechend entsorgt werden, was die Betriebs- und Wartungskosten weiter in die Höhe treibt. Anaerobe Abwasserbehandlungsverfahren haben dagegen eine Reihe von Vorteilen gegenüber aeroben Behandlungsverfahren. Das bei der anaeroben Behandlung entstehende Biogas kann als Quelle für erneuerbare Energie (Erdgas/Methan) genutzt werden.  Außerdem fällt sehr wenig Schlamm an, der entwässert und für die Entsorgung vollständig stabilisiert werden kann. Dadurch ist es im Vergleich zu den meisten aeroben Behandlungsverfahren weniger kostspielig, einfach und flexibel. Da beide Methoden ihre eigenen Vor- und Nachteile haben, wird häufig eine Kombination aus anaeroben und aeroben Behandlungsverfahren eingesetzt, um eine effiziente Abwasserbehandlung zu erreichen. Das Abwasser, das in den aeroben Reaktor gelangt, wird häufig in einem anaeroben Reaktor vorbehandelt, um die Anforderungen an die Abwassereinleitung auf energie- und kosteneffiziente Weise zu erfüllen.

In den letzten Jahrzehnten hat sich der Einsatz von Bioreaktoren im Rahmen der Abwasserreinigung von einer exotischen, neuen Technologie zu einem Standardverfahren entwickelt. Eine wichtige Strategie zur Optimierung dieser Systeme besteht darin, die Eingangs- und/oder Ausgangsgase zu messen, um den Prozess zu verstehen und effizient zu steuern. Der genaue Einsatz von aeroben bzw. anaeroben Abwasserbehandlungsverfahren hängt von den Faktoren ab, die für jede Anlage spezifisch sind, und die Messung des Massenstroms ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie die verfügbaren Instrumente am besten eingesetzt werden können, um ein optimales Behandlungsregime zu gewährleisten.