Anoxische Zone in der Abwasserbehandlung

Vorwort:

Eine „anoxische Zone“ bezieht sich auf einen Bereich innerhalb einer Abwasseraufbereitungsanlage/-system, in dem es an gelöstem Sauerstoff (DO) mangelt. Typischerweise gilt Wasser mit weniger als 0,5 ppm DO als „anoxisch“. Anoxische Bedingungen entstehen, wenn Mikroorganismen (Bakterien) organische Stoffe schneller oxidieren als die DO-Zufuhr.

Es ist zu beachten, dass „anaerob“ oft fälschlicherweise anstelle von „anoxisch“ verwendet wird. „Anoxisch“ bedeutet konkret die Abwesenheit von Sauerstoff, während „anaerob“ die Abwesenheit von Elektronenakzeptoren wie Sauerstoff, Nitraten und Sulfaten anzeigt.

Die Abwasserbehandlung ist ein entscheidender Prozess, der die sichere Entsorgung oder Wiederverwendung von Abwasser gewährleistet und so sowohl die menschliche Gesundheit als auch die Umwelt schützt. Ein zentraler Bestandteil der Abwasserbehandlung ist die anoxische Zone, die eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der Stickstoffbelastung und der Verbesserung der Behandlungseffizienz spielt .

Was ist eine anoxische Zone?

Eine anoxische Zone ist ein Abschnitt in einem Abwasseraufbereitungsprozess, in dem der Sauerstoffgehalt absichtlich niedrig gehalten wird, um das Wachstum von Mikroorganismen zu fördern, die für ihren Stoffwechsel keinen Sauerstoff benötigen.

Anoxische Zonen befinden sich typischerweise nach dem Vorklärbecken und vor dem aeroben Behandlungsprozess. Bei der Denitrifikation nutzen Mikroorganismen Nitrat und Nitrit als Elektronenakzeptoren und können so organische Stoffe im Abwasser ohne Sauerstoff abbauen. Dieser Prozess reduziert nicht nur die Stickstoffmenge im Abwasser, sondern erzeugt auch Stickstoffgas, ein harmloses Nebenprodukt, das in die Atmosphäre abgegeben wird.

Warum ist die anoxische Zone wichtig?

Überschüssiger Stickstoff im Abwasser kann Umweltprobleme wie Eutrophierung verursachen, bei der übermäßige Nährstoffkonzentrationen zu übermäßigem Pflanzen- und Algenwachstum führen und den Sauerstoffgehalt in Gewässern verringern, was das Leben im Wasser schädigen kann. Durch die Reduzierung der Stickstoffbelastung vor dem aeroben Behandlungsprozess wird die Gesamteffizienz der Behandlung verbessert und die Umweltbelastung des behandelten Abwassers verringert.

Dies kann besonders wichtig in Gebieten sein, in denen das gereinigte Abwasser in empfindliche aquatische Ökosysteme eingeleitet wird.

Design und Betrieb anoxischer Zonen:

Die Gestaltung und der Betrieb anoxischer Zonen sind entscheidend für ihre Wirksamkeit bei der Reduzierung der Stickstoffbelastung. Die Größe und Form der anoxischen Zone, die Durchflussrate des Abwassers sowie die Art und Menge der Kohlenstoffquelle spielen alle eine Rolle bei der Bestimmung der Denitrifikationsrate. Durch den Einsatz geeigneter Überwachungs- und Kontrollsysteme kann außerdem sichergestellt werden, dass die anoxische Zone effektiv funktioniert.

Eine größere anoxische Zone bietet denitrifizierenden Bakterien mehr Raum zum Wachstum und zum Abbau organischer Stoffe, während eine kleinere anoxische Zone zu einer unvollständigen Denitrifikation führen kann. Auch die Form der anoxischen Zone kann ihre Wirksamkeit beeinflussen, wobei einige Designs eine bessere Durchmischung und Verteilung des Abwassers und der Mikroorganismen begünstigen.

Eine langsamere Flussrate kann mehr Zeit für die Denitrifikation lassen, während eine schnellere Flussrate möglicherweise nicht genügend Zeit für eine vollständige Denitrifikation bietet. Die hydraulische Verweilzeit (HRT) ist ein Schlüsselparameter zur Bestimmung der geeigneten Durchflussrate für anoxische Zonen, wobei längere HRTs im Allgemeinen mit höheren Denitrifikationsraten verbunden sind.

Denitrifizierende Bakterien benötigen für die Denitrifikation eine Quelle organischen Kohlenstoffs, und die Verfügbarkeit und Art der Kohlenstoffquelle kann sich auf die Effizienz der Denitrifikation auswirken. Zu den gängigen Kohlenstoffquellen zählen Methanol, Ethanol und Acetat. Die geeignete Menge und Art der Kohlenstoffquelle hängt von Faktoren wie der Stickstoffbelastung und der Art des zu behandelnden Abwassers ab.

Herausforderungen und Einschränkungen:

Während anoxische Zonen die Stickstoffbelastung wirksam reduzieren können, können sie auch mit einer Reihe von Herausforderungen und Einschränkungen konfrontiert sein. Eine Herausforderung ist die Verfügbarkeit von Kohlenstoffquellen, die für die Förderung der Denitrifikation unerlässlich sind. In manchen Fällen reicht die Menge der Kohlenstoffquelle möglicherweise nicht aus, um die notwendige mikrobielle Aktivität zu unterstützen, was die Wirksamkeit der anoxischen Zone einschränken kann. Zu weiteren Herausforderungen kann das Vorhandensein anderer Verunreinigungen im Abwasser gehören, die die Denitrifizierung hemmen und die Gesamteffizienz des Aufbereitungsprozesses verringern können.

Begrenzte Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff: Eine der Hauptbeschränkungen anoxischer Zonen ist die begrenzte Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff im Abwasser. Für die Denitrifikation ist eine organische Kohlenstoffquelle erforderlich, die denitrifizierende Bakterien als Energiequelle nutzen können. Wenn die Kohlenstoffquelle begrenzt ist, kann die Denitrifikationseffizienz verringert sein.

Konkurrenz zu anderen mikrobiellen Prozessen: Anoxische Zonen können auch im Wettbewerb mit anderen mikrobiellen Prozessen im Abwasseraufbereitungssystem stehen, wie etwa Nitrifikation oder Phosphorentfernung. Diese Prozesse können die verfügbare Kohlenstoffquelle verbrauchen und die Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff für die Denitrifikation einschränken.

Empfindlichkeit gegenüber Umweltfaktoren: Anoxische Zonen können empfindlich auf Veränderungen von Umweltfaktoren wie Temperatur, pH-Wert und Sauerstoffverfügbarkeit reagieren. Veränderungen dieser Faktoren können sich auf die Aktivität denitrifizierender Bakterien auswirken und die Denitrifikationseffizienz verringern.

Hoher Energiebedarf: In einigen Fällen können anoxische Zonen einen erheblichen Energieaufwand erfordern, um die gewünschten Umgebungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Beispielsweise können Umwälzsysteme oder Belüftung erforderlich sein, um eine ausreichende Durchmischung und einen ausreichenden Sauerstoffgehalt im Abwasser aufrechtzuerhalten.

Begrenzte Anwendbarkeit auf bestimmte Abwasserarten: Anoxische Zonen sind möglicherweise für die Behandlung bestimmter Abwasserarten nicht wirksam, beispielsweise solcher mit geringem organischen Gehalt oder solchen mit hohem Stickstoffgehalt in einer Form, die nicht leicht in Nitrat oder Nitrit umgewandelt werden kann.

Wartungsherausforderungen: Anoxische Zonen erfordern eine regelmäßige Wartung und Überwachung, um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen und Probleme wie Verstopfung oder bakterielle Kontamination zu verhindern.