1. Einführung in Die biologische AbwasserbehUnDlung

1.1 Was ist eine biologische AbwasserbehUndlung?

Biologische AbwasserbehUndlung ist eine TechnologieAnwesend die die Kraft von nutzt Mikrooderganismen - Primär Bakterien - um oderganische SchadsZuffeAnwesend Nährstoffe (wie Stickstoff und Phosphoder) und Undere im Abwasser gefundene Verunreinigungen zu konsumieren und abzubauen. Im Wesentlichen hUndelt es sich um eine kontrollierte, beschleunigte Version des eigenen Selbstbefragungsprozesses von Nature.

Das grundlegende Ziel ist es, schädliche, gelöste und kolloidale Substanzen (die zu BSB und CSB in Harmless Nebenprodukte wie Kohlendioxid, Wasser und neuer mikrobieller Biomasse (Schlamm) umgewUndelt werden. Diese Methode ist von entscheidender Bedeutung, da sie die effektivste und häufigsten Möglichkeit ist, den Großteil der oderganischen Belastung zu entfernen, bevoder Wasser in die Umwelt zurückgeführt wird.

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1.2 Bedeutung der biologischen BehUndlung im Abwassermanagement

Die unkontrollierte Entladung von Abwasser birgt schwerwiegende Risiken für die öffentliche Gesundheit und aquatische Ökosysteme. Die hohe Konzentration der oderganischen Substanz erschöpfen gelöster Sauerstoff im Empfang von Gewässern, was zum Tod von Fischen und Underen Wasserleben führt. Zusätzlich können überschüssige Nährstoffe massiv verursachen Algenblüten (Eutrophierung) und Krankheitserreger können Krankheiten verbreiten.

Die biologische BehUndlung ist aus mehreren Gründen das Eindringling des modernen Abwassermanagements:

• Effektive Schadstoffentfernung: Es entfernt effizient Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) , was das Maß für biologisch abbaubare oderganische Substanz ist.

• Nährstoffkontrolle: Es kann speziell zum Entfernen ausgelegt werden Stickstoff (um eine Sauerstoffverarmung und Toxizität zu verhindern) und Phosphoder (Um die Eutrophierung zu kontrollieren).

• Kosteneffizienz: Es ist im Allgemeinen weniger energieintensiv und günstiger als rein chemische oder physikalische Behandlungsmöglichkeiten für groß angelegte Anwendungen.

1.2.1 Biologische Behandlung als Sekundärstadium

Die Abwasserbehandlung wird typischerweise in einer Abfolge von Stadien erreicht:

1. Primärbehandlung: Ein physikalischer Prozess, bei dem die Schwerkraft in großen Tanks eingesetzt wird, um die schwersten Feststoffe (TSS) abzulegen und Fett und schwimmendes Material abzuziehen.

2. Sekundärbehandlung: Dies ist das Biologische Behandlungsstadium . Das aus primäre Klärung fließende Wasser enthält immer noch ein hohes Maß an gelösten und feinen kolloidalen organischen Substanz; Mikroorganismen werden eingeführt, um diese Last zu konsumieren.

3. Tertiär-/Fortgeschrittene -Behandlung: Eine endgültige Polierstufe, die Filtration, Desinfektion und fortgeschrittene Entfernung spezifischer Verunreinigungen oder Nährstoffe umfasst, bevor das Wasser sicher entlassen oder wiederverwendet wird.

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1.3 Überblick über biologische Prozesse

Biologische Abwasserbehandlungsprozesse werden basierend auf den Sauerstoffanforderungen der beteiligten Mikroorganismen eingeteilt:

• Aerobische Prozesse: Diese Systeme erfordern gelöster Sauerstoff (DO) zu funktionieren. Mikroorganismen verwenden den Sauerstoff, um organische Schadstoffe in Kohlendioxid, Wasser und neue Zellen zu metabolisieren. Dies ist die häufigste Methode zur Entfernung von BSB. Beispiele sind Aktivierter Schlamm and Tricklingfilter .

• Anaerobe Prozesse: Diese Systeme arbeiten in der Fehlen von Sauerstoff . Mikroorganismen brechen organische Materie in die Biogas (in erster Linie Methan und ${\text{CO}}_2$ ) und ein niedrigeres Schlammvolumen. Diese werden häufig für hochfestes industrielles Abwasser oder für die Behandlung des resultierenden Schlamms von aeroben Prozessen verwendet. Ein Beispiel ist das Auffluss anaerobe Schlammdecke ( $\text{Uasb}$ ) .

• Anoxische Prozesse: Diese Prozesse sind Sauerstofffrei aber die Mikroorganismen verwenden chemisch gebundenen Sauerstoff (speziell von Nitrat or Nitrit Ionen anstelle von Molekular ${\text{O}}_2$ . Dies ist der entscheidende Schritt für Denitrifikation (Stickstoff entfernen) in vielen fortgeschrittenen Behandlungsanlagen.

2. Prinzipien der biologischen Abwasserbehandlung

Die Wirksamkeit der biologischen Abwasserbehandlung hängt ausschließlich darin ab, die mikroskopische Welt innerhalb des Reaktors zu verstehen und zu kontrollieren. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten biologischen Akteure und die grundlegenden biochemischen Prozesse festgelegt, die sie vorantreiben.

2.1 Rolle von Mikroorganismen

Ein gesundes biologisches Behandlungssystem, oft als als bezeichnet als als gemischter Alkohol or Biomasse ist ein vielfältiges Ökosystem. Das kollektive Ziel dieser mikrobiellen Gemeinschaft ist es, die organischen Schadstoffe (die "Lebensmittel") zu konsumieren, um Energie zu wachsen, zu reproduzieren und Energie zu erzeugen.

2.1.1 Bakterien

Bakterien sind die Arbeitspferde des Behandlungsprozesses. Sie sind für die überwiegende Mehrheit von verantwortlich $\text{Bod}$ Entfernung and Nährstoffentfernung . Sie bilden Flocken (kleine Cluster), die für die Einigung in Klärer entscheidend sind. Schlüsselgruppen umfassen heterotrophe Bakterien (konsumieren Kohlenstoffverbindungen) und autotrophe Bakterien (Nitrifikation durchführen).

2.1.2 Pilze

Pilze sind im Allgemeinen weniger dominant, werden aber unter bestimmten Bedingungen wichtig, insbesondere bei der Behandlung von Systemen niedrig $\text{pH}$ oder hochfeste industrielle Abfälle. Während sie zur organischen Verschlechterung beitragen, kann ein übermäßiges Pilzwachstum verursachen Bullen (schlechte Schlammabschlüsselung) aufgrund ihrer filamentösen Struktur.

2.1.3 Protozoen

Protozoen und andere höhere Organismen (wie Rotiferen) sind keine primären Degwerker, sondern spielen eine entscheidende Rolle in Polieren das Abwasser. Sie konsumieren dispergierte Bakterien und feine Partikel und wirken als "Reiniger", die zu einem klareren endgültigen Abwasser beitragen. Ihre Präsenz und Vielfalt sind auch Schlüsselindikatoren der Gesundheit und Stabilität des biologischen Systems.

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2.2 Biochemische Reaktionen

Die Entfernung von Schadstoffen erfolgt durch eine Sequenz komplexer biochemischer Reaktionen, die durch den von den Mikroorganismen verwendeten Elektronenakzeptor kategorisiert sind.

2.2.1 Aerobische Prozesse

Diese Reaktionen treten in Gegenwart auf Gelöster Sauerstoff ( $\text{TUN}$ ) . Die Bakterien verwenden $\text{TUN}$ als endgültiger Elektronenakzeptor, um organische Substanzen in stabile, harmlose Produkte umzuwandeln.

Organische Substanz O2 → Bakterien CO2 H2 O Neue Zellen

Nitrifikation Ein zweistufiger aerobe Prozess ist der Schlüssel zur Entfernung von Stickstoff:

1. Nitritation: Ammoniak ( ${\text{NH}}_4^{}$ ) wird in Nitrit konvertiert ( ${\text{NEIN}}_2^{-}$ ).

2. Nitratation: Nitrit ( ${\text{NEIN}}_2^{-}$ ) wird in Nitrat umgewandelt ( ${\text{NEIN}}_3^{-}$ ).

2.2.2 Anaerobe Prozesse

Diese Reaktionen treten in vollständiger Abwesenheit von vor ${\text{O}}_2$ . Der Prozess beinhaltet mehrere Schritte, um komplexe organische Substanzen in die Umwandlung in die Umwandlung Biogas (in erster Linie Methan ( ${\text{Ch}}_4$ ) and ${\text{CO}}_2$ ), die als Energiequelle verwendet werden kann. Die Hauptphasen sind Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und schließlich, Methanogenese .

Organische Substanz → Bakterien Ch4 CO2 Neue Zellen Wärme

2.2.3 Anoxische Prozesse

Diese Reaktionen treten auf, wenn $\text{TUN}$ ist abwesend, aber Nitrat ( ${\text{NEIN}}_3^{-}$ ) ist vorhanden. Bestimmte Bakterien verwenden das im Nitratmolekül chemisch gebundene Sauerstoff, wodurch das Nitrat auf harmlos Stickstoffgas ( ${\text{N}}_2$ ) die in die Atmosphäre freigesetzt wird. Dieser Prozess wird genannt Denitrifikation und ist wichtig, um die Verschmutzung der Stickstoff zu verhindern.

Organische Nitrat -Stickstoffgas (N2) CO2 H2 O. Bakterien Stickstoffgas (N2)

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2.3 Faktoren, die die biologische Behandlung beeinflussen

Die Effizienz der mikrobiellen Gemeinschaft ist sehr empfindlich gegenüber den Bedingungen innerhalb des Reaktors. Die operative Kontrolle konzentriert sich auf die Aufrechterhaltung dieser Faktoren innerhalb optimaler Bereiche.

2.3.1 Temperatur

Die mikrobielle Aktivität nimmt mit der Temperatur bis zu einem optimalen Punkt zu (typischerweise $20-35^{\circ }\text{C}$ für Gemeindepflanzen). Niedrigere Temperaturen verlangsamen die Reaktionsraten, während übermäßig hohe Temperaturen die Enzyme dadieren und die Mikroben abtöten können.

2.3.2 $\text{pH}$

Die meisten Mikroorganismen gedeihen in einem nahezu neutralen $\text{pH}$ Bereich (normalerweise $6.5-7.5$ ). Extrem $\text{pH}$ (Saures oder Basic) kann das Bakterienwachstum hemmen und kritische Prozesse wie die Nitrifikation stoppen.

2.3.3 Nährstoffverfügbarkeit

Mikroorganismen brauchen eine ausgewogene Ernährung, um zu wachsen. Schlüssel Makronährstoffe - Stickstoff (n) and Phosphor (p) -must be available, often in the ratio of $\text{Bod}:\text{N}:\text{P}$ von ungefähr $100:5:1$ . Der Mangel kann das Wachstum der Biomasse, die zur Behandlung des Abfalles erforderlich sind, stark einschränken.

2.3.4 gelöstes Sauerstoff ( $\text{TUN}$ )

$\text{TUN}$ Die Ebenen sind entscheidend für Aerobische Prozesse (In der Regel beibehalten $1-3\text{mg/l}$ ) als unzureichender Sauerstoff verlangsamt den Abbauprozess. Umgekehrt, $\text{TUN}$ muss streng kontrolliert oder abwesend sein in anaerob and anoxisch Zonen für diese jeweiligen Prozesse.

Hier ist der Entwurf des Inhalts für die Dritter Teil Ihr Artikel, der sich auf die konzentriert Arten biologischer Abwasserbehandlungsprozesse .

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3. Arten biologischer Abwasserbehandlungsprozesse

Biologische Behandlungssysteme werden grundlegend dadurch klassifiziert, wie die mikrobielle Gemeinschaft aufrechterhalten wird und ob Sauerstoff geliefert wird. Diese Prozesse können in aerob (Sauerstoff), anaerobe (ohne Sauerstoff) und Hybridsysteme unterteilt werden.

3.1 Aerobische Behandlungsprozesse

Aerobische Prozesse sind die häufigste Art der Sekundärbehandlung, die sich auf die kontinuierliche Versorgung mit Sauerstoff stützt, um den mikrobiellen Stoffwechsel aufrechtzuerhalten. Sie sind sehr effektiv bei der Entfernung von Bio -Substanzen (BSB).

3.1.1 aktiviertes Schlammprozess

Dies ist weltweit das am weitesten verbreitete aerobe System. Es umfasst die Einführung von Abwasser in einen belüfteten Tank, der eine Suspendierung von Mikroorganismen enthält (die aktivierter Schlamm ). Die Mikroben konsumieren die Schadstoffe, bilden dichte, abschließbare mikrobielle Klumpen (Flocken) und werden dann in einem sekundären Klärer vom behandelten Wasser getrennt. Ein Teil dieses Schlamms wird in den Belüftetank zurückgeführt, um eine hohe Konzentration an aktiver Biomasse aufrechtzuerhalten.

3.1.2 Tricklingfilter

Tricklingfilter (oder biologische Filter) sind feste Systeme, bei denen Abwasser über ein Medienbett (z. B. Steine, Kunststoff) verteilt wird. A Biofilm (Eine Schicht von Mikroorganismen) wächst auf der Medienoberfläche. Wenn das Abwasser nach unten "ausgleitet", absorbieren die Mikroben im Biofilm die organische Substanz und beeinträchtigen sie. Die natürliche Luftzirkulation liefert den notwendigen Sauerstoff.

3.1.3 rotierende biologische Schütze (RBCS)

RBCs sind ein weiteres festes Filmsystem, das aus großen, eng verteilten, rotierenden Scheiben besteht, die auf einer horizontalen Welle montiert sind. Die Discs sind teilweise in das Abwasser eingetaucht. Während sich die Scheiben drehen, nehmen sie abwechselnd einen Abwasserfilm auf und setzen dann den Biofilm der Atmosphäre für den Sauerstofftransfer aus.

3.1.4 belüftete Lagunen

Dies sind große, flache Becken, die Oberflächenbelüfter oder diffuse Luftsysteme verwenden, um der mikrobiellen Population innerhalb des Abwassers Sauerstoff zu liefern. Sie benötigen eine große Landfläche, sind jedoch einfacher zu operieren und ideal für Gebiete mit geringerer Bevölkerungsdichte.

3.1.5 Membranbioreaktoren (Mbrs)

MBRs kombinieren einen herkömmlichen aktivierten Schlammprozess mit a Membranfiltration Einheit (Mikrofiltration oder Ultrafiltration). Die Membranen trennen die Feststoffe und beseitigen die Notwendigkeit eines sekundären Klärters. Dies ermöglicht eine viel höhere Konzentration an Biomasse (hoch $\text{Srt}$ ) und produziert außergewöhnlich hochwertiges Abwasser, bereit für die Wiederverwendung.

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3.2 Anaerobe Behandlungsprozesse

Anaerobe Prozesse arbeiten ohne Sauerstoff und eignen sich besonders für die Behandlung von hochfestem Abwasser oder zur Stabilisierung von Schlamm, da sie eine wertvolle Energiequelle erzeugen-Biogas.

3.2.1 Anaerobe Verdauung

Dies wird in erster Linie zur Stabilisierung der Schlamm (Biosolide) erzeugt durch aerobe Behandlung. Schlamm wird in versiegelten, beheizten Tanks gegeben, in denen anaeroben Bakterien einen signifikanten Teil der organischen Feststoffe in Biogas umwandeln (in Biogas ( ${\text{Ch}}_4$ ). Dies reduziert Schlammvolumen und Geruch.

3.2.2 Auffluss anaerobe Schlammdecke ( $\text{Uasb}$ ) Reaktoren

Der $\text{Uasb}$ ist ein hochwertiges anaeroben System, bei dem Abwasser durch eine dichte "Decke" von mikrobiellen Granulaten (Schlamm) nach oben fließt. Wenn die organische Substanz abgebaut wird, veranlasst die produzierten Biogas das Granulat, wodurch ein hervorragender Kontakt zwischen Biomasse und Abwasser erzeugt wird.

3.2.3 Anaerobe Filter

Derse fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

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3.3 Hybridbehandlungsprozesse

Hybridsysteme kombinieren Merkmale herkömmlicher oder verschiedener Reaktortypen, um die Effizienz zu verbessern, insbesondere für die Nährstoffentfernung und die Raumbeschränkungen.

3.3.1 Sequenzierungs -Batch -Reaktoren ( $\text{SBRs}$ )

$\text{SBRs}$ sind insofern einzigartig, als alle Behandlungsstadien (füllen, reagieren, abzahlen, zeichnen) nacheinander in a auftreten Einzelpanzer . Sie sind sehr flexibel und leicht anpassen, um eine präzise Nährstoffentfernung durch Kontrolle der Dauer der aeroben, anoxischen und anaeroben Phasen innerhalb des Zyklus zu kontrollieren.

3.3.2 Integrierter fester Abschlussschlamm (aktiviertem Abschluss () $\text{Ifas}$ ) Systeme

$\text{Ifas}$ Die Systeme sind ein Mischung aus aktiviertem Schlamm (suspendiertes Wachstum) und fester Filme-Technologie. Biofilmträger (Plastikmedien) werden direkt in das Aktivierungsbecken der Schlammschlamm hinzugefügt. Dies ermöglicht eine hohe Biomassekonzentration, die eine stabile Umgebung für langsam wachsende Bakterien (wie Nitrifizier) bietet und gleichzeitig die Flexibilität des suspendierten Schlammsystems aufrechterhält.

4. Konstruktionsüberlegungen für biologische Behandlungssysteme

Das Entwerfen einer wirksamen und stabilen biologischen Behandlungsanlage erfordert ein tiefes Verständnis der Abwassereigenschaften und eine sorgfältige Kalibrierung der Reaktorparameter. Ziel ist es, die optimale Umgebung für die Mikroorganismen zu schaffen, um Schadstoffe zu gedeihen und effizient zu entfernen.

4.1 Abwassereigenschaften

Der success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{Bod}$ (Biochemischer Sauerstoffbedarf)

$\text{Bod}$ ist die Menge an Sauerstoff, die von Mikroorganismen erforderlich ist, um die organische Substanz im Wasser über einen bestimmten Zeitpunkt zu zerlegen (normalerweise fünf Tage, ${\text{Bod}}_5$ ). Es ist das Primärdesignparameter Wird zur Größe des biologischen Reaktors verwendet, da er die Menge der organischen Belastung diktiert, die die mikrobielle Population verbrauchen muss.

4.1.2 $\text{KABELJAU}$ (Chemischer Sauerstoffbedarf)

$\text{KABELJAU}$ ist die Sauerstoffmenge, die zum chemischen Oxidieren erforderlich ist all organische und anorganische Materie. Es misst sowohl biologisch abbaubare als auch nicht biologisch abbaubare Komponenten. Der $\text{Bod}/\text{KABELJAU}$ Das Verhältnis ist wichtig: Ein hohes Verhältnis (z. B.> 0,5) zeigt an, dass der Abfall stark ist biologisch abbaubar und für biologische Behandlung gut geeignet.

4.1.3 $\text{TSS}$ (Gesamte suspendierte Feststoffe)

$\text{TSS}$ repräsentiert die Feststoffe, die in Suspension gehalten werden. Hoch $\text{TSS}$ kann eine umfassendere Primärbehandlung erfordern und die Behandlung des biologischen Schlamms (Biosolide) beeinflussen. Gute Absetzung von $\text{TSS}$ ist entscheidend für die Herstellung eines sauberen Abwassers.

4.1.4 Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor)

Der concentration of Stickstoff ( $\text{N}$ ) and Phosphor ( $\text{P}$ ) ist aus zwei Gründen kritisch:

1. Mikrobielle Gesundheit: Angemessen $\text{N}$ and $\text{P}$ sind für das Wachstum von Biomasse (die $100:\text{Bod}:5:\text{N}:1:\text{P}$ Verhältnis).

2. Abwasserqualität: Wenn diese Nährstoffe in hohen Mengen vorhanden sind, muss das System speziell für die Auseinandersetzung sein Nährstoffentfernung (Nitrifikation/Denitrifikation und verstärkte biologische Phosphorentfernung, $\text{Ebpr}$ ), um die Eutrophierung in den Empfangsgewässern zu verhindern.

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4.2 Prozessauswahlkriterien

Die Auswahl des richtigen biologischen Prozesses hängt von mehreren Faktoren ab:

• Abwasserfestigkeit: Hochfest (hoch $\text{KABELJAU}/\text{Bod}$ ) Industrieabfälle bevorzugt oft anaerob processes Für die Biogasproduktion, gefolgt von Polieren. Niedrig bis mittelschwere, städtische Abfälle verwendet normalerweise Aerobic aktiviertes Schlamm .

• Abwasseranforderungen: Strenge Entladungsgrenzen (insbesondere für Nährstoffe) fordern komplexe Systeme wie $\text{MBRs}$ oder mehrstufige Prozesse ( $\text{SBRs}$ , mehrstufiger aktivierter Schlamm).

• Landverfügbarkeit: Raumbeschränkte Orte erfordern häufig hochrate, kompakte Technologien wie $\text{MBRs}$ or $\text{Ifas}$ , während Lagunen geeignet sind, wo Land billig und reichlich vorhanden ist.

• Betriebskosten: Aerobische Prozesse erfordern einen hohen Energieeinsatz für die Belüftung, während anaerobe Prozesse Energie (Biogas) erzeugen und langfristige Kosten beeinflussen.

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4.3 Reaktorkonstruktionsparameter

Derse parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 Hydraulische Retentionszeit ( $\text{HRT}$ )

$\text{HRT}$ ist die durchschnittliche Zeit, die eine Wassereinheit im Reaktor bleibt.

Länger $\text{HRT}$ Bietet mehr Kontaktzeit zwischen den Mikroorganismen und den Schadstoffen, erfordert jedoch eine größere Tankgröße.

4.3.2 solide Retentionszeit ( $\text{Srt}$ )

$\text{Srt}$ (auch genannt $\text{Mcrt}$ oder Schlammaufbewahrungszeit) ist die durchschnittliche Zeit die Mikrooderganismen (solids) Bleiben Sie im System aktiv.

$\text{Srt}$ ist das Wichtigster Steuerungsparameter für biologische Aktivität. Entlang $\text{Srt}$ (z.B., $10-30$ Tage) ist notwendig, um langsam wachsende Organismen wie zu kultivieren Nitrifizier zur Entfernung von Stickstoff.

4.3.3 Lebensmittel-zu-Mikroorganismus ( $\text{F}/\text{M}$ ) Verhältnis

Der $\text{F}/\text{M}$ Verhältnis ist die tägliche Bio -Belastung (Lebensmittel, gemessen als $\text{Bod}$ or $\text{KABELJAU}$ ) Lieferung pro Masse von Mikroorganismen der Einheit ( $\text{M}$ , gemessen als gemischte flüchtige flüchtige suspendierte Feststoffe oder $\text{MLVSS}$ ) im Reaktor.

• A hoch $\text{F}/\text{M}$ (z.B., > 0.5 $\text{kg}\text{Bod}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) bedeutet, dass Mikroben "hungrig" sind und das Wasser schnell behandeln, aber der Schlamm setzt sich schlecht ab.

• A niedrig $\text{F}/\text{M}$ (z.B., < 0.1 $\text{kg}\text{Bod}/\text{kg}\text{MLVSS}\cdot \text{d}$ ) führt zu einem älteren, gut gerichteten Schlamm, erfordert jedoch einen größeren Panzer und ist langsamer.

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4.4 Schlammmanagement

Alle biologischen Prozesse produzieren überschüssige Biomasse (Schlamm) Das muss aus dem System entfernt werden. Dieser Schlamm ist oft $95-99\%$ Wasser enthält aber die konzentrierten Schadstoffe, was es zu einer Entsorgungherausforderung darstellt. Schlammbehandlung (Verdickung, Entwässerung und oft anaerob digestion ) ist eine entscheidende, kostengünstige Komponente des gesamten Abwassermanagements, das das Material stabilisiert und sein Volumen vor der endgültigen Entsorgung (z. B. Landanwendung oder Deponierung) reduziert.

5. Anwendungen der biologischen Abwasserbehandlung

Die biologische Behandlung ist eine sehr anpassbare Technologie, die für die Verarbeitung von Abwasser aus verschiedenen Quellen von großer Bedeutung ist und von großen Metropolen bis zu spezialisierten Industrieanlagen reichen.

5.1 Stadtabwasserbehandlung

Gemeindes Abwasser, hauptsächlich aus Wohnheimen, gewerblichen Unternehmen und Institutionen, ist die klassische Anwendung für die biologische Behandlung.

• Eigenschaften: Es enthält typischerweise eine organische Last mittelfest ( $\text{Bod}$ and $\text{KABELJAU}$ ) hohe Spiegel an suspendierten Feststoffen ( $\text{TSS}$ ) und signifikante Mengen an Nährstoffen (Stickstoff und Phosphor).

• Verwendete Prozesse: Der standard treatment train relies heavily on Aktivierter Schlamm Processes (oft modifiziert für Biologische Nährstoffentfernung or $\text{Bnr}$ ) und manchmal feste Filmsysteme wie Tricklingfilter or $\text{RBCs}$ . Das Hauptziel ist es, strenge Entladungsstandards zu erfüllen, um öffentliche Wasserstraßen zu schützen.

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5.2 Industrieabwasserbehandlung

Industrielles Abwasser ist in Zusammensetzung und Konzentration weitaus variabler als das kommunale Abwasser, was häufig einzigartige Herausforderungen darstellt, die maßgeschneiderte biologische Lösungen erfordern.

5.2.1 Lebensmittel- und Getränkeindustrie

• Eigenschaften: Hohe organische Belastungen (Zucker, Fette, Stärken) und oft hohe Temperaturen.

• Verwendete Prozesse: Anaerobe Systeme wie $\text{Uasb}$ Reaktoren werden häufig zuerst eingesetzt, um das Hoch zu bewältigen $\text{KABELJAU}$ und wertvoll erzeugen Biogas ( ${\text{Ch}}_4$ ) . Dies folgt normalerweise ein kompaktes aerobe System ( $\text{MBR}$ or $\text{Aktivierter Schlamm}$ ) für das endgültige Polieren.

5.2.2 Zellstoff und Papierindustrie

• Eigenschaften: Hochvolumina, Farbe und langsam biologisch abbaubare Ligninverbindungen.

• Verwendete Prozesse: Groß angelegte Systeme wie z. Belüftete Lagunen oder hochwertiger aktivierter Schlamm sind aufgrund der massiven Durchflussraten häufig. Für die Farbe und die anhaltende Entfernung von Verbindungen können spezielle Pilz- oder Bakterienstämme benötigt werden.

5.2.3 Chemische Industrie

• Eigenschaften: Enthält spezifische toxische oder nicht konventionelle Schadstoffe (widerspenstige Organiker, Schwermetalle), die die mikrobielle Aktivität der Standards hemmen können.

• Verwendete Prozesse: Die Behandlung erfordert oft spezialisierte, robuste Bioreaktoren oder mehrere Stufen, manchmal mit Bioaugmentierung (Hinzufügen speziell ausgewählter Mikrobenkulturen) oder Kopplung mit erweiterten Methoden wie Erweiterte Oxidationsprozesse ( $\text{AOPS}$ ) vor oder nach dem biologischen Stadium.

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5.3 Abwasserbehandlung landwirtschaftliche Abwasser

Dies umfasst Abflüsse von Farmen und vor allem Abwasser aus konzentrierten Tierzufuhrbetrieben (Vorgänge $\text{Cafos}$ ) oder Gülle.

• Eigenschaften: Extrem hohe Konzentrationen von $\text{Bod}$ , $\text{TSS}$ , Krankheitserreger und insbesondere Nährstoffe.

• Verwendete Prozesse: Die Behandlung umfasst verliehte Lagunen, gefolgt von einer anaeroben Verdauung (um das Volumen zu verringern und Energie zu produzieren) und eine anschließende aerobe Behandlung zur Entfernung von Nährstoffen und Erreger vor der Landanwendung oder Entladung.

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5.4 Abwasserbehandlung vor Ort

Biologische Methoden sind für die Behandlung von Abwasser in Gebieten ohne Zugang zu zentralisierten kommunalen Systemen unerlässlich.

• Klärgruben: Die Schlammschicht in einem Klärgruben -Tank erfährt zwar hauptsächlich physikalisch, eine langsame anaeroben Verdauung.

• Kleine Pflanzen: Systeme wie kompakt $\text{SBRs}$ oder Paket $\text{MBRs}$ werden für einzelne Schulen, Krankenhäuser, Wohnsiedlungen oder abgelegene Industriestandorte verwendet und bieten ein qualitativ hochwertiges Abwasser in einem kleinen Fußabdruck.

Hier ist der Entwurf des Inhalts für die Sechster Teil Ihr Artikel, der sich auf die konzentriert Vor- und Nachteile der biologischen Behandlung .

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6. Vor- und Nachteile der biologischen Behandlung

Während biologische Prozesse das Rückgrat des modernen Abwassermanagements bilden, unterliegen sie bestimmten Einschränkungen, die durch sorgfältiges Design und Betrieb verwaltet werden müssen.

6.1 Vorteile

Die biologische Behandlung bietet überzeugende Vorteile gegenüber rein physikalischen oder chemischen Alternativen.

6.1.1 Effektive Schadstoffentfernung

Biologische Systeme können außergewöhnlich effizient entfernt organisch $\text{Bod}$ and $\text{KABELJAU}$ aus Abwasser, oft erreichen $90\%$ -Plus Entfernungsraten. Darüber hinaus sind sie die praktischsten und kostengünstigsten Mittel für groß an Biologische Nährstoffentfernung ( $\text{Bnr}$ ) , wesentlich zum Schutz der sensiblen Wasserstraßen vor Eutrophierung, die durch überschüssiges Stickstoff und Phosphor verursacht wird.

6.1.2 Kosteneffizienz

Nach der Konstruktion sind die Betriebskosten für biologische Prozesse im Allgemeinen niedriger als die für die chemische Behandlung. Während Aerobic-Systeme erhebliche Energie für die Belüftung erfordern, wird dies häufig durch die hohen Kosten und die kontinuierliche Versorgung ausgeglichen, die für chemische Flockmittel oder Ausfälle erforderlich sind, die bei nicht-biologischen Methoden erforderlich sind. Anaerobe Systeme kann sogar sein Nettoergieproduzenten durch die Erzeugung und Verwendung von Biogas ( ${\text{Ch}}_4$ ).

6.1.3 umweltfreundlich

Die biologische Behandlung beinhaltet grundlegend natürliche Prozesse, wodurch Schadstoffe in stabile, ungiftige Produkte umgewandelt werden ( ${\text{CO}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ und Biomasse). Das resultierende Biosolide (Schlamm) kann oft als Bodenänderung behandelt und sicher wiederverwendet werden, was einen kreisförmigen Wirtschaftsansatz für die Abfallbewirtschaftung fördert.

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6.2 Nachteile

Der reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 Empfindlichkeit gegenüber giftigen Substanzen

Mikroorganismen sind lebende Zellen und können durch plötzliche Inputs von leicht gehemmt oder getötet werden Giftige Industriechemikalien , Schwermetalle, hoch $\text{pH}$ (Säure oder Base) oder hohe Salzkonzentrationen. Eine "Schockbelastung" kann die Biomasse eines Systems ausklopfen, wobei sich Tage oder Wochen für die Erholung der Bevölkerung und die Behandlung der Behandlungsqualität erfordern.

6.2.2 Prozessinstabilität

Biologische Systeme können unter Instabilitätsproblemen im Zusammenhang mit der mikrobiellen Gesundheit leiden, wie z. Schlamm bulking or Schäumen .

• Bullen tritt auf, wenn filamentöse Bakterien übermäßig wachsen und verhindern, $\text{TSS}$ im letzten Abwasser.

• Schäumen wird häufig durch bestimmte Arten von Bakterien verursacht und kann zu betrieblichen Problemen und Sicherheitsrisiken auf der Oberfläche des Belüftentanks führen.

6.2.3 Schlammproduktion

Der fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of Schlamm management (Entwässerung, Stabilisierung und Entsorgung). Die Kosten für Schlammhandhabungen können für die Kosten ausmachen $30\%\text{to}50\%$ des Gesamtbudgets für eine Abwasseranlage.

7. Jüngste Fortschritte und Innovationen

Der field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 Erweiterte Oxidationsprozesse ( $\text{AOPS}$ )

$\text{AOPS}$ sind nicht streng biologisch, werden aber zunehmend in verwendet Tandem mit biologischen Systemen. Sie beinhalten, hochreaktive transiente Arten zu erzeugen, wie die Hydroxylradikal ( $\cdot \text{OH}$ ) , die schnell organische Verunreinigungen oxidieren und zerstören, die nicht biologisch abbaubar sind (widerspenstige oder Mikropollutanten).

• Anwendung: $\text{AOPS}$ werden als a verwendet Vorbehandlung Giftige Verbindungen abbauen und sie für Mikroorganismen zugänglich machen, oder als Nachbehandlung (Tertiärstadium) zum Polieren des Abwassers durch Entfernen von Spuren von Pharmazeutika und Pestiziden.

7.2 Bioaugmentation und Biostimulation

Derse techniques focus on actively managing the microbial population:

• Bioaugmentierung: Beinhaltet die Zugabe von speziell ausgewählten, nicht einheimischen mikrobiellen Kulturen zu einem Reaktor. Dies wird typischerweise durchgeführt, um Organismen einzuführen, die spezifische, komplexe industrielle Schadstoffe, die die einheimische Biomasse nicht bewältigen kann, abbauten.

• Biostimulation: Beinhaltet Optimierung der Reaktorumgebung (z.B., adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 Granulare Schlammtechnologie

Diese Innovation bietet einen großen Sprung in Bezug auf die Systemeffizienz und die Reduzierung von Fußabdruck Aerobe körnige Schlamm ( $\text{AGS}$ ) Systeme.

• Prinzip: Anstatt traditionelle aktivierte Schlammflocken zu bilden, organisiert sich die Biomasse spontan zu dichtem, kompaktem, kugelförmig Granulat . Diese Granulat sorgen signifikant schneller und weisen unterschiedliche Zonen (aerobe äußere, anoxische/anaeroben Innenraum) auf, die die gleichzeitige Entfernung von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor in einem einzelnen Reaktor ermöglichen.

• Vorteil: Ermöglicht eine viel höhere Biomassekonzentration und beseitigt die Notwendigkeit eines separaten Klärter $75\%$ .

7.4 Gentechnik von Mikroorganismen

Obwohl Gentechnik immer noch in erster Linie in der Forschungs- und Pilotphase, ist es immense Versprechen. Wissenschaftler untersuchen Wege zu:

• Verbesserung der Verschlechterung: Modifizieren Sie Mikroben, um den Zusammenbruch anhaltender organischer Schadstoffe zu beschleunigen ( $\text{Pops}$ ).

• Effizienz verbessern: Ingenieurorganismen zur Durchführung mehrerer Reaktionen (z. B. gleichzeitiger Nitrifikation und Denitrifikation) effektiver oder um toxische Erkrankungen zu tolerieren, die sonst natürliche Populationen hemmen würden.