Scheibendiffusoren vs. Oberflächenbelüfter: Warum die Unterwasserbelüftung für MBR-Systeme von Vorteil ist

Bei der Gestaltung moderner Abwasseraufbereitungsanlagen – insbesondere derjenigen, die Folgendes nutzen Membranbioreaktor (MBR) Technologie – die Wahl des Belüftungssystems ist eine der kritischsten Entscheidungen. Während Oberflächenbelüfter in traditionellen Lagunen seit langem ein fester Bestandteil sind, Feinblasige Scheibendiffusoren (Unterwasserbelüftung) sind zum Goldstandard für MBR-Anwendungen geworden.

Hier ist ein technischer Vergleich, warum getauchte Scheibenbelüfter die Oberflächenbelüftung in Hochleistungsbehandlungsumgebungen übertreffen.

Hauptunterschiede: Untergetauchte vs. Oberflächenbelüftung

Wo die Luft ins Wasser eintritt

• Belüftung unter Wasser (z. B. Scheibenbelüfter) gibt Luft ab von unten oder innen die gemischte Flüssigkeit, so dass Sauerstoff in der gesamten Wassersäule abgegeben wird.
• Oberflächenbelüfter Sauerstoff einleiten Wasseroberfläche durch Spritzen oder Rühren.

Da MBR-Systeme typischerweise in tiefen, dichten Mischflüssigkeiten arbeiten, ermöglichen Tauchmethoden das Aufsteigen von Blasen durch die gesamte Tiefe, wodurch die Sauerstoffkontaktzeit verlängert und eine gleichmäßigere Belüftung erzielt wird.

1. Sauerstoffübertragungseffizienz (OTE)

Das Hauptziel der Belüftung besteht darin, Sauerstoff aus der Luft in die Flüssigkeit zu transportieren.

• Oberflächenbelüfter: Diese Maschinen funktionieren, indem sie Wasser in die Luft spritzen. Die Kontaktzeit zwischen Luft und Wasser ist extrem kurz und findet nur an der Oberfläche statt.
• Scheibendiffusoren: Durch die Freisetzung von Millionen feiner Bläschen am Boden des Tanks nutzen Scheibendiffusoren die gesamte Wassersäule aus. Wenn Blasen aufsteigen, übertragen sie während der Reise Sauerstoff.
• Der MBR-Faktor: Um Platz zu sparen, sind MBR-Tanks in der Regel tief (bis zu mehreren Metern). Scheibendiffusoren gewinnen mit zunehmender Tiefe an Effizienz (höherer SOTE pro Meter), wohingegen Oberflächenbelüfter Schwierigkeiten haben, den Boden tiefer Tanks mit Sauerstoff anzureichern.

2. Umgang mit hohen MLSS-Konzentrationen

MBR-Systeme arbeiten mit deutlich höheren MLSS-Werten (Mixed Liquor Suspended Solids) – normalerweise zwischen und mg/L – im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ( mg/L).

• Viskositätsherausforderungen: Ein hoher MLSS macht das Abwasser viskoser (dicker). Oberflächenbelüfter liefern oft nicht genügend lokale Energie, um diesen dicken Schlamm zu durchdringen, was zu „toten Zonen“ führt, in denen sich Feststoffe absetzen und anaerob werden.
• Präzision unter Wasser: Scheibenbelüfter sind in einem Raster über den Boden verteilt. Dies sorgt für eine gleichmäßige Durchmischung und stellt sicher, dass jeder Liter Schlamm mit hoher Dichte unabhängig von der Viskosität ausreichend gelösten Sauerstoff (DO) erhält.

3. Auswirkungen auf die Membrangesundheit und die Schaumbildung

In einem MBR-System ernährt das Belüftungssystem nicht nur Bakterien; es interagiert mit den empfindlichen Membranmodulen.

• Aerosole und Schaumbildung: Oberflächenbelüfter erzeugen erhebliche Spritzer und Aerosole. In industriellen oder pharmazeutischen Abwässern kann dies zu übermäßiger Schaumbildung und der Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) in die Atmosphäre führen.
• Sanfte Interaktion: Scheibendiffusoren sorgen für Turbulenzen „unter der Oberfläche“. Die feinen Blasen steigen sanft auf und sorgen für den nötigen „Scheuereffekt“, wenn sie unter Membranmodulen platziert werden, was dazu beiträgt, die Membranen sauber zu halten, ohne dass die heftige mechanische Einwirkung eines Oberflächenlaufrads erforderlich ist.

4. Energieverbrauch und Wärmeverlust

Normalerweise ist die Belüftung ausschlaggebend 45 % bis 75 % der Energiekosten einer Kläranlage.

• Gebläseeffizienz: Scheibendiffusoren gepaart mit Hochleistungsgebläsen können mithilfe von VFDs (Variable Frequency Drives) auf Basis von Echtzeit-DO-Sensoren präzise gedrosselt werden.
• Wärmemanagement: Oberflächenbelüfter setzen das Abwasser der Umgebungsluft aus. Im Winter führt dies zu einem massiven Wärmeverlust, der die biologische Aktivität verlangsamt. Im Sommer kann es zu einer Überhitzung des Wassers kommen. Durch die Tauchbelüftung bleibt die Prozesstemperatur stabil.

Vergleichszusammenfassung: Scheibendiffusoren vs. Oberflächenbelüfter

Fazit

Für ein MBR-System ist die Wahl klar. Feinblasige Scheibendiffusoren bieten den überlegenen Sauerstofftransfer, die Tieftankmischung und die Energieeffizienz, die zur Aufrechterhaltung einer hochdichten Biomasse erforderlich sind. Während Oberflächenbelüfter in offenen Lagunen möglicherweise einfacher zu installieren sind, fehlt ihnen die Präzision und Leistung, die für die hochintensive Umgebung einer modernen pharmazeutischen oder chemischen MBR-Anlage erforderlich sind.