Wie Abwasseranlagen ihre Kapazität erhöhen können, ohne neue biologische Tanks zu bauen

Warum bestehende biologische Tanks zum Flaschenhals werden

Eine Abwasseranlage kann aus verschiedenen Gründen den Eindruck erwecken, „voll“ zu sein. In einigen Anlagen hat sich der durchschnittliche Wasserdurchfluss aufgrund des Bevölkerungswachstums, der industriellen Expansion oder zusätzlicher Produktionslinien erhöht. In einemderen Fällen bleibt der Durchfluss ähnlich, aber die einströmenden CSB-, BSB-, Ammoniak- oder Gesamtstickstofffrachten sind gestiegen.

Strengere Abwasseranforderungen können auch dazu führen, dass ein bestehender biologischer Prozess unterdimensioniert erscheint. Ein Tank, der einmal für eine ausreichende Kohlenstoffentfernung gesorgt hat, verfügt möglicherweise nicht über genügend effektive Biomasse, Sauerstoffübertragungskapazität oder Feststoffretentionszeit, um eine stabile Nitrifikation oder anspruchsvollere Nährstoffgrenzwerte zu erreichen.

Deshalb sollten Ingenieure zwischen unterscheiden hydraulische Kapazität and biologische Kapazität . Die hydraulische Kapazität beschreibt, wie viel Durchfluss bei einer akzeptablen Verweilzeit physikalisch durch den Tank fließen kann. Die biologische Kapazität beschreibt, wie viel Schadstoffbelastung die zurückgehaltene Mikrobenpopulation tatsächlich entfernen kann.

Erhöhen Sie die Biomasse, ohne das Tankvolumen zu erhöhen: MBBR- und IFAS-Nachrüstung

Eine der effektivsten Möglichkeiten, die biologische Behandlungskapazität in einem bestehenden Tank zu erhöhen, besteht darin, mehr aktive Biomasse zu behalten. Bewegtbett-Biofilmreaktoren und integrierte Festfilm-Belebtschlamm-Technologien erreichen dies durch die Bereitstellung von Kunststoffträgern, auf denen Mikroorganismen als anhaftender Biofilm wachsen können.

Bei einem konventionellen Belebtschlammverfahren hängt die Menge an Biomasse, die zurückgehalten werden kann, stark von der Schlammabsetzung und dem Rücklauf des Belebtschlamms ab. Durch das Einbringen von Biofilmträgern wird ein Teil der Mikrobenpopulation unabhängig vom Nachklärbecken auf den Medien zurückgehalten.

Dies kann für die Nitrifikation besonders wertvoll sein, da Ammoniak oxidierende Mikroorganismen relativ langsam wachsen. Biofilm bietet eine stabile Oberfläche, auf der diese Organismen im System verbleiben können, auch wenn die Rückhaltung suspendierter Feststoffe begrenzt ist.

In an MBBR-Nachrüstung , angelagerte Biomasse kann einen großen Teil der Behandlungsaufgabe übernehmen. In einem IFAS-Nachrüstung Der suspendierte Belebtschlammprozess bleibt erhalten, während Biofilmträger eine zusätzliche Population anhaftender Mikroorganismen hinzufügen.

Zu hohe Füllverhältnisse können das Mischen erschweren, den Luftbedarf erhöhen, zu ungleichmäßigen Trägerbewegungen führen und die hydraulische Belastung der Rückhaltesiebe erhöhen. Eine erfolgreiche Nachrüstung beginnt daher mit einer biologischen Belastungsberechnung und nicht nur mit der Befüllung des Tanks mit möglichst viel Medien.

Verbessern Sie die Belüftung, bevor Sie den biologischen Prozess erweitern

Einige Pflanzen, die scheinbar mehr biologisches Volumen benötigen, sind tatsächlich durch die Sauerstoffübertragung eingeschränkt. Eine Erhöhung der Biomasse oder eine unzureichende Beladung mit Sauerstoff kann die Behandlungsleistung verschlechtern, selbst wenn der biologische Reaktor selbst groß genug ist.

Belüftungssysteme verlieren mit der Zeit an Leistung. Diffusoren können verschmutzen, der Druckabfall kann zunehmen, die Luftstromverteilung kann ungleichmäßig werden und alte Systeme mit groben Blasen erfordern möglicherweise mehr Gebläseleistung, um die gleiche Menge Sauerstoff zu übertragen.

Hohe MLSS-Konzentrationen können die tatsächliche Effizienz der Sauerstoffübertragung im Vergleich zu sauberem Wasser weiter verringern. Tanktiefe, Abwasserchemie, Tenside, Temperatur, Diffusorzustand und Belüftungsanordnung wirken sich auch auf den für Mikroorganismen tatsächlich verfügbaren Sauerstoff aus.

Für viele bestehende Anlagen ist die Wiederherstellung oder Verbesserung der Sauerstoffübertragungseffizienz eine der schnellsten Möglichkeiten, ungenutzte biologische Kapazität wiederherzustellen, ohne die Reaktorgrundfläche zu verändern.

Erhöhen Sie die SRT und die Biomassekonzentration – aber achten Sie auf den Klärer

Eine herkömmliche Belebtschlammanlage kann manchmal zusätzliche Belastungen bewältigen, indem sie die Verweilzeit der Feststoffe verlängert und mehr Biomasse im biologischen Prozess hält. Dies kann die Reduzierung der Schlammverschwendung, die Erhöhung des MLSS oder die Optimierung des Rücklaufschlammbetriebs umfassen.

Diese Strategie hat jedoch praktische Grenzen. Ein höherer MLSS erhöht die Feststoffmasse, die das Nachklärbecken passieren muss. Es erhöht auch den Sauerstoffbedarf und kann die Viskosität der Mischflüssigkeit erhöhen, wodurch die Effizienz der Sauerstoffübertragung verringert und die Schlammtrennung schwieriger wird.

Ingenieure sollten daher die Oberflächenüberlaufrate, die Feststoffbeladungsrate, den Schlammvolumenindex, die Rücklaufschlammkapazität und die Spitzenflussleistung bewerten, bevor sie den MLSS deutlich erhöhen.

Bei geeigneten Kläranwendungen können Röhrenabscheider oder Lamellenmodule die effektive Absetzfläche innerhalb einer bestehenden Klärbeckenfläche vergrößern. Dieser Ansatz kann attraktiv sein, wenn die hydraulische Klärkapazität die Hauptbeschränkung darstellt, obwohl er keine universelle Lösung für jedes Belebtschlamm-Nachklärbecken darstellt. Zunächst müssen die Schlammeigenschaften und das hydraulische Verhalten bewertet werden.

Nutzen Sie die MBR-Nachrüstung, wenn die Feststofftrennung zur Kapazitätsbeschränkung wird

In manchen Anlagen ist der biologische Reaktor nicht das Hauptproblem. Die eigentliche Einschränkung ist das Nachklärbecken. Wenn mehr Biomasse benötigt wird, diese aber durch die Schwerkraftabscheidung nicht zuverlässig zurückgehalten werden kann, kann die Membrantrennung eine weitere Möglichkeit zur Nachrüstung bieten.

Ein Membranbioreaktor trennt behandeltes Wasser von gemischter Flüssigkeit mithilfe einer physikalischen Membranbarriere, anstatt sich auf die herkömmliche Schlammabsetzung zu verlassen. Dadurch ist die Konzentration der Biomasse weniger von der Leistung des Klärbeckens abhängig und kann einen höheren MLSS-Betrieb bei kompakter Stellfläche unterstützen.

MBR kann auch Abwasser mit geringem Schwebstoffgehalt erzeugen und ist besonders attraktiv, wenn die Wasserwiederverwendung, begrenzte Landflächen oder eine strengere Abwasserqualität Teil des Ausbauziels sind.

Der Nachteil ist eine höhere Systemkomplexität. Membranmodule erfordern Luftreinigung, Permeatpumpen, Verschmutzungskontrolle, regelmäßige chemische Reinigung, Vorbehandlung und eventuellen Membranaustausch.

Optimieren Sie die Prozesssteuerung, bevor Sie Hardware hinzufügen

Nicht jedes Kapazitätsproblem erfordert neue Ausrüstung. Eine schlechte Prozesskontrolle kann dazu führen, dass eine bestehende Anlage physikalisch unterdimensioniert erscheint, selbst wenn erhebliches Aufbereitungspotenzial ungenutzt bleibt.

Belüftung ist ein häufiges Beispiel. Der kontinuierliche Betrieb von Gebläsen mit fester Leistung kann in Zeiten geringer Last zu einem Sauerstoffüberschuss und in Spitzenzeiten zu einem Sauerstoffmangel führen. Eine auf Sauerstoff basierende Steuerung oder eine auf Ammoniak basierende Belüftungssteuerung kann die Sauerstoffversorgung besser an den tatsächlichen biologischen Bedarf anpassen.

Ebenso wichtig ist das SRT-Management. Eine übermäßige Schlammverschwendung kann die nitrifizierende Biomasse reduzieren, während eine unzureichende Verschwendung zu unnötig hohen MLSS- und Klärproblemen führen kann. Durch die Optimierung von RAS, WAS, internem Recycling, Kohlenstoffdosierung und intermittierender Belüftung kann manchmal eine erhebliche Prozessstabilität wiederhergestellt werden.

Auch ein Strömungsausgleich kann helfen. Eine Anlage ist möglicherweise in der Lage, die tägliche Belastung im Durchschnitt zu bewältigen, versagt jedoch bei kurzen Spitzendurchflüssen oder Ereignissen mit hoher Belastung. Durch den Ausgleich werden diese Spitzen im Laufe der Zeit neu verteilt, wodurch die Belastung des biologischen Reaktors und des Klärbeckens verringert wird.

So identifizieren Sie den tatsächlichen Engpass, bevor Sie sich für eine Nachrüstung entscheiden

Eine erfolgreiche Modernisierung der Anlagenkapazität sollte mit einem Prozessaudit und nicht mit der Auswahl der Ausrüstung beginnen. Das Ziel besteht darin, genau zu bestimmen, was die bestehende Anlage daran hindert, mehr Durchfluss oder Last zu verarbeiten.

Nachrüstung vs. neuer Tankbau: Wie man die Wirtschaftlichkeit vergleicht

Eine Nachrüstung ist zwar attraktiv, weil sie den Bauaufwand reduziert, aber sie ist nicht automatisch in jeder Anlage die kostengünstigste Lösung. Bestehende Tanks müssen strukturell einwandfrei sein, die Hydraulik muss funktionsfähig bleiben und die erforderliche Kapazitätssteigerung muss innerhalb der bestehenden Prozessbeschränkungen erreichbar sein.

Für den Bau neuer Tanks sind möglicherweise Aushubarbeiten, Stahlbeton, neue Rohrleitungen, Grundstücke, Genehmigungen, elektrische Infrastruktur und lange Bauzeiten erforderlich. Es kann auch schwierig sein, wenn Anlagen betrieben werden, bei denen die Umgehung von Abwasser oder die Abschaltung von Aufbereitungssträngen unpraktisch ist.

Eine Nachrüstung kann stattdessen Biofilmträger, Rückhaltesiebe, den Austausch von Diffusoren, Gebläsemodifikationen, Membranmodule, Kläranlagen, Pumpen, Steuerungen und vorübergehende Installationsarbeiten umfassen.

Die Wirtschaftlichkeit einer Nachrüstung ist oft dort am stärksten, wo Land teuer ist, eine zivile Erweiterung schwierig ist, die Anlage kontinuierlich in Betrieb bleiben muss und die erforderliche Kapazitätssteigerung moderat genug ist, um durch einen höheren Biomassebestand, einen verbesserten Sauerstofftransfer, eine bessere Feststoffabscheidung oder eine effektivere Prozesskontrolle erreicht zu werden.