Hartmann, Maika (2011)

Thema

Durchführung von kleintechnischen Versuchen zum Ultraschallaufschluss von Belebtschlämmen zur Blähschlammbehandlung

Aufgabenstellung

Das vermehrte Wachstum von Fadenbakterien auf Kläranlagen führt zur Bildung von Blähschlamm. Blähschlam ist durch eine sperrige und voluminöse Flockenstruktur charakterisiert, die das Sedimentationsverhalten stark beeinträchtigt. Ohne Ergreifung von Gegenmaßnahmen führt das massenhafte Auftreten von Fadenbakterien zu Schlammabtrieb und ggf. zur Verringerung der biologischen Reinigungsleistung. Gegenwärtig werden unspezifische Maßnahmen zur Blähschlammbekämpfung ergriffen, u. a. Einsatz von Flockungs- und Fällungschemikalien, Ozon, Peroxid, Kalk, Bakterien- und Enzympräparaten oder Ultraschall.

Die Zielsetzung dieser Diplomarbeit besteht in der Untersuchung eines kosteneffizienten Trennverfahrens, bei dem durch niedrigen Energieeintrag über eine Ultraschallsonotrode, der bestehende Belebtschlamm-Flockenverband kurzzeitig in Fadenbakterien und Flockenbildner aufgetrennt wird. Durch die kurzzeitige Auftrennung der Flockenverbände liegen die Fadenbakterien mit deren hohen Oberfläche/Volumen-Verhältnis "ungeschützt" vor und bieten Chemikalien, wie Aluminiumsalzen oder Ozon eine erhöhte Angriffsfläche. Die Steigerung dieser Angriffsfläche kann den Chemikalienbedarf und damit die Kosten einer Kläranlage erheblich senken. Gleichzeitig kann die Trennung der Flockenverbände als Vorstufe einer gezielten Separation von Fadenbakterien mit hydrophoben Zelleigenschaften (z.B. Microthrix parvicella) ein neuartiges Verfahren zur Blähschlammbehandlung ohne Chemikalieneinsatz darstellen.

Autorenreferat

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Auftrennung von Flockenverbänden mittels ultraschallinduzierten Scherkräften. Ziel war es durch einen geeigneten Energieeintrag Flocken bildende Bakterien und Fadenbakterien voneinander zu trennen und den Auftrennungsgrad mit Hilfe physikalischer-chemischer Parameter zu beschreiben. Dabei ergab sich im vorliegenden Versuchsaufbau ein optimaler Energieeintrag von 6,67 Wh/l, was mit Hilfe einer eingeführten mikroskopischen Skala zum Desagglomerationszustand des Schlammes nachgewiesen werden konnte. Als geeignete beschreibende Parameter wurden die UV-Absorption, die Färbung sowie die Trübung im Überstand angesehen.

Weiterhin wurde das Re-Agglomerationsverhalten des Belebtschlammes nach erfolgter Beschallung untersucht. Als geeigneter Parameter zur Beschreibung des Re-Agglomerationsverhaltens wurde die Trübung ermittelt. Es wurde belegt, dass Re-Agglomeration erst mehrere Stunden nach der Ultraschallbehandlung nachzuweisen ist.

In Batch-Versuchen wurde keine Beeinflussung des Flockenbildes durch eine tägliche Ultraschallbehandlung von einem Achtel des Reaktorinhaltes festgestellt. Es wurde keine Veränderung des Gehaltes an extrazellulären polymeren Substanzen im mikroskopischen Bild beobachtet. Eine Adaption der Mikroorganismen an die ultraschallinduzierten Scherkräfte kann aufgrund dieser Versuchsergebnisse ausgeschlossen werden.

Nach erfolgter Auftrennung der Flockenverbände in Fadenbakterien und Flocken bildende Bakterien wurden die filamentösen Mikroorganismen mit Hilfe einer Elektroflotation gezielt separiert. Eine Aufkonzentrierung der filamentösen Bakterien im Flotat war bis zu einem Lufteintrag von 0,03 m³ Gas/m³ Abwasser möglich. Darüber hinaus gehende Gaseinträge waren jedoch kontraproduktiv. Die Umsetzung der gewonnenen Versuchsergebnisse in eine großtechnische Anlage wurde diskutiert.

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