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Juli 2011
Ivonne Görtz
Ermittlung von Parametern zur Betriebsführung von Abwasserbehandlungsanlagen bei der Umstellung auf anaerobe Ammoniumoxidation
Für Abwässer mit ungünstigem C/N-Verhältnis und hohen Stickstofffrachten ist die anaerobe Ammoniumoxidation eine wirtschaftliche und ressourcensparende Alternative zur konventionellen Betriebsweise. Bei dem vor kurzem entdeckten Prozess setzen die verantwortlichen Bakterien Ammonium mit Nitrit zu etwa gleichen Teilen direkt zu Stickstoff um. Die Bakterien sind autotroph und haben eine niedrige Substratausbeute. Für den Einsatz in der Abwasserbehandlung ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem klassischen Verfahren:
Voraussetzung für einen stabilen Betrieb mit anaerober Ammoniumoxidation ist die Unterdrückung konkurrierender Prozesse wie der aeroben Nitritoxidation. In der hier umgestellten Anlage stellte sich die Hemmung durch Ammoniak bei konstanter Belüftung als zuverlässige Methode heraus. Eine Vermehrung der Anammox-Bakterien nach dem Animpfen konnte fast während der gesamten Umstellzeit beobachtet werden. Hohe Nitrit- und Sauerstoffkonzentrationen hemmten die Vermehrung jedoch stark. In der Aktivkohleadsorptionsstufe (Festbettbiologie) lagen die Anammox-Bakterien granulär in einem Biofilm vor, wodurch die Sorptionseigenschaften der Aktivkohle unbeeinträchtigt blieben. Für den Stickstoffabbau bot die Biofilmstruktur Vorteile gegenüber der suspendierten Biomasseform in der Reaktorbiologie. Eine höhere Toleranz für Nitrit und sehr hohe Raumumsatzraten von bis zu 1,2 kgN/(m³·d) (über 5 kgN/(m³·d) in Laborversuchen) wurden beobachtet. Starke Schwankungen der Stickstofffracht wurden in der Festbettbiologie abgefangen, so dass der Stickstoffabbaugrad der Gesamtanlage im Mittel bei 82 % lag. Konstant hohe Abbaugrade sind vonnöten, wenn die anaerobe Ammoniumoxidation in direkteinleitenden Anlagen eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang wurde auch ein Nitratabbau in der Festbettbiologie beobachtet. Innerhalb von ca. 6 Monaten nach der Unterdrückung der Nitratation und dem Impfen mit Anammox-Bakterien wurde ein stabiler Betrieb bei Abbauraten von 10 bis 45 kgN/d, abhängig von der Zulauffracht, erreicht. Durch Umstellung des biologischen Prozesses konnten in der untersuchten Anlage von Beginn an Betriebsmittel eingespart werden. Insgesamt summierten sich der verminderte Betriebsmittelverbrauch und die geringern Entsorgungskosten für Überschussschlamm zu einer Einsparung von über 3 €/kgNeliminiert im zweiten Jahr nach der Umstellung.
- geringerer Luftverbrauch, da nur die Hälfte des Ammoniums partiell zu Nitrit oxidiert werden
- muss keine Dosierung externen Kohlenstoffs
- wesentlich geringere Überschussschlammproduktion
Voraussetzung für einen stabilen Betrieb mit anaerober Ammoniumoxidation ist die Unterdrückung konkurrierender Prozesse wie der aeroben Nitritoxidation. In der hier umgestellten Anlage stellte sich die Hemmung durch Ammoniak bei konstanter Belüftung als zuverlässige Methode heraus. Eine Vermehrung der Anammox-Bakterien nach dem Animpfen konnte fast während der gesamten Umstellzeit beobachtet werden. Hohe Nitrit- und Sauerstoffkonzentrationen hemmten die Vermehrung jedoch stark. In der Aktivkohleadsorptionsstufe (Festbettbiologie) lagen die Anammox-Bakterien granulär in einem Biofilm vor, wodurch die Sorptionseigenschaften der Aktivkohle unbeeinträchtigt blieben. Für den Stickstoffabbau bot die Biofilmstruktur Vorteile gegenüber der suspendierten Biomasseform in der Reaktorbiologie. Eine höhere Toleranz für Nitrit und sehr hohe Raumumsatzraten von bis zu 1,2 kgN/(m³·d) (über 5 kgN/(m³·d) in Laborversuchen) wurden beobachtet. Starke Schwankungen der Stickstofffracht wurden in der Festbettbiologie abgefangen, so dass der Stickstoffabbaugrad der Gesamtanlage im Mittel bei 82 % lag. Konstant hohe Abbaugrade sind vonnöten, wenn die anaerobe Ammoniumoxidation in direkteinleitenden Anlagen eingesetzt wird. In diesem Zusammenhang wurde auch ein Nitratabbau in der Festbettbiologie beobachtet. Innerhalb von ca. 6 Monaten nach der Unterdrückung der Nitratation und dem Impfen mit Anammox-Bakterien wurde ein stabiler Betrieb bei Abbauraten von 10 bis 45 kgN/d, abhängig von der Zulauffracht, erreicht. Durch Umstellung des biologischen Prozesses konnten in der untersuchten Anlage von Beginn an Betriebsmittel eingespart werden. Insgesamt summierten sich der verminderte Betriebsmittelverbrauch und die geringern Entsorgungskosten für Überschussschlamm zu einer Einsparung von über 3 €/kgNeliminiert im zweiten Jahr nach der Umstellung.
Schlagwörter: Anaerobe Ammoniumoxidation; Sickerwasser; Stickstoffelimination; Umstellung des biologischen Verfahrens
Forum Siedlungswasserwirtschaft und Abfallwirtschaft Universität Duisburg-Essen
Herausgegeben von Förderverein der Siedlungswasserwirtschaft und Abfallwirtschaft an der Universität Essen, Essen
Band 37
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Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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