Industrielle Kläranlagen
Produkte
ASPEKTE
Mechanische und physikalische Verfahren
Industrieabwässer enthalten in ihrer Zusammensetzung ungelöste Anteile unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Zusammensetzung und Aggregationsform. Feste Verunreinigungen mit größeren Abmessungen werden auf Rosten, Sieben und Bandfiltern abgeschieden, während Suspensionen mit unterschiedlichen Dispersionsgraden in Flotatoren entfernt werden.
Größere feste Verunreinigungen müssen unabhängig von der eingesetzten Behandlungstechnologie aufgrund der Betriebssicherheit der Anlage aus dem Rohabwasser entfernt werden, während die Zweckmäßigkeit der Entfernung von Suspensionen von den weiter angewendeten Methoden der biologischen Abwasserbehandlung abhängt.
Biologische Methoden
Methode der Methanfermentation
Hierbei handelt es sich um eine grundlegende biologische Methode zur Aufbereitung von Industrieabwässern auf Parameter, die dem kommunalen Abwasser nahekommen und eine weitere Aufbereitung mit der Belebtschlammmethode ermöglichen. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist eine 85-95%ige Reduktion der organischen Verbindungen und eine 20-30%ige Reduktion der biogenen Verbindungen und wird als erste Stufe der biologischen Reinigung betrachtet.
Der von anaeroben Bakterien durchgeführte Prozess der Methanfermentation eignet sich hervorragend zum Abbau komplexer organischer Verbindungen, da er in vier Grundphasen abläuft, in denen diese nach und nach zu den Endprodukten Biogas (einem Gemisch aus Methan und Kohlendioxid) abgebaut werden ) und Wasser.
Der erste Schritt der Methanfermentation ist die Hydrolyse komplexer organischer Verbindungen, die in gelösten und suspendierten Abwässern enthalten sind. Hydrolytische Bakterien zersetzen Proteine in Aminosäuren, komplexe Kohlenhydrate in einfache Zucker und Fette in höhere Fettsäuren. Hydrolytische Abbauprodukte werden als Substrat für säurehaltige Bakterien verwendet, die in der zweiten Phase des biologischen Abbaus eine Säurebildung durchführen, die zu einfachen organischen Säuren führt. Diese Säuren werden in der dritten Phase der Zersetzung, der Acetogenese, zu Essigsäure reduziert, aus der in der Methanogenese Methan, Kohlendioxid und Wasser gewonnen werden. Methan wird ebenfalls gewonnen, allerdings in wesentlich geringerer Menge, indem das Kohlendioxid mit zuvor erzeugtem Wasserstoff reduziert wird. Voraussetzung für einen ordnungsgemäßen Prozessablauf ist eine angemessene biologische Qualität des anaeroben Sediments, eine Prozesstemperatur zwischen 36 °C und 38 °C sowie ein pH-Wert zwischen 6,8 und 7,6.
Belebtschlamm-Verfahren
Es ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Abwasserbehandlung in kommunalen Kläranlagen. Belebtschlamm ist eine komplexe Biozönose vieler Gruppen von Mikroorganismen, von Bakterien über Protozoen und Würmer bis hin zu Nematoden. Sie alle existieren nur in Gegenwart von Sauerstoff, daher ist eine Belüftung erforderlich. Im Gegensatz zu anaerobem Schlamm, der in der Methangärung verwendet wird, ist aerober Belebtschlamm an den Abbau relativ einfacher organischer Verbindungen angepasst, die biologisch schnell abbaubar sind.
Aus diesem Grund verwenden industrielle Kläranlagen Belebtschlammreaktoren für die Endbehandlung des Abwassers, um die Parameter des gereinigten Abwassers zu erhalten, die es ermöglichen, es in den Oberflächenwasserbehälter einzuleiten. Ein sehr wichtiges Thema in Bezug auf das technologische System, in dem der Sauerstoffreaktor arbeitet, ist das Problem der Entfernung von biogenen Stickstoff- und Phosphorverbindungen darin. Während die Entfernung von Phosphorverbindungen aus Abwässern sowohl auf biologischem als auch auf chemischem Wege durch Fällung in Form von unlöslichen Phosphaten erfolgen kann, stehen bei biogenen Stickstoffverbindungen nur biologische Verfahren zur Verfügung, die in der Oxidation von Ammoniumionen zu Nitrat bestehen -Ionen, die wiederum unter geeigneten Bedingungen im Denitrifikationsprozess zu gasförmigem Stickstoff zersetzt und so aus dem Abwasser entfernt werden. Die Entfernung von Stickstoffverbindungen ist in einem System aus mindestens zwei Belebtschlammkammern mit optimalen Bedingungen für diesen Prozess möglich, d. h. Belüftung in der Nitrifikationskammer und hypoxischen Bedingungen in der Denitrifikationskammer. Die Wirksamkeit des Denitrifikationsverfahrens hängt auch von dem richtigen Verhältnis der Konzentration organischer Verbindungen, definiert als CSB, zur Konzentration von Stickstoffverbindungen in dem in die Denitrifikationskammer strömenden Abwasser ab.
Relevante Technologie-Themen
Charakterisierung von Industrieabwässern
In Deutsch: Industrieabwässer entstehen in den technologischen Prozessen der Verarbeitung verschiedener Rohstoffe, bei denen Wasser verwendet wird. Insbesondere die agro-industrielle Verarbeitung zeigt einen großen Wasserbedarf, und genau in diesem Wirtschaftssektor entsteht die größte Menge an Industrieabwässern. Diese Abwässer, die organische Verbindungen in gelöster Form und als Suspension enthalten, stammen aus der Verarbeitung landwirtschaftlicher Rohstoffe. Es handelt sich um komplexe Kohlenhydrate, Proteine und Fette. Der Konzentrationsgrad dieser Verbindungen beeinflusst das Niveau der Abwasserverschmutzung, das sehr unterschiedlich sein kann. Daher ist das Hauptprinzip bei der Gestaltung von Anlagen zur Reinigung von Industrieabwässern die individuelle Auswahl der geeigneten Reinigungstechnologie, basierend auf den qualitativen und quantitativen Eigenschaften dieser Abwässer. Industrieabwässer zeigen auch eine große Variabilität in der Zusammensetzung, selbst innerhalb von Betrieben derselben Branche. Die Konzentration von organischen Verunreinigungen in Abwässern, gemessen am BSB-Wert (Biochemischer Sauerstoffbedarf), reicht von mehreren Tausend mgO2/dm3 in Milch- und Brauereiabwässern bis zu über hunderttausend mgO2/dm3 in Abwässern aus der Biokraftstoffproduktion. Ein weiteres wichtiges Thema ist die Konzentration von biogenen Stickstoff- und Phosphorverbindungen in Industrieabwässern und die technologischen Möglichkeiten zu ihrer Eliminierung aus den Abwässern.
Es ist zu betonen, dass industrielle Abwässer, die auch natürliche organische Verbindungen in sehr hohen Konzentrationen enthalten, unter Verwendung geeigneter Methoden und technologischer Bedingungen einem biologischen Abbau unterliegen. Derzeit ist die effektivste Methode zur Reinigung dieser Abwässer die Methanfermentation, bei der eine Reduktion von 80 bis 90% der organischen Verbindungen und 20 bis 30% der biogenen Verbindungen erreicht wird. Diese Methode wird als erster Schritt der biologischen Abwasserbehandlung betrachtet.
Tabelle 1. Grad der Verschmutzung industrieller Abwässer in Bezug auf den CSB-Gehalt in den angegebenen Branchen
Industrie | Einheit | CSB – Indikator |
Milch | mg O2/dm3 | 3000 – 6000 |
Zucker | 5000 – 15000 | |
Brauereien | 3000 – 6000 | |
Kartoffel | 5000 – 15000 | |
Fette | 5000 – 8000 | |
Fischverarbeitung | 5000 – 20000 | |
Saftproduktion | 5000 – 15000 | |
Verarbeitung von Gemüse und Obst | 7000 – 20000 | |
Geflügel- und Schlachttierverarbeitung | 5000 – 10000 | |
Brennereien | 30000 – 100000 | |
Biokraftstoffproduktion | 50000 – 150000 | |
Pharmazeutische Industrie | 10000 – 20000 |
Die in der Tabelle dargestellten Werte für den Verschmutzungsgrad von Abwässern aus verschiedenen Branchen deuten auf eine erhebliche Varianz hin, die hauptsächlich auf die Vielfalt der hergestellten Produkte sowie auf Technologien zurückzuführen ist, die den Wasserverbrauch einschränken und in der Regel zu einer Erhöhung des Verschmutzungsgrades der Abwässer führen.
Auswahl der optimalen industriellen Abwasserbehandlungstechnologie
Dies ist ein grundlegendes Anliegen im Investitionsprozess, das die effiziente Funktion der gesamten Anlage gewährleisten und die Erreichung der angestrebten Kläreffekte sicherstellen wird. Die Klärtechnologie muss auch an die Bedürfnisse des Investors in Bezug auf den gewünschten Reinigungsgrad angepasst sein, das heißt, ob die Abwässer nur im Methanfermentationsprozess vorgereinigt werden sollen und anschließend in einer städtischen Kläranlage weiter gereinigt werden oder ob sie zu den erforderlichen Parametern gereinigt und in ein oberirdisches Gewässer abgeleitet werden sollen.Wirtschaftliche Aspekte sind sowohl in der Investitions- als auch in der Betriebsphase entscheidend. Die Erreichung solcher Reinigungseffekte ist durch die Anwendung von nur Methanfermentation oder der zweistufigen anaeroben-aeroben Methode möglich. Im ersten Schritt des Methanfermentationsprozesses wird eine Reduktion der organischen Verbindungen um etwa 90% erreicht, und im zweiten Schritt werden die verbleibenden einfachen organischen Verbindungen und biogenen Verbindungen aus den vorfermentierten Abwässern entfernt.
Die Entwicklung der geeigneten Technologie hängt von der Zusammensetzung und Art der Abwässer ab. Dies betrifft insbesondere das Vorhandensein von Feststoffen und Fetten in den Abwässern sowie von Verbindungen, die eine hemmende Wirkung auf Mikroorganismen haben können, wie zum Beispiel Desinfektionsmittel, die in Betrieben zur Reinigung von Geräten verwendet werden.
Aktuell werden zwei technologische Lösungen bevorzugt, wenn es um den Betrieb des anaeroben Teils der Kläranlage geht:
- Bei hohen Konzentrationen von organischen Feststoffen in Rohabwässern besteht die Möglichkeit, diese in einem vorläufigen mechanischen Reinigungsschritt durch Filtration oder Flotation zu entfernen und die abgeschiedenen Feststoffe zu fermentieren. Die klaren, von Feststoffen befreiten Rohabwässer werden dann in einem aeroben Reaktor gereinigt.
- Bei hohen Konzentrationen gelöster organischer Verbindungen und einem geringen Anteil an Feststoffen sollten diese Abwässer direkt der Methanfermentation unterzogen und dann in einem aeroben Reaktor gereinigt werden. Dieses System ist technologisch einfacher und sowohl in der Investitions- als auch in der Betriebsphase kostengünstiger.
Vergleich der Reinigungsmethoden hinsichtlich ihrer Effizienz und der Menge an biologischen Schlammstoffen, die erzeugt werden
Die Reinigung industrieller Abwässer durch biologische Methoden ist auch mit der Bildung von Mikroorganismen-Biomasse verbunden, die als Überschussschlamm aus dem Reinigungssystem abgeführt werden muss. Die Zunahme der Biomasse in Bezug auf die entfernte Schmutzfracht bei der Methanfermentation ist etwa 10-15 Mal geringer als bei der Reinigung mit aktivem Schlamm unter aeroben Bedingungen. Daher sollte in zweistufigen biologischen Kläranlagen für industrielle Abwässer darauf geachtet werden, die Bildung von überschüssigem Schlamm unter aeroben Bedingungen möglichst zu minimieren. Dieser überschüssige Schlamm ist nicht stabilisiert (d.h., ein Teil der organischen Substanz im Schlamm unterliegt weiterem Abbau) und muss einer weiteren biologischen Behandlung unterzogen werden, d.h., er muss dem Prozess der Methanfermentation unterzogen werden. Aus diesem Grund ist die wirtschaftlichste Methode die Fermentation von Rohabwässern und die weitere Reinigung in einem aeroben Reaktor.Beispielsweise werden durch die Reinigung von 1000 m3/d industriellen Abwässern mit einem CSB-Gehalt von 5000 mg O2/dm3 nur in einem aeroben Reaktor etwa 2500-3000 kg Trockenmasse an Überschussschlamm erzeugt, volumetrisch entspricht dies 12,5-15 m3/d nach einer Entwässerung von 20% Trockenmasse.Bei der Reinigung derselben Abwässer mit der anaerob-aeroben Technologie wird nur etwa 430 kg Trockenmasse erzeugt, volumetrisch entspricht dies 2,15 m3/d nach einer Entwässerung.
Vorbehandlung industrieller Abwässer durch Methanfermentation
Betriebe, die eine große Menge an Abwässern mit erheblicher Schadstoffbelastung erzeugen, müssen eigene Kläranlagen bauen. Im Falle kleinerer Betriebe, bei denen der Bau einer vollständigen Kläranlage nicht gerechtfertigt ist, ist eine sehr gute Lösung die Vorreinigung dieser Abwässer in einem anaeroben Reaktor und anschließend deren Weiterleitung über das Kanalsystem zur städtischen Kläranlage. Die Reduktion der organischen Verbindungen im Prozess der Methanfermentation beträgt etwa 85% – 95%, und die durchgegorenen Abwässer mit geringen Mengen einfacher organischer Verbindungen stellen kein Problem für deren Reinigung in einem aeroben Reaktor auf der städtischen Kläranlage dar, was beispielsweise durch den erhöhten Schadstoffeintrag verursacht wird.
Vollständige Abwasserbehandlung mit Ableitung zum Empfänger
Die Bedingungen für die Ableitung gereinigter Abwässer in den Empfänger sind in der Verordnung des Umweltministers vom 18. November 2014 über die Bedingungen für das Einleiten von Abwässern in Gewässer oder den Boden sowie über besonders umweltschädliche Stoffe im Gewässerschutz festgelegt.