Abwasserreinigungsverfahren und Reaktorkonzepte

Biologische Prozesse nutzen die Selbstreinigungskraft der Ökosysteme, in denen sich diejenigen Organismen durchsetzen, die die vorhandenen Substrate am effektivsten abbauen können. Voraussetzung ist, dass die Substrate grundsätzlich biologisch abbaubar sind. Durch technische Prozesse wie Biomasserückhaltung wird erreicht, dass diese natürlichen Vorgänge auf sehr kleinem Raum und hochintensiv ablaufen.

Das Fraunhofer IGB hat verschiedene Bioreaktoren zur Abwasseraufbereitung entwickelt, beispielsweise anaerobe und aerobe Schlaufenreaktoren (Airlift-/ Gasliftreaktoren), Membranbioreaktoren oder einen Festbett-Umlaufreaktor, bei dem das Partikelbett periodisch umgewälzt wird. Festbettreaktoren werden in der Anaerobtechnik eingesetzt, um die aktive Biomasse, die sich auf und zwischen den Partikeln immobilisieren kann, zurückzuhalten. Beim Festbett-Umlaufreaktor des Fraunhofer IGB wird zu bestimmten Zeiten das Festbett partiell umgewälzt und dadurch ein dauernder störungsfreier Betrieb ermöglicht.

Geeignete Bioreaktoren und entsprechende Verfahrenskonzepte wählen wir anhand der spezifischen Anforderungen des jeweiligen Abwassers und der beabsichtigten Wiederverwertung aus und passen sie an regionale, klimatische und kulturelle Bedingungen an.  

Anaerobe Abwasserreinigungsverfahren eignen sich besonders für Abwässer mit einem hohen biologischen Sauerstoffbedarf (BSB₅), wie sie beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, auf Schlachthöfen oder auch auf Flughäfen (Enteisungsmittel) vorkommen.

Größere Betriebe verfügen oftmals über eine eigene biologische Kläranlage, die traditionell aerob betrieben wird. Nachteile sind der hohe Energiebedarf für die Belüftung und Durchmischung, meist auch Nährstoffmangel (N und P) und die Entstehung großer Mengen Klärschlamm, der kostenintensiv entsorgt werden muss.

Eine wirtschaftliche Alternative, die wir mit verschiedenen Partnern realisiert haben, bietet der Einsatz moderner Anaerobtechnik. Hierbei wird energetisch nutzbares Biogas gebildet und das Schlammaufkommen um den Faktor zehn reduziert.

Verfahren der Hochlastfaulung

Charakteristisch für die anaerobe Umsetzung ist der geringe Zuwachs von Biomasse, da der Großteil der in den Abwasserkomponenten enthaltenen Energie in das Endprodukt Methan übergeht. Für eine Steigerung der Umsetzungsgeschwindigkeit muss die aktive Biomasse daher im Reaktor zurückgehalten und konzentriert werden. Dies kann durch Immobilisierung der Biomasse auf einem Trägermaterial in einem Festbettreaktor oder durch mechanische Rückhaltung in einem Membranbioreaktor geschehen.

Das Fraunhofer IGB verfügt über Reaktoren verschiedener Art und Größe, um die anaerobe Reinigung von Abwasserproben zu untersuchen. Am Anfang steht eine Analyse der Abbaubarkeit des spezifischen Abwassers, angelehnt an die Vorgehensweise der DIN EN ISO 11734 »Vollständige anaerobe biologische Abbaubarkeit im Faulschlamm« und DIN 38414 »Schlamm und Sedimente«, Teil 8 »Bestimmung des Faulverhaltens«. Nach der Optimierung des Prozesses im halbtechnischen Maßstab in unserem Biotechnikum bieten wir auch das Upscaling vor Ort im Unternehmen an.

Festbettreaktor mit umwälzbaren Partikeln

Mit Hilfe der ermittelten Auslegungsdaten wurden verschiedene Festbettreaktoren mit umwälzbaren Partikeln dimensioniert, aufgebaut und hinsichtlich der strömungstechnischen Funktion im Demonstrationszentrum für prozessintegrierte Umwelttechnik des Fraunhofer IGB untersucht.

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Wissenschaftler am Fraunhofer IGB haben einen Rotationsscheibenfilter (RSF) entwickelt, bei dem durch Rotation eine wirkungsvolle Deckschichtkontrolle erreicht wird. Dadurch eröffnen sich neue Anwendungsbereiche für die Membranfiltration wie zum Beispiel die industrielle oder kommunale Abwasserreinigung.

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