Innovative Verfahren zur Behandlung von Abwasser mit Membranbioreaktoren < zurück

mbranlage_bild.jpg
Versuchsaufbau der MBR-Pilotanlage
mbrschema.jpg
Schema der MBR-Pilotanlage

Das BMBF-Projekt „Entwicklung innovativer Verfahren zur Behandlung von Abwasser mit Membranbioreaktoren und Anforderungen zur Grundwasseranreicherung im Jordantal (SMART I)“ ist abgeschlossen worden. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit der Abteilungen Umweltbiotechnologie, Analytik und Technologie bearbeitet. Im Bereich Technologie wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Die Untersuchungen zum Einsatz von Membranbioreaktoren (MBR) zur Behandlung von Abwässern wurden im Rahmen des Projektes in zwei Phasen unterteilt. Ziel der Phase 1 war die Charakterisierung von Membranen, die im Rahmen der halbtechnischen Versuche in der Phase 2 in einem MBR zum Einsatz kommen sollten. In Phase 2 waren Bedingungen zu ermitteln unter denen eine optimale Entfernung organischer Spurenstoffe erreicht werden kann. Während der halbtechnischen Versuche am MBR wurden die Kenngrößen für die Auslegung einer Pilotanlage ermittelt, die im Projektgebiet zum Einsatz kommen soll.

Im Rahmen der Laboruntersuchungen (Phase 1) wurden Membranen verschiedenen Materials und Trennverhaltens bzgl. ihrer Wasserdurchlässigkeit (Permeabilität) und ihres Rückhaltevermögens (Trübstoffe) charakterisiert. Für die ersten halbtechnischen Versuche im Labor und an einer Pilotanlage wurden zwei UF-Membranen ausgesucht und im Vergleich betrieben. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch das Material (Polyethersulfon bzw. Polysulfonamid). Weder in den Laboruntersuchungen noch im Feldversuch waren bzgl. des Betriebsverhaltens und des Rückhaltevermögens Unterschiede erkennbar.

Für den Betrieb eines MBR ist eine möglichst hohe Wasserdurchlässigkeit bei ausreichendem Rückhalt und stabilen Betriebsbedingungen wünschenswert. Daher wurde eine MF-Membran mit höherer Permeabilität gesucht, die sich außerdem zur Herstellung eines Plattenmoduls eignete. Hier war der Vorgang des Verschweißens der Membranen auf die Stützplatten das einschränkende Kriterium. Bei zwei Membrantypen löste sich dabei die aktive Schicht der Membranplatten von der Stützschicht. Schließlich konnte eine MF-Membran gefunden werden, die als MF-Modul im MBR einsetzbar war.

In Phase 2 war das Ziel der ersten Untersuchungen die Ermittlung stabiler Betriebszustände in Bezug auf den Betrieb des MBR (Flächenbelastung, Belüftung, Filtrationsintervalle) und die Belebung (Trockensubstanzgehalt (TS), Schlammalter). Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wurde die kritische Flächenbelastung sowie die Mindestbelüftungsmenge unter den vorliegenden Randbedingungen ermittelt. Bei einem TS von 10 g/L und einem Schlammalter von 25 Tagen ergaben sich eine kritische Flächenbelastung von 30 L/m²/h und eine Mindestbelüftungsmenge von 0,5 Nm³/m²/h. Um eine konstante Permeabilität auch bei schwankenden Rohwasserbedingungen aufrecht erhalten zu können wurde die Flächenbelastung auf 15 L/m²/h und die Belüftungsmenge auf 2 Nm³/m²/h eingestellt.

Bzgl. des Rückhalts an Spurenstoffen konnten keine wesentlichen Vorteile gegenüber der konventionellen Kläranlagentechnik nachgewiesen werden. Lediglich einzelne Substanzen wiesen eine verbesserte Elimination auf. In Bezug auf den Abbau an Biomasse (CSB) und den Trübstoffgehalt weist das Filtrat des MBR deutlich geringere Werte auf als der Ablauf der konventionellen Abwasserbehandlung.

Damit werden diesbezüglich die Anforderungen an die Infiltration in den Untergrund zur Grundwasseranreicherung eingehalten. In den Filtraten sind jedoch noch immer noch erhöhte Gehalte an schwer biologisch abbaubaren Spurenstoffen wie z.B. Amidotrizoesäure und Carbamazepin enthalten. Für die Nachbehandlung der Filtrate zur weitergehenden Spurenstoffentfernung wurde der Einsatz von Pulverkohle näher untersucht.

Im Labormaßstab wurden zwei verschiedene Pulverkohlen im Hinblick auf die Eliminationsleistung an Spurenstoffen überprüft. Die Pulverkohle mit der höheren Adsorptionskapazität wurde dann im halbtechnischen Maßstab eingesetzt.

Mit einer Pulverkohledosierung von 10 mg/L und einer Kontaktzeit von 30-60 min war eine deutliche Verminderung der Konzentration an Röntgenkontrastmitteln möglich. Carbamazepin konnte vollständig entfernt werden. Die verfahrenstechnische Umsetzung sieht vor, die Pulverkohlesuspension dem Filtrat des MBR zuzudosieren, die Verweilzeit in einem entsprechend bemessenen Rührbehälter sicherzustellen und die Pulverkohle über eine geeignete Filtereinheit wieder abzutrennen und in den MBR Prozesstank zurückzuführen. Mit dieser Vorgehensweise ist eine optimale Ausnutzung der Adsorptionskapazität der Pulverkohle gegeben. Die Pulverkohle reichert sich zunächst im Prozesstank an. Aufgrund des regelmäßigen Abzugs an Überschussschlamm wird ein stationärer Zustand erreicht. Aufgrund der noch vorhandenen Adsorptionskapazität der Pulverkohle im MBR Prozesstank werden auch im Filtrat des MBR zunehmend geringere Gehalte an Spurenstoffen erreicht.

Auf den Betrieb des MBR hat der Einsatz der Pulverkohle insofern Einfluss als dass sich durch die Rückführung der Pulverkohle in den Prozesstank ein Anstieg des Transmembrandruckes für beide Membranen ergab, wobei allerdings der Anstieg bei der MF-Membran deutlich größer war als bei der UF-Membran.

Über den gesamten Zeitraum der Untersuchungen betrachtet, wies die UF-Membran die stabileren Betriebsbedingungen auf. Sie reagierte auch deutlich weniger empfindlich auf Schwankungen der weiteren Randbedingungen wie TS-Gehalt, Schlammalter, Belüftungsmenge.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Pia Lipp

Tel.: +49(0)721/9678-127
Fax: +49(0)721/9678-109
E-MailVisitenkarte downloaden

Weitere Informationen

Förderung

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektdauer

2007 - 2009