Aerobe Prozesse mit suspendierter Biomasse Flashcards
Zeichne den Einfluss der Wassertiefe auf den Sauerstoff-Massentransfer in sauberem Wasser
Abwasser1
Zeichne die Aufteilung der aeroben Prozesse
Folie 5-2-2
Welche Methoden gibt es für Fest-Flüssig-Trennung?
Sedimentation, Flotation, Membranseperation
Gleichung des Sauerstoffmassentransports
dc/dt = kL x a x (c*-c)
Woraus setzt sich der Sauerstoffverbrauch der Biomasse zusammen?
Der Sauerstoffverbrauch setzt sich zusammen aus dem Anteil für die unmittelbare Oxidation der Schadstoffe (Substratatmung) und dem Sauerstoff-Grundverbrauch der Biomasse (endogene Atmung).
Was sind die Methoden zur Belüftung?
1) Druckbelüftung
a) feinblasig
b) grobblasig
2) Düsenbelüfter
3) Oberflächenbelüfter
4) mit reinem Sauerstoff
Zeichne den Sauerstoff Massentransport in Biohochtürme
5-2-14
Eigenschaften von Turmbiologien
- Wassertiefe 8 - 20 m
- Düsenbelüfter
Vorteile: - hohe Sauerstoffausnutzung, geringe Abgasströme
- kleiner Fußabdruck
- Hohe Sauerstoffausbeute
Nachteile: - Am Boden hohe Drücke –> Hoher Partialdruck verursacht hohe N2- u. CO 2-Konzentrationen in der Flüssigkeit
–> pH-Drift
–> schlechtes Absetzverhalten
Volumetrische Belastung (ca. 1 kg BSB5 (m3 d) -1) ist nicht höher als bei konventionellen Verfahren
Eigenschaften von Prozessen mit reinem Sauerstoff Aktivierung
- Oberflächenbelüfter
- Erhöhter gelöster Sauerstoff-Konzentration
–>Hohe Schlammbelastung (F/M) und -Konzentration
–>Geringe Gasströmung - hohe Kosten
Wie kann man den Sauerstoffeintrag beeinflussen? Benenne welchen Term jeweiliger Punkt betrifft)
- mit steigender T sinkt die Löslichkeit
- mit steigender Druck nimmt die Löslichkeit zu
- Sauerstoffkonz. fernhalten von Gleichgewichtkonz. (c*-c)
- kleinere Blasen sind besser für Massentransport (a)
- Man kann mit mehr Turbulenz den Film dünner machen (kL) –> kostet viel Energie
Eigenschaften von feinblasiger Druckbelüftung
- meist angewandt in der Industrie
- Materialien: Keramik, Plastik
- Sauerstoffeintrag: 1,0 - 2,3 kg O2 / kWh (mittlerweile auch höher)
Vorteile: - guter Massentransport
- diskontinuierlicher Betrieb möglich
Nachteile: - Verstopfen
- Lebensdauer
- hoher Druckverlust
Eigenschaften von Oberflächenblüfter
- sehr robust
- schlechterer Sauerstoffeintrag: 1,1 - 1,9 kg O2 / kWh
- max Wassertiefe 4m
Was sind typische Werte für Biomassenkonz? Wie hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Biomassenkonz. ab?
c = 4 - 8 g/L
r ist proportional zu Biomassenkonzentration. Verdopplung der c(Biomasse) führt zu Halbierung des Reaktorvolumens.
Eigenschaften von Prozesse ohne Biomasserückhaltung
- Einsatz nur als Misch- und Ausgleichsbecken
- Vermeidung, dass eine Versäuerung stattfindet
- Sauerstofftransferfaktor in den meisten Rohabwässern extrem niedrig a = 0,5 - 0,6
- Biomasse im Abwasser muss berücksichtigt werden und kann zu Problemen im Abwassersystem führen
- Man muss aufpassen, dass keine hygienischen Probleme entstehen
Was sind die Eigenschaften von Verfahren mit suspendierter Biomasse (Belebtschlammverfahren)
-Das weltweit wichtigste Verfahren zur Abwasserreinigung, das Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor entfernt.
-Enthält als Minimum
“ Belüftete Bioreaktoren und
“ Fest-Flüssig-Trennung
-Durch die Trennung und Verwertung der Biomasse Entkopplung von Abwasser und Biomasse Verweilzeit
-Maximale Biomassekonzentration begrenzt durch die Fest-Flüssig-Trennung und den Sauerstofftransfer.
Nenne, zeichne und erkläre die Arten von Bioreaktoren
-klassisch
-stufenbelastung : kinetisch schlecht
- total durchmischt: z.B. durch Belüftung
-kaskaden : kinetisch sehr gut, verschiedene Konz. einstellbar
-2-stufig : kinetisch gut aber sehr aufwendig
-Schlamm-Wiederbelüftung : bei hochbelasteten Anlagen
5-2-18
Benenne und erkläre Verfahren zur Stickstoffentfernung
1) intermittierend oder gleichzeitige Denitrifikation
-Einstellung schwierig
- Gefahr von N2O Bildung
2)Pre-Denitrifikation
- Industrie Standard
-RV = 4 bis 5 max
3)post-Denitrifikation
-Kohlenstoff muss zudosiert werden
-wird bei schlecht abbaubaren Abwasser eingesetzt
Zeiche ein Fließbild von einem Abwasserreinigungsanlage
5-2-20
Erkläre Sedimentation
- Die Flockenbildung ist eine wesentliche Voraussetzung für die Abtrennung von Mikroorganismen durch Sedimentation
- Sedimentation wird klassifiziert durch Schlammvolumenindex (ISV)
ISV 50 - 100 ml/g gut flockender Schlamm
ISV 100 - 150 ml/g mittlerer Absetzschlamm
ISV > 150 ml/g Blähschlamm
-Blähschlamm verursacht durch: Fadenförmige Organismen, Abwasserzusammensetzung, Operation (F/M, niedrige Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff)
Mache eine Übersicht zu Trennverfahren
Übung II-3
Explain Flotation
Definition: Trennverfahren, bei dem in Wasser dispergierte oder suspendierte Stoffe durch anhaftende Gasblasen an die Wasseroberfläche transportiert und dort mit einer Räumeinrichtung entfernt werden.
→ Anlagerung feinster Gasbläschen an hydrophobe Partikel
→ Dichte der Partikel-Blasen-Agglomerate sinkt unter 1 g/cm³
→ flotierte Stoffe bilden Schwimmschlamm
→ Verwendung von Luft aus wirtschaftlichen Gründen
→ Fällungs- und Flockungsmittel zur Steigerung der Reinigungsleistung
Einflussgrößen:
-Benetzbarkeit der Partikeloberfläche (Hydrophobizität)
-Blasengröße und -anzahl
-Trennraumgeometrie und -strömung
Was sind die Anwendungsbereiche von Flotation?
- Kohle- und Erzaufbereitung
- Reinigung von Industrieabwässern:
-öl- und fetthaltige Abwässer von Erdölraffinerien, Schlachthöfen oder der Nahrungsmittelindustrie - fasern- und flockenhaltige Abwässer aus Textil- und Papierfabriken
- Reinigung kommunaler Abwässer:
- anstelle der Sedimentation bei Vor- und Nachklärung
- zusätzliche Eindickung von Überschussschlämmen
- Entschlammung von Faulwasser
Was sind die Flotationsarten?
1 Druckflotation
2 Elektroflotation
3 Entspannungsflotation
-Vakuumflotation
-Druckentspannungsflotation (DAF)
Welche Verfahren gibt es bei der Flotation? Zeichne sie
- Vollstromverfahren
Gesamter Zulauf wird mit Luft gesättigt - Teilstromverfahren
Ein Teil des Zulaufs wird mit Luft gesättigt
Was sind die Vor- und Nachteile der Flotation?
+geringer Platzverbrauch
+ hohe Belastbarkeit & geringere Absetzzeit (im Vergleich zur
Sedimentation)
+keine Probleme mit Schwimmschlamm
+große Flexibilität bei sich ändernden Betriebssituationen oder Störfällen
+Steigerung der Reinigungsleistung durch Einsatz von Fällungs- und
Flockungsmitteln
+kurze Schlammverweilzeit in der Nachklärung
+keine Rücklösung von Phosphor in der Nachklärung
-hoher maschinen- und regelungstechnischer Aufwand
- Betriebskosten für die Luftsättigung des Wassers
- Verstopfungsanfälligkeit der Anlage (Voll-/Teilstromverfahren)
Was sind die Eigenschaften von Flotation?
-2-3fach höhere Biomassekonzentration im Vergleich zur Sedimentation
- Reduzierung der erforderlichen Oberfläche um die Hälfte im Vergleich zur Sedimentation
-Hohe Feststoffkonzentration des Flotats –> verbesserte Überschussschlammbehandlung, Verbesserung der Verweilzeit im Faulturm
- Auch für die Biomasseabtrennung nach Bioreaktoren mit großer Wassertiefe aufgrund von Entgasungseffekten einsetzbar
- Erhöhte Investitions- und Betriebskosten
Wie wird der Schlammvolumenindex gemessen? Welche Einheit hat er?
Eine Probe wird genommen und 30 min absetzen gelassen. Man misst dann das Volumen.
Einheit: ml/g
What are the recommendations of DWA for MBRs?
(1) Eine ausreichende Vorbehandlung des Abwassers ist eine Grundvoraussetzung für den Betrieb von Membranbioreaktoren.
(2) Insbesondere Haare und Fasern können zu Ablagerungen an den Membranmodulen führen und können zu erheblichen Betriebsproblemen (z.B. Verlust der hydraulischen Leistungsfähigkeit) führen.
(3) Ein Sandfang mit Fettabscheider ist generell erforderlich.
(4) Siebe mit bisher üblichen Spaltweiten als einzige Vorbehandlung sind nicht
nicht ausreichend.
(5) Rechen müssen mit Sieben oder mit einem Vorklärbecken kombiniert werden.
(6) Siebe sollten eine Spaltweite ≤ 3 mm haben und sind auszuwählen im Hinblick auf
z.B. die Empfindlichkeit der Membrankonstruktion gegenüber Faserpartikeln.
So kann auch eine Spaltweite von ≤ 1 mm erforderlich sein.
(7) Um die Membran wirksam vor groben Partikeln zu schützen, es empfiehlt es sich, Rechen und Siebe redundant auszulegen (kein Not Bypass).
Zeichne und benenne Kombinationen von Belebtschlammverfahren mit Membranen
5-2-26
Was sind die Eigenschaften von Membranverfahren
Definition: Fest-Flüssig-Trennung des Abwasser-Belebungsschlamms durch Membranen (typischerweise Mikro- oder Ultrafiltration)
+Die Kombination von Mikrofiltration mit Bioreaktoren führt zu
–> Erhöhung der Biomasse-Konzentration
-höherer Reaktionsgeschwindigkeit und/oder
-niedrigerem F/M-Verhältnis (Schlammbelastung)
-geringere Abwasserkonzentrationen
-geringere Überschussschlammproduktion
–>keimfreies Abwasser, das wiederverwendet werden kann
–>geringer Platzbedarf
*Wenn Ultrafiltrationsmembranen eingesetzt werden, gilt zusätzlich
–>Entkopplung von Substrat und Abwasserverweilzeit, was zu einer verbesserten Entfernung von biologisch schwer abbaubaren Substanzen führt
i: Ablagerungsschicht auf den Membranen reduziert den Flux (Massenstrom durch die Membran) stark –> praktisch keine Unterschiede im Durchfluss zwischen Mikro- und Ultrafiltration
-Höhere Kosten im Vergleich zur Sedimentation
-Kleinere Partikelgrößen des Belebtschlamms
*Begrenzte, aber zunehmende Anzahl von Installationen in kommunalen Kläranlagen. Wirtschaftlich anwendbar bei der Behandlung von Industrieabwässern und Deponiesickerwässern.
Zeichne das Diagramm von Biomassetrennung durch Membranen
5-2-24
