Waste Water Treatment Flashcards
Warum wird Waste Water behandelt?
Um den Input von Stickstoff (Nitrogen) und Phosphat (PO4 3-) in die Umgebung zu verhindern
Was wäre die Folge von N und P in der Umwelt?
- N und P führen zur Eutrophierung von Gewässern
- Algenblüten decken das Licht für andere Wasser Wasserpflanzen und werden nach dem Absterben zersetzt
Verringerung des Sauerstoffgehalts → tote Zonen
Seit wann gibt es Wastewater treatment systems?
seit 1900s, erstes System in Berlin 1878
Durchschnittlich 120 l Abwasser pro Person und
Tag
ca. 2,5 €/m^3 Behandlungsgebühren
Was ist Phosphor und wo wird es in Deutschland am meisten gebraucht
- Key-Element in biologischen Prozessen unverzichtbar als Düngemittel in Agrar
- Mining ist schädlich für die Umwelt»_space; ist eine ENDLICHE Resource
In welcher Form kommt Stickstoff (N) im Wasser vor und durch welche Prozesse passiert die N-Eleminierung?
Form: Urea (aus Urin, das meiste), Amino nitrogen or heterocyclic nitrogen
Prozesse: ammonification, nitrification and denitrification
Wie wird Urea ammonified in der Kanalisation (sewer)?
durch Urease-formende Bakterien:
NH2-CO-NH2 + H2O →
2 NH3 (Ammonia/Ammoniak) + CO2
Wie wird weiter Ammoniumstickstoff (ammonium nitrogen) gebildet?
Durch Protein Degradierung und Deamination von Aminosäuren
protein → peptides→ amino acids → fatty acids + NH4
Welche Reaktion ist die Nitrifikation?
NH4 → NO2 → NO3
Welche Reaktion ist die Denitrifikation
NO3 → N2
Ist NH4 toxisch für Fische?
Ja (at 0.2 mg/L)
Was sind die biologischen Prinzipien der Nitrifikation?
- Ammonium-oxidizing bacteria (AOB), which oxidize ammonium with oxygen to nitrite:
NH4+ + 1.5 O2 →
NO2− + 2 H+ + H2O
mit: Nitrosomonas, Nitrosococcus - Nitrite-oxidizing bacteria (NOB) which oxidize nitrite with oxygen to form nitrate:
NO2− + 0.5 O2 →
NO3−
mit: Nitrobacter, Nitrococcus
Was dient bei der Nitrification as Substrat und was als Kohlenstoffquelle?
Substrat: Stickstoff (Electrons used to establish proton gradient and reducing equivalents for growth)
Kohlenstoffquelle: CO2 (Wood-Ljungdahl-pathway)
Wie wachsen Nitrifiers?
Nitrifikanten wachsen autotroph mit CO2 → geringe Wachstumsraten und Zellausbeuten (im Vergleich zu heterotrophen Abwasser Bakterien)
Ist bei der Nitrifikation eine hohe Belüftungsrate notwendig?
Ja, ökonomische rFaktor, 16L Luft pro 1 mol Ammoniak zu N2
Welche Condition ist bei der Denitrifikation notwendig?
Anoxische Bedingungen erforderlich (kein O2 → N als terminaler Elektronenakzeptor
Was wird als Kohlenstoffquelle genutzt und was sind die fakultativen anaeroben MOs?
Quelle: methanol, acetate or COD are used as electron donors / substrates
MOs: Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes
Wie erfolgt die Reduktion von NO3 zu N2?
Reduktion von NO3 zu N2 über einstufige Reaktionen und zugehörige Enzyme:
𝑁𝑂 3− + 2 𝐻+ + 2 𝑒−
→ 𝑁𝑂 2− + 𝐻2𝑂
𝑁𝑂 2− + 2 𝐻+ + 𝑒− →
𝑁𝑂 + 𝐻2𝑂
2 𝑁𝑂 + 2 𝐻+ + 2 𝑒− →
𝑁 2𝑂 + 𝐻2𝑂
𝑁 2𝑂 + 2 𝐻+ + 2 𝑒− →
𝑁 2 + 𝐻2𝑂
Was sind PAO?
- Phosphat speichernde Organismen (PAO) spielen eine entscheidende Rolle
- PAOs nehmen viel Phosphat als Poly-Phosphat auf (bis zu
bis zu 20-30 %/CDW → Luxusaufnahme; normale Zellen haben etwa 1-2 % P-Gehalt)
Was sind die 3 Speichermoleküle in PAOs?
Poly-P, glycogen and PHB
Wann nehmen oder geben Zellen (PAO) PO4?
Aerob: P-Aufnahme, PHB-Verbrauch, Glykogen Elektronenakzeptor
Anaerob: P-Freisetzung, PHB-Speicherung, Glykogen Elektronen- und C-Donator, Aufnahme von VFA (COD)
Was sind Wastewater Parameter und ihre Bedeutung?
- BOD = Biochemical Oxygen demand: amount of O2 required by MOs to break down organic matter
- BOD5 test: amount of oxygen in mg/l consumed by bacteria and all other microorganisms present in the water at a temperature of 20°C within five days
- TSS= Total suspended solids: 120-400 mg/L (at inlet)
- MLSS = Mixed liquor suspended solids; typically, 2-4 g/L (MLSS↑: space↓, air requirement + clarification capacity ↑)
- DO = Diss. O2; Must be sufficient (2mg/L); too high → wastes energy; too low → insufficient BOD removal + anaerobic → smelly
- HRT = Hydraulic retention time 4-24 h
- SRT = Solids retention Time (2-8 days); time MOs are in the process
Welches Equipment gehört zur Wastewater Anlage?
- Clarifier (Slow moving current, Gravitational settling of particles, Bottom rake to discharge sludge; surface skimmer to remove scum, Clarified water moves to biological treatment, Different shapes possible)
- Aeration system (Surface aeration: Cheap, medium aeration, Fine bubble: More expensive, good aeration, Up to 60 % of plant costs for aeration)
- Pumpen
- Anaerobic Tank
- Aerobic Tank
WASTWATER TREATMENT PLANT SELBER MALEN!!
in Notability
Was wird gemacht um einen P (Phosphor) Niederschlag zu erreichen?
- Wenn die EBPR nicht ausreicht, werden Salze zur Fällung genutzt
- Fe2+, Al2+, Ca2+ werden genutzt → wirtschaftlicher Faktor
- Je nach Endkonzentration 4-8 mal mehr Salz als P
- Klärschlamm-Verordnung und P-Finitheit erfordern bestmögliche Rückführung von Phosphor
- Ausgefällter P wird mit Klärschlamm abgetrennt und weiterverarbeitet
What about the Sludge (Klärschlamm)?
- Schlamm wird zunächst anaerob verdaut → Biogas
Produktion → Einbindung in das kommunale Netz oder Energieerzeugung für die Kläranlage - Der Schlamm wird eingedickt und entwässert, z.B. durch
Zentrifugen oder Scheibentrocknern - Monoverbrennung oder Einspeisung in Kraftwerke
oder Zementherstellung - Energetisch aufwendig, für kleine Anlagen nicht erschwinglich → Zentralisierung der Verbrennung
- Elektrizitäts- und Wärmeerzeugung → kommunales (municipal) Netz
- P-Rückgewinnung aus Klärschlamm extrem wichtig → laufendes Forschungsthema
Was ist der letzte Building-Block einer WWTP?
Disinfection
- Ozon, UV-Bestrahlung, Chlorierung, Filtration oder Kombinationsverfahren sind die wichtigsten Verfahrensschritte
- UV-Licht bei 254 nm unter Ausnutzung der Absorptions Kurve der DNA → Aufbrechen von Bindungen und Deaktivierung
- Ozon wird aufgrund seiner reaktiven Natur eingesetzt → Reaktion mit Mikroverunreinigungen und pathogenen Keimen; Erzeugung durch UV-Licht oder Elektroschock
- Zusätzliche Filtration über Membranen oder Sand
Sandbetten (“Schönungsteiche”) möglich
