Korrespondenz Abwasser · Abfall - COOPERATIVE Infrastruktur und ...

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Parameter Referenzstraße #1 Granulatstraße #2
Betriebstage 700 700
Gesamtdurchfluss
2262 m³ 2700 m³
Differenz 438 m³ (� 19 %)
Peak-Fluss 25 L/(m² � h) 40 L/(m² � h)
durchschnittlicher
Fluss
16,6 L/(m² � h) 19,8 L/(m² � h)
Tabelle 2: Zusammenfassung der Versuchsergebnisse
gleicher Ablaufqualität weniger Reinigungen durchzuführen
und höhere Flussleistungen realisierbar sind. Im Vergleich zu einer
parallel betriebenen Referenzanlage konnte eine Steigerung
des Flusses um etwa 20 %, bezogen auf den Durchschnittsfluss,
erzielt werden. Insbesondere die Steigerung des maximalen
Durchflusses (peak flow) auf 40 L/(m² � h) führt dazu, dass die
Membranfläche insgesamt deutlich kleiner bemessen werden
kann. Dadurch sind Energieeinsparungen möglich, da insgesamt
weniger Membranfläche überströmt werden muss.
Die Granulate zeigen keinerlei Beeinflussung auf Funktion
der Membranen, die durch die Trennwirkung der Membran
von belebtem Schlamm und gereinigtem Abwasser vorgegeben
ist.
Im Sinne einer Nachhaltigkeit können mit dieser Verfahrenstechnik
sowohl die Umwelt geschont werden (keine/weniger
Chemikalien und keine Chemikaliennebenprodukte, zum
Beispiel AOX) als auch Kosten reduziert werden, da sich die
Kosten für Membranreinigungen verringern. Zudem können
die Membranmodule hydraulisch deutlich höher beansprucht
werden, sodass aufgrund des höheren Betriebsflusses einerseits
erhebliche Energieeinsparungen realisiert werden können und
andererseits Investitionskosten reduziert werden.
4.2 Untersuchungen der Membranen
Nach einem Versuchszeitraum von etwa 18 Monaten wurde eine
Membrantasche aus dem mit Granulaten betriebenen Membranmodul
ausgebaut und gegen eine neue Tasche ersetzt.
Nach etwa 24 Monaten Betrieb wurde eine weitere Membrantasche
ausgebaut. Die gebrauchten Membrantaschen wurden
hinsichtlich ihres Rückhalts an einer Testsubstanz überprüft.
Neue Membranen weisen einen Rückhalt von mehr als 90 %
der Testsubstanz auf. Die ausgebauten Membranen wiesen
Testsubstanz-Rückhalte von etwa 94 % (nach 18 Monaten Betrieb)
bzw. 90 % (nach 24 Monaten Betrieb) auf. Dies bedeutet,
dass sich der Rückhalt von der eingesetzten Testsubstanz
durch den Betrieb mit Granulaten nicht signifikant ändert. Es
ist zu beachten, dass jeweils nur kleine Membranstücke mit einer
Oberfläche von etwa 42 cm² untersucht werden können
(Rührzellentest). Diese Rückhaltsmessungen deuten darauf
hin, dass sich die Membranporen gegenüber neuen Membranen
nicht verändern.
An den gebrauchten Membranen wurden zudem REM-
Analysen zur visuellen Beurteilung der Membranoberfläche
durchgeführt (Abbildung 5). Anhand der REM-Aufnahmen lassen
sich in einigen Bereichen keine Veränderungen der Membranoberfläche
nachweisen (Abbildung 5, links), in anderen
Bereichen sind Gebrauchsspuren an der Membranoberfläche
zu beobachten (Abbildung 5, rechts). Diese Spuren wurden je-
Kommunale Abwasserbehandlung
Abb. 5: REM-Aufnahmen (l.: keine Gebrauchsspuren, r.: Gebrauchsspuren)
doch auch bei der Referenzstraße beobachtet und lassen sich
nicht mit der Reinigung mit Granulaten erklären.
Insgesamt können anhand der REM-Analyse die Ergebnisse
des Betriebs (keine Veränderung der Permeatqualität) und der
Rückhaltsmessungen (keine Veränderungen) bestätigt und nur
unwesentliche Veränderungen durch die mechanische Reinigung
beobachtet werden.
5 Vision eines
ressourcenschonenden MBR-Betriebs
Mit den zuvor beschriebenen Optimierungen zum Betrieb von
Membranbelebungsanlagen können MBR-Anlagen in Zukunft
mit einem Energiebedarf, der konventionellen Belebungsanlagen
entspricht, betrieben werden.
1. Erhöhung des Betriebsflusses auf 25 L/(m² � h)
Durch das mechanischer Reinigungsverfahren kann der Betriebsfluss
auf 25 L/(m² � h) bis zu 30 L/(m² � h) gesteigert
werden. Das bedeutet, dass die Anlage ausschließlich
in zwei Flussbereichen betrieben wird:
F 1: 25 bis 30 L/(m² � h) (geregelt über den Füllstand des
Belebungsbeckens) für Trockenwetter
F 2: 40 L/(m² � h) für Regenwetter
Wenn der Füllstand einen gewissen Wert (Setpoint) unterschreitet,
schaltet die Anlage in den Stand-by-Zustand – die
Filtration und die Crossflow-Belüftung sind inaktiv.
2. Integration der Membranmodule direkt in die
Belebungsbecken
Durch die neue mechanische Reinigung ist eine Intensivreinigung
der Membranmodule nach heutiger Kenntnis nicht
erforderlich. Daher entfällt der Vorteil der Anordnung im
Filtrationsbecken, und die Module können energiesparend
in die Belebungsstufe integriert werden. Dadurch wird der
Sauerstoffeintrag der Crossflow-Gebläse für den biologischen
Abbau der Inhaltsstoffe voll ausgenutzt.
3. Einsatz der neu-entwickelten mechanischen Reinigung
(MCP)
Mit dem MCP-Verfahren können die Membranflüsse signifikant
gesteigert werden und führen zu den oben genannten
Optimierungen. Zudem werden ehebliche Mengen an Chemikalien
eingespart, da die Membranreinigung mechanisch
durchgeführt wird.
Auf Grundlage der Optimierungen lässt sich der Energiebedarf
für die Crossflow-Belüftung wie folgt berechnen:
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�� �� KA Korrespondenz Abwasser, Abfall · 2011 (58) · Nr. 9 www.dwa.de/KA