MIKROPELLETS Phase 1 – Untersuchungen von Verfahren zur gezielten, integrierten MIKROschadstoffelimination mit aeroben PELLETS

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Das übergeordnete Ziel des Projektes MIKROPELLETS unter Koordination des ISA ist die Integration von Verfahren zur Mikroschadstoffelimination in innovative Pellet-Verfahren, um den Zustand der Gewässer in NRW zu verbessern. Die zentrale Forschungsfrage in der ersten Phase des Projekts liegt in der Entwicklung, Umsetzung und Optimierung von innovativen, patentfreien Pellet-Verfahren sowohl im Sequencing Batch Reactor (SBR) als auch in einem kontinuierlichen Prozess. Dabei sollen die bisherigen Erkenntnisse über Pellet-Verfahren zusammengeführt und die Betriebsstabilität und Reinigungseffizienz der Verfahren bei kommunalen Abwässern untersucht werden.

Durch aerobe, schnell sedimentierbare Biomassenzusammenschlüsse (Granula) sind beim Pellet-Verfahren auch mit kommunalem Abwasser hohe Raumumsatzleistungen erreichbar. Zudem können verschiedene biologische Prozesse, wie die Nitrifikation und Denitrifikation simultan in den verschiedenen funktionalen Schichten der Granula ablaufen. Insgesamt können dadurch kleinere Reaktoren bei gleicher Reinigungsleistung realisiert werden. Zudem entfallen energieintensive verfahrenstechnische Anlagenteile wie die Rezirkulation. Wichtige Vorteile der Pellet-Verfahren gegenüber dem konventionellen Belebungsverfahren sind daher:

• Energieeinsparung
• Kosteneinsparung
• Platzeinsparung

Wichtige Parameter für die Bildung von aeroben Granulen sind eine kurze Sedimentationszeit innerhalb der Reaktoren und ein damit einhergehender Selektionsdruck sowie ein gewisses Maß an hydrodynamischen Scherkräften (Morgenroth et al., 1997; Liu und Tay, 2004).

Das Projekt ist in zwei verschiedene Untersuchungsphasen eingeteilt. Im Rahmen der ersten Projektphase wird durch das ISA ein neuartiges Reaktordesign für einen Pellet-Reaktor im SBR-Verfahren entwickelt. Anschließend wird der Reaktor gebaut und für mindestens ein Jahr auf der HTK Neuss betrieben. Der Betrieb wird intensiv durch verschiedene Analytik begleitet, unter anderem abwassertypische Standardanalysen und fotografisches Monitoring der Pellet-Größe.

Die erste Projektphase wird voraussichtlich im November 2022 abgeschlossen. Derzeit befinden sich drei SBR in Betrieb mit kommunalem Abwasser und es konnten bereits erste Ergebnisse erzielt werden. Diese ergeben sich aus mehreren Versuchszeiträumen in denen Aspekte wie die Granulabildung und die Reinigungsleistung überwacht wurden. Darüber hinaus wurden bisher verschiedene Modifikationen an unterschiedlichen Reaktoren untersucht. Darunter fallen das Zulaufvolumen, die Zykluseinstellungen und die Belüftungsstrategie, welche zur Verbesserung der Reinigungsleistung führen sollen.

Die Granulabildung ohne die Verwendung von Impfschlamm konnte bereits bis zu einem Granulierungsgrad von 30% nachgewiesen werden. Insgesamt zeigt der Betrieb der Reaktoren mit einer Animpfung ein hohes Potential in der Entfernung von CSB, Stickstoffverbindungen und Phosphor. Im Vergleich zu einer Referenzanlage konnte zudem eine höhere Reinigungsleistung während auftretender Zulaufstörungen in den Reaktoren beobachtet werden, wodurch eine erhöhte Prozessstabilität nahegelegt werden kann. Jedoch sind aufgrund unterschiedlicher Reaktorgeometrien noch einige Schwierigkeiten zu überwinden. Im Verlauf der ersten Projektphase sind daher weitere Versuche geplant welche die Zykluseinstellung, die Belüftungsstrategie und die Befüllung der Reaktoren betreffen.

 

Während der Inbetriebnahme einer der Reaktoren konnte zudem veranschaulicht werden, dass die kurze Sedimentationszeit und die Beschickung mittels Pfropfenströmung zu einer Selektion von gut sedimentierbarer Biomasse führt.

Parallel zu weiteren Versuchen am Reaktordesign werden in Phase 1 gezielte Aktivitätstests durchgeführt, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Granula gegenüber ausgewählten Parametern getestet und mit Referenzsätzen verglichen werden kann.

Aus den in Phase 1 erlangten Erkenntnissen sollen praxisrelevante Empfehlungen mit Darstellung der betriebspraktischen, bemessungstechnischen und konstruktiven Besonderheiten dieser neuartigen Verfahren erarbeitet und der Wasserwirtschaft zur Verfügung gestellt werden.

In einer geplanten zweiten Projektphase, soll die Integration von Verfahren zur Mikroschadstoffelimination in die untersuchten Pellet-Verfahren durchgeführt werden. Erfahrungen der Partner im Bereich der Mikroschadstoffelimination beim Einsatz von Ozon oder Pulveraktivkohle sollen in das Projekt einfließen.