Wie entstehen aerobe Granularschlämmen aus Abwasser?

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Aerobe Granularschlamm ist eine neue Technologie in der biologischen Abwasserbehandlung. Im Vergleich zu den Aktivschlammflocken im derzeit weit verbreiteten Aktivschlammverfahren weist aerober Granularschlamm den Vorteil auf, dass die Aktivschlammflocken unter bestimmten Bedingungen zu Graneln heranwachsen. Die Sedimentationsgeschwindigkeit dieser Granel im Wasser ist deutlich höher als die von Aktivschlammflocken. Daher kann bei der Verwendung von aerobem Granularschlamm zur Abwasserbehandlung die biologische Konzentration im Belebungsbecken erhöht und die Sedimentationszeit verkürzt werden. Bei dem herkömmlichen Aktivschlammverfahren beträgt die Konzentration des Aktivschlamms im Belebungsbecken etwa 3000 mg · L⁻¹, die Sedimentationszeit liegt zwischen 30 Minuten und 2 Stunden. Mit der Technologie des aeroben Granularschlamms kann die Schlammkonzentration im Belebungsbecken auf 10.000–14.000 mg · L⁻¹ gesteigert werden, wobei die Sedimentationszeit lediglich 1–3 Minuten beträgt. Im Vergleich zu anaerobem Granularschlamm, der häufig zur Behandlung von Abwässern mit hoher Konzentration an Schadstoffen sowie schwer abbaubaren Stoffen eingesetzt wird, beträgt die Kultivierungszeit für aeroben Granularschlamm etwa eine Woche bis einen Monat – deutlich weniger als die sechs Monate, die für die Inbetriebnahme von anaerobem Granularschlamm nötig sind. Somit verspricht die Technologie des aeroben Granularschlamms bahnbrechende Fortschritte in der heutigen biologischen Abwasserbehandlung.

Allerdings ist die Forschung zum Granulieren von aerobem Schlamm noch relativ jung; es fehlen noch tiefgreifende Untersuchungen zum Bildungsprozess, zum Entstehungsmechanismus, zum Einfluss verschiedener Umweltfaktoren sowie zur Mikrobiologie des aeroben Granularschlamms. Zudem erfolgen die meisten Studien zu aerobem Granularschlamm im Labormaßstab unter Verwendung künstlich hergestellter Wasserproben mit hoher organischer Konzentration (z. B. Glukose) als Substrat; selten wird städtisches Abwasser mit niedriger organischer Konzentration zur Kultivierung genutzt. Städtisches Abwasser enthält zwar zahlreiche Schadstoffe, weist aber einen geringen COD-Wert auf, der in der Regel unter 200 mg · L⁻¹ liegt. Derzeit wird dieses Abwasser meist mit dem klassischen Aktivschlammverfahren behandelt; dabei werden gute Reinigungsergebnisse erzielt. Allerdings sind die Anlagen des Aktivschlammverfahrens meist großflächig, teuer in der Errichtung, erzeugen große Mengen an Restschlamm, verursachen hohe Betriebskosten und neigen zudem zu Schlammblähung.

In der vorliegenden Arbeit wurde eine Pilotanlage errichtet, um aeroben Granularschlamm mit realem städtischem Abwasser zu kultivieren. Anschließend wurden die Eigenschaften des gewonnenen Granularschlamms mittels moderner Analysemethoden wie Konfokalmikroskopie und Röntgenbeugung untersucht, um die Grundlage für die praktische Anwendung der Technologie zu schaffen