Analyse der Ursachen für Störungen im Behandlungssystem mit Aktivschlammverfahren in einer Papiermülldeponie

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Bei Abwasserbehandlungssystemen mit Aktivschlammverfahren in der Papierindustrie gibt es zahlreiche Betriebsstörungen an den einzelnen Bauteilen der gängigen Systeme. Die Zusammenfassung und Analyse dieser Betriebsstörungen ist ein wichtiges Thema, das gelöst und beherrscht werden muss; dies trägt erheblich dazu bei, unsere Fähigkeit zur Beurteilung des Systems zu verbessern. Im Folgenden wird eine detaillierte Ursachenanalyse der häufigen Störungen im gesamten System vorgenommen, um den operativen Entscheidungsträgern dabei zu helfen, ein besseres Verständnis für Systemstörungen zu entwickeln. 1. Ursachen für ungewöhnliche Schwankungen des pH-Werts Ungewöhnliche Schwankungen des pH-Werts hängen hauptsächlich mit dem in der Produktion abgegebenen Säure- und Basenmaterial zusammen. Bei großen Papierherstellern stammen die sauren und alkalischen Abwässer hauptsächlich aus der regelmäßigen Reinigung der Anlagen. 2. Analyse der Menge und Qualität des Zulaufwassers: Die Menge des Zulaufwassers bleibt in der Regel konstant. Sollten jedoch Unfälle auftreten, entsteht durch die Reinigung der Behälter und Geräte eine große Menge an Waschwasser. Bei Unfällen werden außerdem große Mengen an Rohstoffen und Chemikalien verschwendet. Solches Abwasser, das in die Abwasserbehandlungsanlagen gelangt, kann dem System erheblichen Schaden zufügen. Das ist auch der Grund dafür, dass der COD-Gehalt im Abwasser aus den Vorreinigungsbecken und biologischen Behandlungsanlagen relativ hoch ist. Da die meisten Rohstoffe im Abwasser Fasern und Amylose sind – insbesondere hat Amylose ein hohes Molekulargewicht und schlechte physikochemische Fällungseigenschaften – sowie die beigemischten Dispergiermittel die Flockungseffizienz von PAC und PAM im physikochemischen Behandlungsprozess beeinträchtigen. Das sind die Auswirkungen der Menge und Qualität des zuführenden Abwassers auf das System. 3. Analyse der Auswirkungen von überschüssigen Ablagerungen im Regulierbecken
Die überschüssigen Ablagerungen im Regulierbecken entstehen durch unfiltrierte Kalziumkarbonatpartikel sowie Zellstofffasern im täglichen Zulaufwasser. Da die Rührvorrichtung im Anpassungstank in der Mitte angeordnet ist, führt die durch das Rühren entstehende Zentrifugalkraft dazu, dass sich große Mengen an Ablagerungen in den vier Ecken des Anpassungstanks ansammeln. Das ist die Hauptursache für die starke Sedimentansammlung im Anpassungstank. Da im Anpassungstank keine speziellen Belüftungsanlagen vorhanden sind, findet die Hydrolyse- und Acidifizierungsreaktion des abgesetzten Schlammes unter anaeroben Bedingungen statt. Dadurch erfolgt indirekt eine Vorbehandlung des zufließenden Abwassers: Durch die Regulierung der hydrolytischen Säuerungsreaktion im Schlammbecken werden große Moleküle aus Zellstofffasern und Amylose in kleine, leicht abbaubare organische Verbindungen hydrolysiert. Die Abbaurate dieser organischen Stoffe beträgt etwa 10 %. Durch den Vergleich des pH-Werts des Abwassers, das in den Regulierungstank einfließt, mit dem pH-Wert des Abwassers, das den Regulierungstank verlässt, stellt man fest, dass der pH-Wert des ausfließenden Abwassers etwa 0,5 bis 1,0 niedriger ist als der pH-Wert des einfließenden Abwassers. Dies ist ein starkes Indiz dafür, dass in dem Anpassungsteich aufgrund von Sedimentansammlungen eine hydrolytisch-oxidative Reaktion stattfindet. Durch den Unterschied im pH-Wert lässt sich außerdem das Ausmaß dieser hydrolytisch-oxidativen Reaktion bestimmen. Sehr typisch ist, dass dieser Unterschied im Sommer deutlich höher ist als im Winter. Der Einfluss der Temperatur auf die hydrolytische Vergärungsreaktion ist deutlich zu erkennen. 4. Analyse der Ursachen für die schlechte Fällungseffektivität im physikalisch-chemischen Bereich Die schlechte Fällungseffektivität im physikalisch-chemischen Bereich hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter insbesondere ein zu hoher Gehalt an Dispergiermitteln im zugeführten Abwasser, eine nicht optimale Menge an Fällungsmitteln und Koagulanzien, der Einfluss des pH-Werts, Probleme mit der Mischungsgeschwindigkeit, das Verhältnis zwischen Last und Durchflussmenge, der Gehalt an suspendierten Partikeln im Abwasser sowie ein zu hoher Anteil an Stoffen, die sich schwer fällen lassen. Angesichts der oben genannten Einflussfaktoren wird im Folgenden eine detaillierte Fehleranalyse durchgeführt. (1) Einfluss von Dispergiermitteln: Ein großes Papierunternehmen fügte Dispergiermittel hinzu, um zu verhindern, dass die Zellulose auf der Walze des Papiermaschins klumpt und sich ungleichmäßig verteilt. Dispergiermittel und Flockungsmittel sind zwei Chemikalien mit entgegengesetzter Wirkung. Das nach dem Pressen in der Papiermaschine anfallende Weißwasser enthält viele Dispergiermittel. Nachdem es als Abwasser abgeleitet wurde, gelangt dieses dispergiermittelreiche Abwasser in die Kläranlage, wodurch der Bereich zur chemisch-physikalischen Fällung durch Zugabe von Flockungsmitteln beeinflusst wird. Typischerweise können die suspendierten Partikel nach Zugabe von Flockungsmitteln und Koagulanzien nicht zu größeren Flocken zusammengefügt werden. Man sieht daher nur kleine, schwer fassbare Suspensionspartikel. Solche kleinen Partikel sind stark von den Strömungen im Wasser beeinflusst; ihr Sedimentationsverhalten im Primärsedimentationsbecken ist daher nicht ideal. Unter hohen Belastungen können sie leicht aus dem Primärsedimentationsbecken austreten und somit das anschließende biologische Behandlungssystem beeinträchtigen. (2) Die Dosierung von Flockungs- und Koagulationsmitteln liegt nicht im optimalen Dosierbereich. Die Menge der zugesetzten Flockungsmittel und Koagulanzien sowie das Verhältnis zwischen diesen beiden Stoffen sind von großer Bedeutung. Sie sind entscheidend dafür, die Effektivität des Sediments der Flocken zu verbessern und gleichzeitig die Menge an benötigten Flockungsmitteln und Koagulanzien zu verringern. Wenn die Menge an dem Koagulans PAC unzureichend ist, entsteht im ersten langsam mischenden Becken keine anfänglich feine Mischung mit klarem Zwischenwasser. Insbesondere die Klarheit des Zwischenwassers ist entscheidend dafür, ob die Zufuhr von Koagulanten wie PAC den Anforderungen entspricht. Im Gegenteil: Die Zugabe zu vieler Flockungsmittel und Flockungshilfsmittel führt ebenfalls nicht zu den besten Flockungsergebnissen. Bei einer zu hohen Menge an Koagulanzien und Flockungsmitteln entstehen im Gemisch größere Gelbläschen. Das Problem ist jedoch, dass das Wasser zwischen diesen großen Gelbläschen nicht dadurch klarer wird, dass man zu viele Mittel verwendet. Hauptsächlich liegt das Problem darin, dass nach der Zugabe von zu viel Chemikalie zwar große Gelklumpen entstehen, diese jedoch unter dem hydraulischen Wirbel im Mischbecken sehr leicht zerbrechen. Die zerbrochenen Gelklumpen haben dann eine schlechtere Fähigkeit zur Flockung. In diesem Fall bilden die zerbrochenen Gelklumpen trübende Partikel im Zwischenwasser. In der Gesamtstruktur des Bereichs zur chemischen Behandlung des Abwassers ist zu erkennen, dass vor dem Schnellmischbecken ein Becken zur Anpassung des pH-Werts vorhanden ist. Erst nach dieser Anpassung kann das Abwasser mit Koagulanzien und Kofaktoren behandelt werden, damit diese ihre maximale Wirkung entfalten können. Nach dem Hinzufügen von PAC oder ähnlichen Flockungsmitteln in den Schnellmischbehälter beeinträchtigt das schnelle Rühren nicht die Flockungseffekte. Im Gegenteil: Dadurch können die hinzugefügten Flockungsmittel schnell im gesamten Abwasser verteilt werden, was eine gute Grundlage für die Entstehung der ersten Schicht aus Gelklumpen im Langsammischbehälter schafft. Der langsame Rührvorgang im Langsammischbecken dient dazu, die entstehenden Gelatineflocken weiter zu flokkulieren und zu vergrößern sowie sicherzustellen, dass die Strömungskräfte die entstandenen Gelatineflocken nicht zerstören. Der Koagulationsmittel, das in dieser Abwasserbehandlungsanlage zugegeben wird, ist PAM (Polyacrylamid). Der vorgesehene Einbringungspunkt ist der erste langsame Mischbehälter. Dadurch bietet der zweite langsame Mischbehälter einen Ort, an dem die Flocken unter dem Einfluss des Zusatzstoffs weiter wachsen können. 5. Analyse der Ursachen für Störungen im Betrieb des Primärfällbeckens: Die Störungen im Betrieb des Primärfällbeckens liegen hauptsächlich darin, dass dieses als Ort dient, an dem nach der Zugabe von Chemikalien eine physikalisch-chemische Fällung stattfindet, um Schlamm und Wasser voneinander zu trennen. Wenn diese Trennung nicht effektiv erfolgt, beeinträchtigt das unweigerlich die Leistung des anschließenden biologischen Behandlungssystems. Die Trennwirkung von Schlamm und Wasser im ersten Sedimentationsbecken ist unzureichend. Dabei spielen nicht nur Probleme bei der Konstruktion und Planung eine Rolle, sondern vor allem auch die unangemessene Verwendung von Koagulanzien und Hilfskoagulanzien in dem Bereich, in dem diese Substanzen zugegeben werden. Die Folgen eines unzureichenden Zusatzes von Chemikalien, der zu einer unvollständigen Fällung der Flocken führt, sowie eines übermäßigen Zusatzes, der dazu führt, dass die Flocken zu groß werden und im Schlammscheidungsprozess im Primärsedimentationsbecken zerbrechen, sind identisch. Wenn die Verweildauer im Setzbecken ausreichte, um eine vollständige Sedimentation der Flocken zu gewährleisten, war das Abwasser aus dem Setzbecken klar und enthielt keine ungesetzten Partikel. Andernfalls können die gefällten Flocken aus dem Setzbecken austreten, was wiederum Auswirkungen auf das anschließende biologische Behandlungssystem hat. Die Störungen bei der Entleerung des ersten Sedimentationsbeckens werden meist durch Defekte in den Entleerungsanlagen verursacht. Dazu gehören beispielsweise Defekte an den Entleerungspumpen, eine unzureichende Entleerung sowie der Umstand, dass das einströmende Abwasser viele suspendierte Partikel enthält – wodurch die Menge des zu entleernden Sediments nicht erhöht werden kann. Bei der Überprüfung, ob im Sedimentationsbecken zu viel Schlamm angesammelt ist, geht es vor allem darum zu prüfen, ob der Schlammschaber reibungslos funktioniert. Wenn der Schlammschaber unregelmäßig bewegt wird oder rutscht, muss geprüft werden, ob tatsächlich zu viel Schlamm im Sedimentationsbecken vorhanden ist. 6. Analyse von Störungen im Betrieb von Biologischen Filtern – Die häufigsten Störungen im Betrieb von Biologischen Filtern entstehen durch Schwankungen im Einzugswasser, die Auswirkungen auf die bereits gebildete Biofilm-Schicht haben. Wenn die Biologische Filteranlage nicht optimal funktioniert, hat das erhebliche Auswirkungen auf das anschließende System mit aktiver Schlammmethode. Die Analyse der häufigsten Fehlerursachen bei Biologischen Filtern ist wie folgt. (1) Ursachen für das Versagen von Biofiltern aufgrund abnormaler pH-Werte: Ähnlich wie bei Aktivschlamm ist die Biofilm-Schicht zwar widerstandsfähiger gegenüber schwankenden pH-Werten als das Aktivschlammverfahren, doch nach dem Kontakt mit Abwasser mit abnormalen pH-Werten erleidet sie ebenfalls erhebliche Schäden. Da die Mikroorganismen auf der Oberfläche der Biofilm durch den Einfluss geschädigt werden und absterben, werden auch die Mikroorganismen im Inneren des Biofilms beeinträchtigt und abgestoßen. Dadurch löst sich letztendlich der gesamte Biofilm auf. Die abblätternden Biofilme können sehr leicht die Zwischenräume des Filtermaterials in den Biofiltern verstopfen, wodurch der Wasserfluss gestört wird und es zu Überlaufen kommt. Nachdem sich die Biofilm durch Einflüsse des pH-Werts abgelöst hat, benötigt er eine gewisse Zeit zur Selbstheilung. In der Regel braucht es etwa eine Woche, um sich zu erholen, nachdem die Auswirkungen von Schwankungen des pH-Werts beseitigt wurden. (2) Mangelhaftes Wachstum von Biomembranen – Ein typisches Merkmal eines mangelhaften Wachstums von Biomembranen ist, dass diese entweder zu dick oder zu dünn wachsen. Außerdem ist es recht häufig, dass die Dicke der Biopolymerbeschichtung ungleichmäßig ist. Abgesehen von dem Gehalt an organischen Stoffen im Einlaufwasser der Biologischen Filteranlage hängt es auch davon ab, ob im Einlaufwasser ausreichend Nährstoffe vorhanden sind. Wenn der Gehalt an organischen Stoffen im Eingangswasser zu gering ist, ist die Biologiefilm-Schicht dünn ； Wenn der Gehalt an organischen Stoffen im Einlaufwasser zu hoch ist, wächst die Biologiefilm-Bildung stark an, wodurch auf dem Filtermaterial in der Regel ein zu dicker Biologiefilm entsteht. Bei der tatsächlichen Betriebsprüfung stellte sich heraus, dass die Biologische Schicht zu dick ist. Dadurch ist ihre Fähigkeit, organische Stoffe zu entfernen, nicht unbedingt höher als bei einer dünneren Biologischen Schicht. Der Grund dafür ist, dass die Effizienz bei der Entfernung organischer Stoffe aus dem Abwasser von der effektiven Kontaktfläche zwischen der Biologischen Schicht und dem Abwasser abhängt – und nicht von der Dicke der Schicht selbst. Das Defizit an Nährstoffen im Abwasser lässt sich genauso verstehen wie der Bedarf an Nährstoffen im Betrieb der Aktivschlammtechnik. Deshalb müssen vor dem Einströmen des Wassers in den Biologischen Filter Nährstoffe zugegeben werden. Da bei der Dosierung von Nährstoffen die Bedürfnisse der Mikroorganismen in biologischen Filtern und im Aktivschlammverfahren berücksichtigt werden müssen, ist die Wahl des Gehalts an organischen Stoffen im zugegebenen Nährstoffpräparat recht wichtig. In der Abwasserbehandlungsanlage dieses großen Papierherstellers wird die Menge an Nährstoffen, die vor den Bioreaktoren zugegeben wird, anhand des Wertes für die organischen Stoffe im Einlaufwasser berechnet – wobei dieser Wert aus dem Gehalt an organischen Stoffen im Abwasser des Vorreinigungsbeckens entnommen wird. Eine solche Berechnungsmethode führt unweigerlich dazu, dass im Biologischen Filter noch nicht verbrauchte Nährstoffe vorhanden sind. Diese Nährstoffe gelangen anschließend in das Aktivschlamm-System, wo sie erneut genutzt werden können. Oberflächlich betrachtet gibt es bei der Zugabe solcher Nährstoffe kein Problem. In der Praxis stellt sich jedoch heraus, dass aufgrund des übermäßigen Nährstoffgehalts im Biologischen Filter sowie des Fehlens eines Deckels an diesem Filter an der Oberfläche des Filtermaterials zahlreiche Algen wachsen. Dadurch sinkt auch die Effizienz des Biologischen Filterns – in der Regel um 10 % bei der Entfernung von Schadstoffen. Der Grund dafür ist, dass die Algen, die sich dort entwickeln, nicht in der Lage sind, organische Stoffe aus dem Abwasser abzubauen. Sie benötigen lediglich Nährstoffe sowie Sonnenlicht als Energie für ihr Wachstum und ihre Vermehrung. Hinsichtlich der milchig-weißen Verfärbung der Biofilmfarbe ist das Verständnis dafür noch nicht ausreichend. In Verbindung mit der Qualität des Zuflusswassers und den allgemeinen Betriebsbedingungen des Systems wird im Wesentlichen angenommen, dass dies mit einer Schwellung der fadenförmigen Mikroorganismen im Biofilm zusammenhängt. Untersuchungen unter dem Mikroskop zeigen, dass die milchweißen Myzelklumpen aus einer großen Anzahl von fadenförmigen Zellen bestehen. Um die fadenförmigen Zellen herum gibt es kaum Protozoen – was bei der Analyse der Biota durchaus verständlich ist, denn die fadenförmigen Zellen können den Protozoen keine Nahrung liefern, wie es beispielsweise freie Bakterien oder kleine Bakteriengruppen tun. Da auch die fadenförmigen Mikroorganismen in der Lage sind, das Wasser zu reinigen, kann man feststellen, dass, wenn diese Mikroorganismen in großen Mengen in der Biobeschichtung vorkommen, die Effizienz des gesamten Biofilters bei der Entfernung organischer Stoffe aus dem Abwasser nicht deutlich abnimmt – vielmehr sinkt sie nur leicht. In der Regel liegt die Effizienz etwa 10 Prozent unter derjenigen einer normalen Biobeschichtung bei der Entfernung von Organiken. Was die unter dem Mikroskop beobachtbaren Merkmale dieser fadenförmigen Bakterien angeht, so weisen sie Eigenschaften auf, die denen der durch die aktive Schlammbehandlung verursachten Ausdehnung der fadenförmigen Bakterien ähneln – das heißt, sie sind dünn und steif sowie kaum biegsam ； Es gibt auch solche mit weicher Struktur – es handelt sich dabei um fadenförmige Zellen, die typisch für Biomembranen sind. Kurz gesagt: Die starke Vermehrung der fadenförmigen Mikroorganismen führt dazu, dass auf der Biofilm-Schicht im Biologischen Filter milchweiße, verstreute Bakterienansammlungen entstehen. Im Gegensatz zu den Bakterienschleimen, die durch die Adsorptionswirkung der anaeroben Schicht am Filtermaterial haften bleiben, werden die milchweißen fadenförmigen Mikroorganismen hauptsächlich durch ihre feine Oberflächenstruktur daran gehindert, vom Filtermaterial abzufallen – so können sie dem Einfluss des Abwassers standhalten. Obwohl die Fähigkeit der Biopelze, organische Stoffe aus Abwässern abzubauen, nach der Bildung von milchweißen Zellen nicht erheblich abnimmt, stellen wir fest, dass solche fadenförmigen Zellen dazu neigen, in den anschließenden Aktivschlamm-Systemen zu einem Ausbruch von Fadenpilzen zu führen. Der Hauptgrund ist, dass im laufenden Betrieb eine gewisse Menge dieser weißen Biofilme abbröckelt und in den nachgeschalteten Belebungsbecken landet. In der Anfangsphase ist es aufgrund der Anpassungsprobleme an die neue Umgebung schwierig für die filamentösen Zellen, im Bereich der Biobeschichtung zu überleben. Deshalb kommt es in den Belüftungstanks nicht zu einem Ausbruch dieser Zellen. Aber im Laufe der Zeit werden schließlich einige der in den Belüftungstank gelangten filamentösen Mikroorganismen in der Lage sein, sich an die neue Umgebung anzupassen. Dadurch können sie dort eine dominante Population bilden und somit die Gesamtleistung des Aktivschlamm-Systems beeinträchtigen. 7. Analyse der häufig auftretenden Störungsursachen beim Betrieb von Belüftungstanks (1) Ursachen für die Entstehung von Schaum auf der Oberfläche des Belüftungstanks Bei der Analyse des Schaums auf der Oberfläche des Belüftungstanks sollte man sich bewusst machen, dass dieser Schaum entsteht, weil seine Dichte geringer ist als die des Gemischs im Belüftungstank – daher schwimmt er an der Oberfläche. Man kann also bei der Beurteilung der Ursachen für das Auftreten von Schaum im Aerationstank von dieser Seite aus beginnen. Aus Sicht des praktischen Betriebs liegt der Hauptgrund in den in dem Schlamm enthaltenen Blasen. Und als Grund dafür, dass Blasen als Schwebstoffe entstehen, ist lediglich die Tatsache, dass sie dazu führen, dass der Schwebstoff an die Oberfläche steigt. Der eigentliche Grund dafür, warum Blasen in der Lage sind, den Schwebstoff zu tragen, muss jedoch noch geklärt werden. Man kann annehmen, dass die Entstehung von Blasen aufgrund der Belüftung unvermeidlich ist. Die Hauptfrage ist also, ob aktives Schlamm die Fähigkeit besitzt, Blasen zu adsorbieren und einzuhüllen. Wenn diese Fähigkeit vorhanden ist, werden die nach dem Aufnehmen von Luftblasen entstandenen Bakterienklumpen natürlich an der Oberfläche der Flüssigkeit schweben. Das ist der Grund, warum wir die Schwebstoffe an der Oberfläche der Aerationstanks erkennen können. Die Fähigkeit des aktiven Schlammes, Blasen aufzunehmen, wird hauptsächlich vom Aktivschlamm selbst bestimmt. Durch die übermäßige Sekretion seiner eigenen klebrigen Substanzen steigt die Klebrigkeit des aktiven Schlammes erheblich, wodurch auch die Fähigkeit zur Adsorption kleiner Blasen zunimmt. Kommen wir nun wieder darauf zurück, die Ursachen für die Entstehung von Blasen zu analysieren. Wie bereits erwähnt, kann die Belüftung eine große Anzahl kleiner Blasen erzeugen, die vom klebrigen Aktivschlamm aufgenommen werden. Dies führt letztendlich zur Entstehung von Schwebstoffen. Außerdem entstehen Blasen durch die Gase, die bei der Zersetzung organischer Stoffe durch den aktiven Schlamm freigesetzt werden. Zu diesen Gasen gehören Kohlendioxid und Wasserstoff. Solche Blasen führen in der Praxis dazu, dass der klebrige aktive Schlamm zu Trübungen führt. Ebenso kann es aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt im aktiven Schlamm zur Denitrifikation kommen, wodurch ebenfalls Blasen entstehen, die zu einem Schwebeteil führen. Es ist für die Betriebsführung äußerst wichtig, herauszufinden, welche Art von Blasen für die Schaumbildung auf der Flüssigkeitsoberfläche verantwortlich sind – damit man den Prozess entsprechend anpassen kann. Die hier übliche Untersuchungsmethode ist das Sedimentationsverhältnis des aktiven Schlammes. Nachdem man den Sedimentationsgrad des aktiven Schlammes untersucht hat, kann man bei Betrachtung der Schaumkrone auf der Flüssigkeitsoberfläche deutlich Blasen erkennen. Diese Blasen entstehen während des Belüftungsprozesses. Mit bloßem Auge sind diese Blasen in der Schaumkrone nicht sichtbar. Doch unter dem Mikroskop lassen sie sich erkennen – man kann dann annehmen, dass es sich um Blasen handelt, die bei der Zersetzung organischer Stoffe durch den aktiven Schlamm entstehen. Der Unterschied hier liegt in den Indikatoren für den Vergleich der Größe der Blasen. Ein weiterer Vergleich betrifft die schnelle, geringfügige Umrühung der Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche. Wenn die Schicht nach dieser Umrühung wieder nach unten sinkt, kann man davon ausgehen, dass die Blasen in dieser Schicht durch die Zersetzung von organischem Material durch den aktiven Schlamm entstehen – oder durch den Prozess der Denitrifikation beim aktiven Schlamm. Und wenn nach dem Rühren der Oberflächenschlammreste keine deutliche Absenkung dieser Schlammreste zu beobachten ist, wird in den meisten Fällen angenommen, dass die Blasen, die sich in diesen Oberflächenschlammresten befinden, aus der Belüftung des aktiven Schlammes stammen. Dies geschieht durch die Bestimmung der Entstehungsquelle von Blasen im Schaum auf der Flüssigkeitsoberfläche anhand der nach dem Rühren der Oberfläche auftretenden Phänomene. (2) Die Ursache für den erdigen Geruch des Aktivschlamms: Bei der Inspektion der Bioreaktoren kann man einen deutlichen erdigen Geruch wahrnehmen. Dies ist hauptsächlich der charakteristische Geruch, der beim Abbau von organischen Stoffen sowie bei der Vermehrung und dem Stoffwechsel des Aktivschlamms entsteht. Im Aktivschlamm befinden sich neben lebenden Bakterien auch tote Bakterien; dadurch weist der Aktivschlamm die Eigenschaften von Schlamm auf. Durch die Belüftung werden die verschiedenen Gerüche im aktiven Schlamm herausgeatmet, was der Hauptgrund dafür ist, dass man beim Umhergehen in der Nähe des Belüftungsbeckens einen erdigen Geruch wahrnimmt. Hier wird der erdige Geruch, der von dem Aktivschlamm ausgeht, nicht als negativ angesehen. Im Gegenteil: Dieser erdige Geruch ist notwendig, um die normale Funktion des Aktivschlamms zu bestätigen. Wenn hingegen im Bioreaktor kein erdiger Geruch wahrnehmbar ist oder andere Gerüche wahrgenommen werden, dann weist das Aktivschlammsystem Probleme auf – in solchen Fällen ist eine gründliche Überprüfung erforderlich. Das Ausmaß des erdigen Geruchs von Aktivschlamm hängt von der Temperatur und dem Reaktionsgrad des Aktivschlamms ab. Im Sommer verstärkt die hohe Temperatur die Verdunstung des erdigen Geruchs über den Bioreaktoren – das ist der Grund, warum dieser Geruch im Sommer stärker wahrgenommen wird ； Im Winter ist es umgekehrt. Gleichzeitig hängt der faulige Geruch des aktiven Schlammes auch von der Intensität der Reaktionen im biologischen System ab. Wenn die Konzentration des aktiven Schlammes zu hoch ist, werden die biologischen Reaktionen intensiver – dadurch entsteht ebenfalls ein stärkerer fauliger Geruch. In der Praxis hat sich gezeigt, dass anhand der Stärke des Bodengeruchs beurteilt werden kann, ob das Aktivschlamm-System in einem guten Betriebszustand ist. Im Allgemeinen ist es schwierig, einen starken, fauligen Geruch des aktiven Schlammes wahrzunehmen, wenn die Belastung durch den aktiven Schlamm zu hoch ist oder wenn der aktive Schlamm sich im Alterungsprozess befindet. Dies ist sehr hilfreich, um eine umfassende Beurteilung der Betriebsbedingungen des aktiven Schlammes zu ermöglichen. Neben dem erdigen Geruch des aktiven Schlammes in den biologischen Behältern kann man auch weitere Gerüche wahrnehmen, insbesondere saure oder alkalische Gerüche. Der Hauptgrund dafür ist, dass Abwässer mit zu hohem oder zu niedrigem pH-Wert in das biologische System gelangen, wodurch sich der pH-Wert der gesamten Aktivschlammmischung im biologischen System stark verändert. In solchen Fällen kann man leicht einen sauren oder alkalischen Geruch in der Umgebung des biochemischen Systems wahrnehmen. In diesem Fall ist eine Anpassung des biochemischen Systems äußerst notwendig – andernfalls könnten unnötige Auswirkungen auf dieses System entstehen. (3) Das Problem der Blasen in den Belüftungstanks: Die Ursachen für das Problem der Blasen in den Belüftungstanks sind vielfältig, und ihre Analyse ist recht komplex. Dennoch gibt es aus praktischer Sicht bestimmte Muster, denen man folgen kann. Die Analyse kann hauptsächlich aus den folgenden Aspekten erfolgen. 1) Der Schaum im Aerationstank entsteht bis zu einem gewissen Grad aus Schaum. Durch die ständige Ansammlung von Schaum wird der Schlammschutz immer dicker, wodurch es innerhalb des Schlammschutzes zu anaeroben Bedingungen und Verfärbungen kommt. Der Zerfall des vorhandenen Schlamms und die Entstehung neues Schlamms – diese gegenseitigen Prozesse bestimmen die endgültige Dicke der Schlammschicht. Der zersetzte Schlamm wiederum ist die Hauptursache für die Trübheit des Abwassers aus dem Sedimentationsbecken. Zudem führt er zu erhöhten Werten an organischen Stoffen im Abwasser. Auf der Grundlage der oben genannten Analyse sollten wir der Entstehung von Schaum im biologischen Reaktor große Aufmerksamkeit schenken, um eine Förderung der Bildung von Schwebstoffen an der Oberfläche der Reaktorflüssigkeit zu vermeiden. 2) Das Auftreten von Schwebstoffen im Aerationstank hängt mit der zu hohen Viskosität des aktiven Schlammes zusammen. Ebenso lässt sich feststellen, dass das Entstehen von Schaum ebenfalls mit der Viskosität des aktiven Schlammes zusammenhängt. 3) Auch die Farbe der Schaumkrone auf der Oberfläche des Bioreaktors kann den Menschen viele Hinweise geben. Wenn braunbraune Schaumblasen auftreten, lässt sich anhand der Brüchigkeit des Schaums sowie der Geschwindigkeit seines Anstiegs beurteilen, ob es sich um Schaum handelt, der durch das Altern des aktiven Schlammes entsteht. Die zuvor erläuterten Kennwerte können auf verschiedene Weise genutzt werden, um festzustellen, ob es zu einem Alterungsprozess des aktiven Schlammes kommt. Dazu gehören beispielsweise das Sedimentationsverhältnis des aktiven Schlammes, der SVI-Wert, der F/M-Wert sowie die Schlammalterung. Hier möchten wir noch einen Punkt hervorheben: Wenn es zu ernsthaften Alterungsproblemen beim aktiven Schlamm kommt, entsteht an der Oberfläche des biologischen Behälters braunbraunes Schaummaterial. Zu den Merkmalen dieses Schaums gehören neben seiner braunbraunen Farbe auch seine Brüchigkeit, die Tendenz, sich zu Schwebstoffen anzusammeln, sowie eine niedrige Viskosität. Neben der üblichen braunen Schaumkrone gibt es eine weitere häufige Schaumart: den weißen Schaum. Neben der weißen Farbe sind hohe Viskosität, Neigung zum Ansammeln sowie das Fehlen von Trübstoffen weitere wichtige Merkmale, anhand derer Weißschäume identifiziert werden können. Das Entstehen solcher Schaumstoffe kann uns in der Regel deutliche Anzeichen für Störungen im Aktivschlamm-System liefern. Ein weiterer, äußerst praktisch relevanter Indikator, der hier aufgezeigt werden muss, ist, dass die Entstehung solcher weißen Schaumstoffe mit plötzlichen, hohen Belastungen im Aktivschlamm-System zusammenhängt. Was den Mechanismus angeht, so kann man annehmen, dass bei Abwässern mit hohem Organikgehalt unter geeigneten Bedingungen der Belüftung ebenfalls eine hohe Schaumbildung möglich ist – genauso wie in Ablaufbecken an Stellen mit Strömungsbrüchen in der Regel große Mengen an Schaum entstehen. Man kann sich also vorstellen, dass die Konzentration an organischen Stoffen im abgeleiteten Wasser – beispielsweise gemessen am COD-Wert – in der Regel nicht über 100 mg/L liegt. In solchen Fällen kann es zu einer Ansammlung von Schaum entstehen. Im Gegensatz dazu enthält das Abwasser, das in die biologische Reinigungsanlage gelangt, in der Regel mehr organische Stoffe – ebenfalls gemessen am COD-Wert –, nämlich über 500 mg/L. Solches Abwasser mit hohem Belastungsniveau führt dazu, dass unter dem Einfluss der Belüftung leicht eine Ansammlung von Schaum entsteht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass aktives Schlamm bei einer hohen Belastung durch große Mengen an Abwasser eine große Menge an weißer, klebriger Schaumbildung erzeugen kann. Die Oberfläche dieses Schaums weist keine braunbraunen Rückstände des aktiven Schlamms auf. Mit „keinen braunbraunen Rückständen“ ist gemeint, dass der aktive Schlamm unter solcher hohen Belastung nicht in einem Alterungsprozess ist – daher gibt es auch keine zerfallenen Teile des aktiven Schlamms, die an der Oberfläche des weißen, klebrigen Schaums haften könnten. Im Gegenteil: Die Mikroorganismen im aktiven Schlamm befinden sich in einem Zustand exponentiellen Wachstums, wodurch ihre Aktivität sehr hoch ist. Es entstehen somit keine freien Bakterienkolonien, die an der Oberfläche des weißen, klebrigen Schaums haften könnten. 4) Was die im vorherigen Punkt ausführlich erläuterten Probleme mit Schaumbildung durch Alterung des Schlammes und Stoßlasten betrifft, so müssen diese auch von einigen besonderen Fällen unterschieden werden. Es müssen hauptsächlich zwei besondere Fälle unterschieden werden: der durch den Einfluss des Waschmittels entstehende Schaum sowie der Schaum, der nach der Zersetzung im aktiven Schlamm entsteht. Das Waschmittel gelangt in das biologische System – man sieht dabei weiße Schaumstoffe, die zähflüssig sind. Allerdings ist ihre Zähflüssigkeit nicht so hoch wie die der weißen Schaumstoffe, die entstehen, wenn die Belastung zu hoch ist. Außerdem kann die durch Waschmittel und Oberflächendispersionen entstehende Schaumkrone in der Sonne leicht gefärbt sein. Dies liegt daran, dass solche Waschmittel sowie Oberflächendispersionen und Tenside meist aus Erdöl hergestellt werden und somit Öle enthalten. Dadurch entsteht unter dem Einfluss der Sonnenstrahlen eine gefärbte Reflexion auf dem Schaum. Um weiter zu klären, ob es sich um Schaum handelt, der durch Waschmittel oder Oberflächendispersanten/Oberflächenaktivstoffe entsteht, kann dies im physikalisch-chemischen Bereich vor dem biologischen Becken überprüft werden. Dabei geht es insbesondere darum, zu beobachten, ob am Auslass des Primärsedimentationsbeckens Schaum entsteht. In der Regel entsteht aufgrund hoher Belastungen und eines zu hohen Anteils an organischen Stoffen im Abwasser keine Schaumbildung, sofern der Wasserüberschlag nicht allzu ausgeprägt ist. Doch durch Waschmittel, Oberflächendispersanten sowie Tenside entstehen bereits bei geringen Wellenbewegungen viele Blasen. Manchmal entstehen auch im Bereich der Rührer in den Anlagen zur Zusatz von Stoffen Blasen – das unterscheidet sich von den Blasen, die durch den hohen Anteil an Organikstoffen in den Abwässern entstehen. Die durch eine Vergiftung des aktiven Schlammes entstehenden Blasen können an ihrer Farbe von den durch das Altern des aktiven Schlammes entstehenden Blasen unterschieden werden. Nach einer Vergiftung zerfällt das aktive Schlamm schnell. Zudem wird er durch die Belüftung nach oben gedrückt und bildet Blasen an der Oberfläche. Doch diese Blasen haben eine trübe Farbe – meist grau. Im Gegensatz dazu weisen die Blasen, die bei dem Altern des aktiven Schlamms entstehen, noch eine lebendige Farbe auf, und der aktive Schlamm haftet weiterhin an diesen Blasen. Natürlich ist die beste Methode zur unterstützenden Diagnose die Beobachtung der Protozoen unter dem Mikroskop – so wird eine Bestätigung erleichtert. 8. Analyse der häufigen Fehlerursachen beim Betrieb des Zweiten Sedimentationsbeckens. Die meisten Fehler im Zweiten Sedimentationsbecken entstehen aufgrund von Störungen im Betrieb des Belüftungsbereichs. Da der Belüftungsbereich eng mit dem Zweiten Sedimentationsbecken verbunden ist, hat dessen Funktionsfähigkeit direkten Einfluss auf die Qualität des Wassers, das nach der Trennung des aktiven Schlammes aus dem Becken abgeleitet wird. Deshalb ist es notwendig, die Ursachen für die häufigen Störungen zu analysieren. (1) Schaum auf der Wasseroberfläche im Zweitklärbecken: Im Zweitklärbecken selbst entsteht kaum Schaum; dieser stammt hauptsächlich aus dem Belebungsbecken. Da der Schaum, der in dem Belüftungstank entsteht, leicht in den Sekundärtank gelangt und an dessen Oberfläche schwimmt – und der Sekundärtank keine Mischfunktion besitzt –, kommt es dort noch eher zur Bildung von Schaum. Natürlich im Vergleich zu einem Belebungsbecken. In dem Sekundärklärbecken kommt es eher zu einer Denitrifikation des Aktivschlamms. Dies führt letztendlich dazu, dass große Mengen an Aktivschlamm an die Oberfläche steigen und eine Schicht auf der Wasseroberfläche bilden. Der Grund dafür ist, dass die Denitrifikation relativ sauerstoffarme und anaerobe Bedingungen erfordert – in dem Belüftungsbehälter jedoch keine anaeroben Bedingungen herrschen. Dies ist der Grund, warum im Zweitklärbecken eine Denitrifikation des Aktivschlamms leicht auftritt – insbesondere wenn am Ausgang des Belebungsbeckens der gelöste Sauerstoff zu niedrig ist und das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis stark unausgeglichen ist. (2) Im Abwasser des Sekundärklärbeckens treten Schwimmstoffe auf. Die Entstehung von Schwimmstoffen hängt hauptsächlich mit dem Altern der Aktivschlamms zusammen; nach dem Zerfall des gealterten Aktivschlamms entstehen feine Flocken, die im Wasser schweben und – bevor sie sich absetzen können – aus dem Sekundärklärbecken austreten, wodurch sie zu Schwimmstoffen im Abwasser werden. Natürlich ist in vielen Fällen das Auftreten von Schwimm-Schlamm das Ergebnis mehrerer Faktoren – beispielsweise einer zu hohen hydraulischen Belastung, wodurch die Flokkel des aktiven Schlamms in der Mischung nicht rechtzeitig unter normalen Bedingungen absetzen können und daher aus dem Becken herausgespült werden. (3) Aufstieg der Aktivschlammklumpen im Zweiten Sedimentationsbecken: Wenn wir das Zweite Sedimentationsbecken inspizieren, schauen wir in der Regel auf den Zustand des Wassers in der Nähe des Eingangs des Beckens – denn dort zeigen sich bereits frühzeitig Anzeichen dafür, wie gut oder schlecht die Sedimentation im Becken funktioniert. Wenn am Eingang für das Wasser große Mengen an aktiver Schlammmasse nach oben geschwemmt werden, ist das in der Regel ein ernstes Problem. Wenn die aufsteigenden Aktivschlammklumpen dieser Gruppen nicht rechtzeitig im Zweiten Sedimentationsbecken absetzen können, werden sie unweigerlich aus diesem herausfließen. Das ist für das gesamte Aktivschlamm-System fatal, denn sobald die Klumpen das Zweite Sedimentationsbecken verlassen, nimmt die Anzahl der Mikroorganismen im Belüftungstank drastisch ab. Dadurch benötigt der Belüftungstank längere Zeit, um sich wieder zu erholen. Zudem wird das abgeleitete Wasser mit Sicherheit über die zulässigen Werte hinausgehen. Was ist also der Grund dafür, dass die Aktivschlammklumpen im Zweiten Sedimentationsbecken nach oben steigen? In der Praxis hat sich gezeigt, dass solche Situationen eng mit einer Schwellung der aktiven Schlammorganismen durch Filamentierende Bakterien zusammenhängen – das ist auch der Grund, warum wir uns wegen dieser Schwellungen große Sorgen machen. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass die Klumpen der aktiven Schlammstoffe nach einer Ausdehnung durch Filamentenbakterien bei weiteren Belastungen durch hydraulische Kräfte nach oben geschoben werden. (4) Das übermäßige Wachstum von Moos am Austrittsrand des Zweiten Sedimentationsbeckens ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass der Nährstoffgehalt im Wasser des Zweiten Sedimentationsbeckens zu hoch ist. Dadurch können Algen in Gegenwart von Licht in großen Mengen wachsen. In Kombination mit der Messung der Nährstoffe im Abwasser des Zweiten Sedimentationsbeckens lässt sich feststellen, ob das Algenwachstum auf einen zu hohen Überschuss an Nährstoffen zurückzuführen ist. 9 Analyse von Betriebsstörungen in den drei Sedimentationsbecken In diesem großen Papierhersteller treten in den drei Sedimentationsbecken in der Regel keine vielen Störungen auf, da sie dazu dienen, eine zusätzliche Absicherung für die Sedimentation im zweiten Sedimentationsbecken zu bieten. Aber das Problem liegt eher im Bereich der physikalisch-chemischen Reaktionen vor dem dritten Sedimentationsbecken – hier machen einige Bediener leicht Fehler. Bei den Vorgängen in der Phasenumwandlungszone dieser Zone besteht das Hauptziel darin, die mit dem Absetzwasser mitgelieferten feinen Partikel zu verstärken. Durch das Hinzufügen von Chemikalien soll es möglich werden, diese Partikel im dritten Sedimentationsbecken effektiver zu entfernen. Aber bei der Dosierung treten häufig Probleme auf, weil die verwendeten Mittel genau denselben Eigenschaften wie die Substanzen im physikalisch-chemischen Abschnitt vor dem Sedimentationsbecken haben. Dadurch entsteht ein Problem: Die in der vor dem Primärsedimentationsbecken liegenden chemisch-physikalischen Behandlungsstufe zugeführten Stoffe richten sich gegen die im Abwasser enthaltenen Suspensionsstoffe – diese bestehen meist aus Tonpartikeln, die eine negative Ladung tragen. Deshalb sind die durch das Hinzufügen von PAC in dieser Zone entstehenden Partikel sehr klein. Erst durch das weitere Hinzufügen des Koagulans PAM (negativ geladen) werden die Flocken größer. Der Grund dafür ist, dass PAC als Gerüst für die Bildung von Flocken dient. Durch die Flockungswirkung von PAC werden die Partikel im Abwasser miteinander verbunden. An den Polymergruppen von PAC können dabei viele negativ geladene Kolloidpartikel oder partikel mit tonartigen Eigenschaften adsorbiert werden. Ein Nachteil von PAC ist jedoch, dass es nicht möglich ist, weitere Flocken an bereits entstandene Flocken anzulagern und so das Volumen der Flocken weiter zu vergrößern. Deshalb sind die durch das Hinzufügen von PAC entstehenden Flocken in der Regel sehr klein. Um beurteilen zu können, ob das Hinzufügen von PAC sinnvoll ist, muss man prüfen, ob zwischen den entstandenen Flocken im gesamten Gemisch klare Wasserzonen vorhanden sind – also ob es zwischen den Partikeln klare Zwischenräume gibt. Eine solche Beobachtung ist sehr hilfreich, um die Wirksamkeit des Einsatzes von PAC zu bewerten. Nach dem Zusetzen von PAC wird PAM hinzugefügt, um die Vergrößerung der Klumpen durch Koagulation zu verstärken – dafür haben wir auch theoretische Unterstützung. PAM ist ein organischer Hochmolekül-Koagulans mit sehr hohem Molekulargewicht. Nach der Hydrolyse entstehen zahlreiche Koagulationsmonomere, die über eine starke Fähigkeit verfügen, Partikel im Wasser anzuziehen und zu fangen. In der Regel wird PAM in Kombination mit PAC verwendet – es handelt sich dabei um negativ geladene Monomere, die durch die Ionisierung und Hydrolyse von PAM entstehen. Wie bereits erwähnt, werden nach der Adsorption der positiv geladenen Gruppen durch PAC fast alle an einer PAC-Kette befindlichen Gruppen mit negativ geladenen Stoffen wie Tonpartikeln besetzt. Wenn anschließend PAM mit starker negativer Ladung zugegeben wird, kann das auf PAM basierende Gerüst eine große Anzahl von PAC-Kettengruppen binden. Wenn eine PAM-Kerngruppe viele PAC-Kettengruppen gebunden hat, entstehen große Flockenpartikel. Hier können wir deutlich sehen, wie die in wässrigen Medien mit negativer Ladung vorhandenen Partikelstoffe vom positiv geladenen PAC aufgenommen werden und so zu langkettigen Flocken entstehen. Anschließend wird das negativ geladene Koagulans PAM hinzugefügt; dieses wiederum bindet die vom PAC aufgenommenen positiv geladenen Stoffe aneinander und führt so zur weiteren Vergrößerung der Flocken. Das ist im Großen und Ganzen der Prozess der Bildung großer Flocken. Um das Abwasser aus dem dritten Sedimentationsbecken zu gewährleisten, müssen die Aktivschlammklumpen, die aus dem zweiten Sedimentationsbecken fließen, durch Zugabe von Fällungsmitteln abgeschieden werden. Wir stellten fest, dass die Zugabe einer geringen Menge an Koagulanzien überhaupt keine Flockung bewirkt. Der Grund für dieses Phänomen ist, dass die Flocken, die aus dem Zweiten Sedimentationsbecken austritten, meist aktive Schlammklumpen sind, die sich wieder aufgelöst haben. Aktiver Schlamm besteht aus Partikeln, die eine starke negative Ladung tragen. Doch wenn der aktive Schlamm aus verschiedenen Gründen wieder aufgelöst wird, ist es äußerst schwierig, diese aufgelösten Schlammklumpen erneut zu fokussieren. Ohne die natürlichen Klebstoffe, die in den Mikroorganismen des aktiven Schlamms vorhanden sind, können die negativ geladenen Schlammklumpen nicht zu größeren Klumpen zusammengefügt werden. Dies ist insbesondere bei den Aktivschlammkörnern zu beobachten, die mit dem Wasserstrom aus dem Zweiten Sedimentationsbecken abgeführt werden. Daher wird es schwierig sein, eine gute Flockung zu erzielen, wenn in dem physikalisch-chemischen Bereich vor den drei Sedimentationsbecken nicht ausreichend PAC zugegeben wird. Viele Betreiber gehen bei diesem Phänomen meist davon aus, dass die Menge an zugeführtem PAM unzureichend ist. Deshalb erhöhen sie die Menge an PAM, die zugeführt wird. Infolgedessen kommt es zu einer großen Menge an negativ geladenen PAM-Molekülen. Diese können mit den negativ geladenen Flocken des aktiven Schlammes nicht zusammengefügt werden. Das Ergebnis ist, dass keine Flocken entstehen – im Gegenteil: Die Partikel des aktiven Schlammes werden noch stabiler voneinander getrennt, wodurch eine Flockung überhaupt nicht mehr möglich ist. Um dieses Problem zu lösen, ist es wichtig, die Menge an PAC zu erhöhen. PAC kann dabei als Gerüst für die Flocken dienen. Da aus dem Zweiten Sedimentationsbecken nur eine begrenzte Anzahl an aktiven Schlammpartikeln austritt, gibt es bei geringer Anzahl dieser Partikel weniger Möglichkeiten dazu, dass die Partikel miteinander zusammenkleben. Diese verstreuten Flockungspartikel können nur durch eine erhöhte Menge an PAC bewirkt werden, wobei PAC als Faserrahmen dient, um die Flockungseffekte zu verbessern. Die Praxis hat außerdem gezeigt, dass eine klare Bestimmung der elektrischen Eigenschaften des Schlammes im Zweiten Sedimentationsbecken uns dabei sehr hilft, die geeigneten Flockungsmittel und Zusatzstoffe auszuwählen sowie deren Menge festzulegen.