Betriebsmanagement von Belüftungstanks in Kläranlagen sowie Lösungen für häufige Probleme

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 25.02.2016 um 08:52 bearbeitet. Der Betrieb der Kläranlage ist ein zentraler Bestandteil der Abwasserbehandlung – er hat direkten Einfluss auf die Qualität des Abwassers, das aus der Kläranlage austritt, sowie auf die Produktionskosten. Bei mangelnder Verwaltung kann es zu einem Zusammenbruch des Abwasserbehandlungssystems kommen. Im Folgenden werden einige Aspekte der Betriebsverwaltung von Belüftungstanks im Rahmen der Aktivschlammverfahren erläutert: Bei vollständig gemischten Belüftungstanks kann durch die Regulierung der Eingangsventile dafür gesorgt werden, dass die Wassermengen, die in die parallel arbeitenden Belüftungstanks gelangen, gleichmäßig sind und die Lasten gleich sind. Das Prinzip der stufenweisen Belüftung erfordert eine gleichmäßige Zufuhr von Wasser an mehreren Stellen entlang der Länge des Belüftungstanks, damit die Mikroorganismen unter gleichmäßigen Bedingungen ihre Fähigkeit zur Zersetzung organischer Stoffe voll ausschöpfen können. In Systemen mit Aktivschlammverfahren muss bei der Prozesssteuerung – unabhängig von der gewählten Betriebsweise und je nach Anforderungen an die Behandlungseffizienz sowie die Qualität des Abwassers – auf einige wichtige Parameter geachtet werden, wie die Schlammbelastung, die Schlammhaltezeit und die Schlammkonzentration. Die Anpassung der Schlammbelastung muss unter Berücksichtigung der Klumpungs- und Sedimentationsfähigkeit des Schlamms erfolgen, wobei darauf geachtet werden muss, den Belastungsbereich von 0,5–1,5 kg BOD5/(kg·MLSS·Tag) zu vermeiden – in diesem Bereich ist die Sedimentationsfähigkeit des Schlamms schlecht und es besteht ein hohes Risiko für eine Schlammbildung. Da die Schlammhaltezeit die durchschnittliche Zeit ist, die neuer Schlamm im Aerationsbecken verbringt, und somit Aufschluss über die Zusammensetzung der Mikroorganismen im aktiven Schlamm gibt, können Mikroorganismen mit einer längeren Generationszeit nicht im System vermehren. Daher muss bei der Kohlenstoff- und Stickstoffentfernung aus dem Abwasser berücksichtigt werden, wie stark sich die Schlammmenge unter bestimmten Temperaturen entwickelt – dabei wird die Schlammhaltezeit genutzt, um die Menge des abzugebenden Restschlamms zu steuern. So kann eine bessere Reinigungswirkung erzielt werden. Die Konzentration des Schlammes bestimmt in gewissem Maße die Sicherheit des Betriebsverfahrens nach dem Aktivschlammverfahren. Hohe Schlammkonzentration, starke Fähigkeit, Schocklasten zu bewältigen. Bei einer bestimmten organischen Belastung ist die Belüftungszeit relativ kurz. Bei konstanter Belüftungsdauer ist die Lastrate niedrig. Außerdem steht die Schlammkonzentration in direktem Verhältnis zum Sauerstoffbedarf. Eine zu hohe Schlammkonzentration führt zu einer verringerten Aufnahmefähigkeit für Sauerstoff. Zudem kann aufgrund des erhöhten Rückflusses von Schlamm sowie aufgrund der Eigenschaften der Wassermenge ein hoher Schlammindex entstehen, was wiederum das Auftreten von Schlammexpansionen begünstigt. Daher sollte die Konzentration des Schlammes bei 2500–3000 mg/L gehalten werden. Zusammenfassend lässt sich sagen: Wenn die Schlammbelastung, die Verweildauer des Schlamms sowie seine Konzentration im optimalen Bereich gehalten werden und je nach tatsächlicher Situation angepasst werden, können die Mikroorganismen regelmäßig und ausgewogen wachsen. Dadurch hat der aktive Schlamm gute Sedimentationseigenschaften, und es kann eine stabile Reinigungswirkung erzielt werden. Der maximale Sauerstoffbedarf beim Aktivschlammverfahren tritt am Anfang des Belüftungstanks auf, wo das Abwasser mit dem Schlamm vermischt wird. Wenn somit der erforderliche Gehalt an gelöstem Sauerstoff am Auslass gewährleistet ist, wird auch der Sauerstoffbedarf am Eingang gedeckt. Am Anfang des vollständig gemischten Belüftungstanks wird somit sichergestellt, dass der bei der Abwasserentnahme erforderliche Sauerstoffgehalt erreicht wird – dadurch werden auch die Sauerstoffanforderungen am Eingang des Tanks erfüllt. Vollständig gemischte Belüftungskammern – der Sauerstoffgehalt im gesamten Becken ist gleichmäßig. Auch das Abwasser aus den Verfahren zur biologischen Stickstoffentfernung wie A/O und A2/O befindet sich am Ende im aeroben Bereich. Daher sollte der Gehalt an gelöstem Sauerstoff am Ausgang des Aerationsbeckens kontrolliert werden. Es wird allgemein angenommen, dass ein Sauerstoffsättigungsniveau von 0,5 mg/L ausreicht, um die Stoffwechselfunktionen der Mikroorganismen aufrechtzuerhalten. Doch bei einem Gelöstem Sauerstoffgehalt unter 2 mg/L kann es zu einem Wachstum von Fadenalgen kommen. Zudem werden die Aktivschlammflocken kleiner, wodurch ihre Sedimentationsfähigkeit nachlässt. Insgesamt sollte der Gelöste Sauerstoffgehalt am Auslass des Belüftungstanks bei 2 mg/L liegen. Der Sedimentationsgrad sowie die Konzentration des Schlamms in der Mischung im Belüftungstank geben Aufschluss über die Menge an Schlamm, die für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Belüftungstanks erforderlich ist. Der Sedimentationsgrad sollte in der Regel zwischen 20 % und 30 % liegen. Die Konzentration des Schlamms hingegen variiert je nach Betriebsweise. Wenn sie unter diesen Grenzwerten liegt, muss weniger Schlamm abgeführt werden; wenn sie darüber liegt, muss mehr Schlamm abgeführt werden. Auch wenn diese Methode etwas grob ist, ist sie einfach anzuwenden und erleichtert die Verwaltung. Die Belüftungskammern funktionieren einwandfrei. Der aktive Schlamm hat eine flockige Struktur, ist braun-gelb gefärbt und weist keinen unangenehmen Geruch auf. Seine Adsorptions- und Sedimentationsfähigkeiten sind gut. Bei der Sedimentation entsteht eine deutliche Trennlinie zwischen Schlamm und Wasser. Unter dem Mikroskop ist zu erkennen, dass die Bakterienkolonien gut wachsen. Zu den Indikatororganismen gehören vor allem anhaftende sowie traubenförmige Ciliaten wie Glockenwürmer, Ciliaten und Cryptomonaden. Zudem sind dort geringe Mengen an Schleimpilzen sowie anderen Organismen vorhanden. Bei den Parametern des Setzungsverhältnisses und der Schlammkonzentration in der Mischung treten Anomalien wie Schlammexpansion auf. Der Sauerstoffbedarf hängt von der Stoffwechsellaktivität der Mikroorganismen ab. Niedriger Sauerstoffgehalt behindert die normalen Stoffwechselprozesse. Ein zu hoher Sauerstoffgehalt wiederum beschleunigt die Oxidation organischer Stoffe, was zur Alterung des Schlammes führt. Dies erhöht die Betriebskosten und kann außerdem dazu führen, dass im Sekundärsetzbecken eine Denitrifikation stattfindet. Der Schlammindex kann den Grad der Lockerheit sowie die Konditionierfähigkeit des aktiven Schlamms widerspiegeln. Ein zu niedriger Schlammindex deutet darauf hin, dass die Schlammkörner klein sind, viel an anorganischen Stoffen enthalten sind und somit an Aktivität sowie Adsorptionsfähigkeit mangeln. Ein zu hoher Schlammindex deutet darauf hin, dass der Schlamm schwer zu sedimentieren und zu trennen ist – er ist also entweder bereits aufgebläht oder wird es bald sein. Im Normalbetrieb beträgt das Setzungsverhältnis etwa 30 %, der gelöste Sauerstoffgehalt liegt bei 0,5–2,0 mg/L. Der Schlammindex liegt bei 80–120 L/g; damit können die Bediener den Zustand des Schlamms in den Belüftungstanks beurteilen. In der Übergangszeit vom Frühling zum Sommer, wenn die Wassertemperatur zwischen 15 °C und 30 °C liegt, vermehrt sich die Art Bacillus globigii am schnellsten – es handelt sich dabei um einen der Mikroorganismen, die zur Ausdehnung von filamentösen Organismen führen. Wenn zu diesem Zeitpunkt der gelöste Sauerstoff im Becken niedrig ist, werden in den Belüftungstanks viele Fadenalgen wachsen, was zu einer Vergrößerung des Schlammvolumens führt. Deshalb sollte in dieser Phase die Belüftungsleistung erhöht oder die Menge des zugeführten Wassers verringert werden, um die Belastung zu verringern. Ebenso kann die Konzentration des Schlammes etwas gesenkt werden, damit der Sauerstoffbedarf geringer wird. Außerdem kann in den toten Winkeln der Sekundärsetzbecken im Sommer durch angesammelten Schlamm eine anaerobe Gärung entstehen. Es ist daher wichtig, den Schlamm rechtzeitig und gründlich abzuführen, um zu verhindern, dass er an die Oberfläche steigt und mit dem Wasser abgeführt wird – dadurch könnte die Qualität des Abwassers beeinträchtigt werden. Im Herbst, Sommer und Winter kann es außerdem zu einer Entstickung des Schlammes oder zu seiner Zersetzung kommen. Die Bediener sollten entsprechend den Ursachen konkrete und wirksame Maßnahmen zur Prävention und Bekämpfung ergreifen. Bei der Behandlung von Abwasser mit der Aktivschlammmethode ist die Reinigungseffizienz am besten, wenn die Wassertemperatur zwischen 20 und 30 Grad liegt. Wenn die Wassertemperatur bei 7 bis 8 Grad gehalten werden kann, können Maßnahmen wie eine Erhöhung der Konzentration des Aktivschlamms sowie eine Verringerung der Schlammbelastung ergriffen werden, um die Qualität des zweiten Reinigungswassers zu gewährleisten. Bei Prozesssystemen zur Phosphat- und Stickstoffentfernung kann man die durch niedrige Wassertemperaturen verursachten Auswirkungen durch Verlängerung der Belüftungszeit oder andere Maßnahmen zur Erhöhung der Wassertemperatur kompensieren. Bei dem Betrieb sind einige Punkte zu beachten. Der Rückfluss in die gemeinsam genutzten Belüftungstanks wird während des Probelaufs anhand des Öffnungsgrades der Ventile sowie der Drehzahl der Laufräder bestimmt. Im Betriebsmodus kann dieser Wert als Orientierungshilfe verwendet werden – oder auch die Stabilität des Sedimentationsbereichs kann herangezogen werden. Hauptsache ist, dass der Rückfluss den Sedimentationsbereich nicht beeinträchtigt. Wenn der Temperaturunterschied zwischen der komprimierten Luft nach der Belüftung und der Außentemperatur groß ist – insbesondere im Winter – kann es in den Luftleitungen zu Kondenswasser kommen. Dadurch wird der Luftfluss behindert, was wiederum die normale Belüftung beeinträchtigt. Deshalb sollte das Kondenswasser sowie die Feuchtigkeit regelmäßig abgeleitet werden. Nachdem das Ablassen abgeschlossen ist, muss der Ventil sofort geschlossen werden, um ein Austreten der Luft zu verhindern. Während der Betriebszeit des Aerationbeckens deutet das Auftreten vieler weißer Blasen an der Oberfläche darauf hin, dass die Konzentration des Schlammes in der Mischung im Becken zu niedrig ist. Dies kann in der Anfangsphase der Zucht aktiver Schlammstoffe oder dann auftreten, wenn die Konzentration des zurückgeführten Schlammes gering ist und die Menge des zurückgeführten Schlammes ebenfalls gering ist. In diesem Fall sollte man versuchen, die Konzentration des Schlammes zu erhöhen, sodass sie 2–3 Gramm pro Liter beträgt. Allerdings kann es vorkommen, dass auf der Oberfläche des Aerationstanks viele braun-gelbe oder andere farbige Blasen auftauchen. Dies kann daran liegen, dass der Kohlenstoffgehalt im Einlaufwasser zu hoch ist, dass sich filamentöse Bakterien stark vermehren oder dass das Einlaufwasser große Mengen an Tensiden enthält. In solchen Fällen sollte man die Konzentration des Schlammes verringern und die Belüftung reduzieren, um die Situation allmählich zu verbessern. Während der Betrieb des Belüftungsrades muss auf die Tauchtiefe geachtet werden. Wenn das Rad ordnungsgemäß funktioniert, drücken die Wellen um es herum gegen die Wände des Beckens – es spritzen keine Wassertropfen, und der Stromverbrauch bleibt konstant. Dazu kann in den getrennt gebauten Belüftungstanks der Ablaufventil gesenkt werden, wodurch der Wasserspiegel im Tank ansteigt. Dadurch wird verhindert, dass die Laufräder über die Wasseroberfläche hinausragen und dass sich die Blätter verstopfen. Die Schiebetüren des Rückflussfensters in den gemeinsam errichteten Belüftungstanks dürfen nicht zu hoch angehoben werden. Andernfalls kann der Ausfluss durch das Rückflussfenster die Wirbelströmung stören, wodurch die Blätter über die Wasseroberfläche gehoben werden oder verstopfen können. Man sollte darauf achten, die Öffnungsgrad der Fenster stets anzupassen. Bei der langfristigen Betriebsweise des Aerationstanks müssen die im Inneren verbliebenen Schlammansammlungen in den Ecken beseitigt werden. Außerdem können die verschiedenen Aufblasköpfe durch Schlamm verstopft oder beschädigt werden. Deshalb sollten sie regelmäßig gereinigt, überprüft und ersetzt werden. Die üblichen Stahlkomponenten im Becken müssen gegen Korrosion geschützt werden. Gleichzeitig müssen die Luftleitungen dicht gehalten und regelmäßig überprüft werden, um Verluste von Luft sowie einen Mangel an Sauerstoff zu vermeiden – schließlich würde das sonst zu Energieverschwendung führen.