Aufgrund der unterschiedlichen Zusammensetzung von Industrieabwässern erfordern Aufbereitungssysteme häufig eine Kombination mehrerer Methoden, um die erforderlichen Abflussstandards zu erreichen. Abwasserbehandlungsmethoden werden basierend auf den verwendeten Techniken in vier Kategorien eingeteilt: physikalische, chemische, physikalisch-chemische und biologische. Die biologische Behandlung nutzt die Stoffwechselprozesse von Mikroorganismen im Abwasser, um biologisch abbaubare organische Stoffe zu zersetzen. Es ist für seine große Aufbereitungskapazität, Kosten-effektivität und wirtschaftliche Zuverlässigkeit bekannt und die weltweit am weitesten verbreitete Methode zur Wasseraufbereitung.
Anwendung von Belüftern in der Abwasserbehandlung
Biologische Behandlungsmethoden werden basierend auf dem Sauerstoffbedarf der beteiligten Mikroorganismen in zwei Hauptkategorien unterteilt: aerobe und anaerobe. Im Allgemeinen eignen sich aerobe Methoden besser für Abwässer mit niedriger-Konzentration, etwa Abwässer aus Ethylenanlagen, während anaerobe Methoden besser für Schlamm und Abwässer mit höherer -Konzentration geeignet sind. Die aerobe biologische Behandlung kann weiter in Belebtschlammverfahren und Biofilmverfahren unterteilt werden.
Das Belebtschlammverfahren ist eine künstliche Verbesserung der natürlichen Wasserreinigung, bei der Belebtschlamm als primäres Mittel zur Entfernung organischer Schadstoffe eingesetzt wird. Die im Belebtschlamm vorhandenen aeroben Mikroorganismen benötigen für ihre effektive Funktion die Anwesenheit von Sauerstoff. Im Belebungsbecken eines biologischen Abwasserbehandlungssystems korreliert die Effizienz der Sauerstoffübertragung positiv mit der Wachstumsrate aerober Mikroorganismen. Die Sauerstoffversorgung muss anhand der Menge und physiologischen Eigenschaften der aeroben Mikroorganismen sowie der Beschaffenheit und Konzentration des Substrats umfassend bestimmt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Belebtschlamm in seinem optimalen Zustand für den Abbau organischer Stoffe arbeitet. Experimentelle Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Gehalt an gelöstem Sauerstoff (DO) im Belebungsbecken bei 3–4 mg/L gehalten werden sollte. Eine unzureichende Sauerstoffversorgung führt zu einer schlechten Belebtschlammleistung und einer verringerten Behandlungseffizienz. Um eine ausreichende Sauerstoffversorgung sicherzustellen, sind spezielle Geräte wie Belüfter unerlässlich.
Prinzip der Belüftung
Belüftung ist ein Mittel, um einen intensiven Kontakt zwischen Luft und Wasser herzustellen. Sein Ziel ist es, Sauerstoff aus der Luft in das Wasser zu lösen oder unerwünschte Gase und flüchtige Substanzen aus dem Wasser in die Luft zu entfernen. Mit anderen Worten: Es fördert den Stoffaustausch zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase. Die Belüftung erfüllt auch andere wichtige Funktionen wie Mischen und Rühren.
Der Sauerstofftransfer von Luft zu Wasser beinhaltet einen Stoffübergang von der Gasphase in die flüssige Phase. Eine weit verbreitete Theorie, die diesen Diffusionsprozess beschreibt, ist die Zwei-{1}Filmtheorie von Lewis und Whitman. Diese Theorie geht davon aus, dass an der Gas-{3}}Wasser-Grenzfläche ein Gasfilm und ein Flüssigkeitsfilm existieren. In den Regionen außerhalb dieser Filme kommt es zu turbulenten Luft- bzw. Wasserströmungen. Zwischen den Gas- und Flüssigkeitsfilmen liegt ein laminarer Strömungsbereich, in dem es keine Konvektion gibt, wodurch unter bestimmten Bedingungen Druck- und Konzentrationsgradienten entstehen. Liegt die Sauerstoffkonzentration im Flüssigkeitsfilm unterhalb des Sättigungsniveaus im Wasser, diffundiert weiterhin Sauerstoff aus der Luft durch die Filme in das Gewässer. Somit stellen die Flüssigkeits- und Gasfilme den primären Widerstand gegen die Sauerstoffübertragung dar. Der effektivste Weg, den Widerstand des Flüssigkeitsfilms zu überwinden, besteht eindeutig darin, die Gas-{9}}Flüssigkeitsgrenzfläche schnell zu erneuern.
Die Belüftung erreicht dies genau durch:
1. Reduzierung der Blasengröße
2.Erhöhung der Blasenmenge
3.Verbesserung der Flüssigkeitsturbulenz
4.Erhöhung der Einbautiefe des Belüfters
5.Verlängerung der Blasen-Flüssigkeitskontaktzeit
Auf der Grundlage dieser Prinzipien werden in der Abwasseraufbereitung häufig Belüftungsgeräte eingesetzt.