Verfahren im Bewegtbett-Biofilmreaktor (MBBR).
Der MBBR-Prozess ist eine Art Attached-Growth-Prozess. In MBBR-Reaktoren werden Mikroorganismen zur Kohlenstoffentfernung und/oder Nitrifikation auf beweglichen Trägern fixiert. Die Medienträger aus Kunststoff wurden speziell entwickelt, um ein günstiges Umfeld für nachhaltiges und stabiles mikrobielles Wachstum zu bieten, mit einer Dichte, die etwas geringer als die von Wasser ist.
Der MBBR-Prozess arbeitet mit kontinuierlicher Belüftung. Der Zweck der Luftzufuhr besteht darin, den für Mikroorganismen benötigten Sauerstoff bereitzustellen und die Suspension der Medienträger sicherzustellen.
Das Abwasser aus dem Reaktor wird zusammen mit der Schlammmischung zu nachgeschalteten Behandlungseinheiten oder Sedimentationstanks geleitet. Ein bestimmter Anteil des abgesetzten Schlamms wird in den Zulauf des MBBR-Prozesses zurückgeführt. Statische Siebe mit Stababständen, die der Größe der Medienträger entsprechen, werden verwendet, um die Träger im Reaktor zurückzuhalten, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Die unterstützenden Medien gibt es in zwei Formen, wie im Diagramm dargestellt: a. MBBR C, zur Behandlung kohlenstoffhaltiger Schadstoffe; B. MBBR N wird hauptsächlich zur Nitrifikationsbehandlung verwendet.
Bevor der Zufluss in den MBBR-Reaktor gelangt, ist eine wirksame Vorbehandlung erforderlich, z. B. ein Vorklärbecken oder ein Feinsieb.
1.MBBR C
MBBR C verwendet Polyethylenmaterial als kreisförmige Medienträger mit einem Durchmesser von 45 mm und einer Länge von 35 mm. Die spezifische Oberfläche beträgt ca. 310 m²/m³ und der Stababstand des statischen Siebes beträgt 25 mm.
MBBR C ist ein hochbelastetes biologisches Verfahren (Volumenbelastung bis zu 30 kg CSB/(m³·d)), das hauptsächlich zur industriellen Abwasserbehandlung eingesetzt wird, mit einem maximalen Medienfüllungsgrad von 40 Prozent des Reaktorvolumens.
Je nach Behandlungsziel kann dieses Verfahren eingesetzt werden für:
①Vorbehandlung vor Belebtschlammprozessen, häufig in modernisierten Kläranlagen eingesetzt.
②Sekundäre Sedimentationsprozesse in zweistufigen Behandlungs- oder Flotationsprozessen für bestimmte Industrieabwässer.
Die beiden Schemata sind im Diagramm dargestellt:
2.MBBR N
MBBR N verwendet ebenfalls Polyethylenmaterial als kreisförmige Medienträger, jedoch kleiner als die in MBBR C verwendeten Materialien: Durchmesser 10 mm und Länge 7 mm. Die effektive spezifische Oberfläche ist größer und beträgt etwa 870 m²/m³. Der Stababstand des statischen Schirms beträgt 5 mm.
MBBR N hat zwei verschiedene Anwendungen:
① Nitrifikationsreaktion von vorbehandeltem Wasser im MBBR-Reaktor, gefolgt von einer Denitrifikationsreaktion in der anoxischen Zone durch gemischte Flüssigkeitsrezirkulation und Schlammrezirkulation (bezeichnet als MBBR CN). Dieses System ähnelt herkömmlichen Belebtschlammsystemen, die auf eine integrierte Denitrifizierung abzielen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass das Mindestalter des Schlamms kein begrenzender Parameter mehr für das Auslegungsvolumen von Aerobic-Tanks ist, was zu einer erheblichen Reduzierung des erforderlichen Aerobic-Tankvolumens (reduziert) führt auf ca. 1/3). Darüber hinaus können aufgrund des kürzeren Schlammalters und einer vielfältigen Population heterotropher Bakterien höhere Denitrifikationsraten erreicht werden. MBBR CN eignet sich besonders für:
a.Modernisierung von Kläranlagen ohne größere Umbauten: Bestehende Reaktoren können in zwei unabhängige Zonen (anoxische und MBBR CN) unterteilt werden, um die Einspeisekapazität des Belüftungssystems zu erhöhen. Durch den Einbau von Mischflüssigkeits-Rezirkulationspumpen und medienrückhaltenden statischen Sieben kann eine Abwasseraufbereitungsanlage, die ursprünglich nur für die Entfernung kohlenstoffhaltiger Schadstoffe konzipiert war, die TN-Abflussstandards erreichen.
b.Kleine Kläranlagen in kalten Regionen oder mit saisonalen Schwankungen der Schadstoffbelastung: Auf den Trägern haftende Bakterien sorgen für einen schnellen Start nach dem Abschalten und halten die Nitrifikation auch bei niedrigen Temperaturen aufrecht.
② Auf das Abwasser aus der Sekundärbehandlung wird eine Tiefennitrifikationsbehandlung angewendet, gefolgt von einer Fest-Flüssigkeits-Trennung (MBBR N). Das Hauptziel besteht darin, Ammoniakstickstoff zu entfernen oder die TKN-Abgabestandards (Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff) einzuhalten. Das MBBR N-Verfahren eignet sich auch für hochkonzentrierte Ammoniak-Stickstoff-Abwässer, beispielsweise zur Nitrifikationsbehandlung des Schlammrücklaufs aus dem Nitrifikationsbecken.
Die beiden Anwendungsschemata sind in der folgenden Abbildung dargestellt:
3.Vor- und Nachteile
Das MBBR-Verfahren bietet folgende wesentliche Vorteile:
① Schnelle und effiziente Entfernung von kohlenstoffhaltigen Schadstoffen [zufließende volumetrische Belastung von bis zu 30kg CSB/(m³·d)] und Ammoniakstickstoff [volumetrische Belastung von bis zu 0,6 kg NH plus 4-N/ (m³·d)].
②Signifikante Reduzierung des Reaktorvolumens.
③Stabile Behandlungsleistung mit starker Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastungen.
④ Geeignet für die Modernisierung und Erweiterung von Kläranlagen.
Das MBBR-Verfahren hat jedoch folgende Nachteile:
① Bei Abwasser mit niedrigem BSB/TKN-Verhältnis und hoher TKN-Konzentration kann es schwierig sein, eine gründliche Entfernung des Gesamtstickstoffs zu erreichen.
② Die Beschaffenheit des Restschlamms, der bei biochemischen Behandlungsprozessen mittlerer Belastung entsteht, kann instabil sein.