Biologischer Schadstoffabbau in Abwässern der chemischen Industrie

Trägermaterial Abwasserbehandlung
Trägermaterial für biologische Abwasserbehandlung

Insbesondere in Fällen wenn Abwässer als schwer behandelbar gelten, ist es bei einer Abwasserbehandlung mit dem TFR-Bioreaktor oftmals möglich, bei niedrigen Betriebskosten die Entsorgungsgebühren drastisch zu reduzieren. Das Abwasser wird über einem kleinkörnigen Trägermaterial verrieselt, sodass die zur aeroben Behandlung erforderliche Luft alleine mit einem Ventilator aufgebracht werden kann.

chemisch-physikalische Abwasserreinigung
Chemisch-physikalische Abwasserreinigung im Innenbereich

Abwässer der Chemieindustrie

Die meisten in der chemischen Industrie anfallenden Abwässer enthalten eine hohe Konzentration organischer Verbindungen aus den unterschiedlichsten Stoffklassen. Werden diese unbehandelt im natürlichen Gewässer abgebaut, so würde dies eine starke Sauerstoffzehrung und damit eine massive Störung des biologischen Gleichgewichts verursachen. Bei der Erhöhung der Entsorgungskosten durch die verantwortliche Kläranlage oder einer Produktionserweiterung stellt sich oft die Frage, ob mit einer gezielten eigenen Vorbehandlung der betrieblichen Abwässer Gebühren eingespart werden können. Wegen ihrer einfachen Technologie sowie der im Gegensatz zu chemisch-physikalischen Prozessen weitgehenden Zerlegung der Schadstoffe, wird dabei vermehrt auf biologische Verfahren zurückgegriffen.

 

Sauerstofflöslichkeit limitiert das Verfahren

In modernen aeroben biologischen Anlagen werden die Mikroorganismen in vollständig eingestauten Reaktionsräumen innerhalb eines geschlossenen Wasserkörpers gehalten, sodass die Zugabe von Sauerstoff durch das Einbringen von Luft gegen den Druck der Wassersäule erfolgen muss. Die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser liegt innerhalb des relevanten Temperaturbereiches unter zehn Milligramm pro Liter und steht damit im krassen Gegensatz zu der für eine biologische Oxidation der meisten Industrieabwässer notwendigen Sauerstoffmenge von mehreren Tausend Milligramm pro Liter. Eine hohe Raumabbauleistung erfordert einen erheblichen Aufwand für die Belüftung und wird oftmals durch die unzureichende Sauerstoffnachlieferung begrenzt.

Biologische Abwasserbehandlung
Prinzip des Herzstücks der biologischen Abwasserbehandlung von DAS Environmental Expert

Abbaugeschwindigkeit bestimmt das Anlagenvolumen

Dagegen wird das Abwasser beim TFR-Bioreaktor über einem kleinkörnigen locker liegenden Trägermaterial derart verrieselt, dass die kontinuierlich notwendige Luft alleine mit einem Ventilator im Überschuss zugegeben und an die Biomasse direkt herangeführt werden kann. Der ungehinderte Stoffübergang zwischen Abwasser, Sauerstoff und der an die jeweiligen Bedingungen optimal angepassten Mikroorganismen-Population sowie der einfache Anlagenaufbau sorgen für eine hohe Abbaugeschwindigkeit bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten.

Der TFR-Bioreaktor in der chemischen Industrie

Nachdem der TFR-Bioreaktor 2006 entwickelt und auf dem Markt eingeführt wurde, liegen jetzt auch umfangreiche Einsatzerfahrungen im Bereich der chemischen Industrie vor. Im Folgenden sollen einige Beispiele für die Behandlung von Produktionsabwässern vor Indirekteinleitung in die zuständige Kläranlage und vor Direkteinleitung in den Vorfluter sowie für die Eliminierung biologisch schwer abbaubarer Verbindungen näher beschrieben werden.

Rauchgasentschwefelung eines großen Berliner Kraftwerks

Bis zur Inbetriebnahme einer biologischen Behandlung musste beispielsweise das Abwasser aus der Rauchgasentschwefelung eines großen Berliner Kraftwerks über die Schritte Sammlung, Transport, Verbrennung und Verknappung aufwändig entsorgt werden. Heute wird das Abwasser direkt in die Spree eingeleitet, denn nach dem biologischen Abbau der hauptsächlich aus Ameisensäure bestehenden organischen Substanz. liegt die Konzentration stabil unter der CSB-Grenze von 60 mg/l. Trotz der großen Salzkonzentration von durchschnittlich 15 g/l Chlorid ist die biologische Abbaugeschwindigkeit dabei so hoch, dass ein vergleichsweise geringes Anlagenvolumen erforderlich ist. Die Bioreaktoren wurden in ihren Abmessungen variiert und in eine vorhandene Halle eingepasst. Aufgrund des geringen Gewichts der Bioreaktoren in allen Betriebszuständen konnte die gesamte Anlage auf einer Zwischendecke aufgebaut werden.

Produktionsabwasser aus der gummiverarbeitenden Industrie

Ein anderes Anwendungsbeispiel kommt aus Tschechien. In Hradek n. N. ist das Produktionsabwasser eines Betriebes aus der gummiverarbeitenden Industrie mit tensidhaitigen Gleitmitteln und anderen biologisch schwer abbaubaren Verbindungen belastet. Deshalb wurde von der Behörde eine Vorbehandlung zur Reduzierung der CSB-Konzentration vor Einleitung in die kommunale Kläranlage gefordert.

Nach Vorversuchen im Vergleich mit chemisch-physikalischen Technologien wurde das TFR-Bioreaktor-Prinzip als Verfahren mit dem geringsten Aufwand ausgewählt. Aufgrund der günstigen Bedingungen in den Bioreaktoren bildete sich in nur wenigen Wochen eine spezifisch angepasste Mikroorganismen-Population mit einer großen Anzahl von "Spezialisten" für den Abbau der biologisch schwer verwertbaren Verbindungen heraus. Die Anlage konnte auf Grundlage des modularen Aufbaus stufenweise errichtet, an die tatsächlichen Bedingungen angepasst und wesentlich kleiner ausgelegt werden als zunächst angenommen worden war. Die wegen des hohen Tensidgehaltes große Neigung des Abwassers zur Schaumbildung stellt weder für den Betrieb noch für die Abbauleistung des Bioreaktors ein Problem dar.

Reduzierung schwer abbaubarer Verbindungen

Der industriellen Abwasseraufbereitung geht in der Regel der mehrmonatige Betrieb einer Pilotanlage vor Ort voraus. Dies dient der Erfassung des tatsächlichen Abwasseranfalls und damit der Auslegung der Aufbereitungsanlage auf die optimale Größe sowie zur Demonstration des geringen Kontrollaufwandes und der Stabilität des Verfahrens.

Diagramm für Abbauversuche mit Versuchsanlage
Übersicht der Abbauversuche mit der Versuchsanlage für biologische aerobe Abwasserbehandlung

Versuchsanlage bestätigt biologische Abbaubarkeit

Ergebnisse dieser Pilotversuche zeigen, dass die TFR-Technologie über den effektiven Abbau biologisch gut verwertbarer Fracht hinaus auch für die Reduzierung schwer abbaubarer Verbindungen, welche oftmals einen großen Teil der Belastung von Chemieabwässern ausmachen, vorteilhaft ist. Günstige Wachstumsbedingungen ermöglichen die Ausbildung einer an die chemische Zusammensetzung des jeweiligen Abwassers optimal angepassten Mischpopulation in hoher Konzentration.

So konnte bei der Behandlung von pharmazeutischen Abwässern neben dem Abbau der aus Lösungsmitteln resultierenden organischen Fracht eine Reduzierung der AOX-Belastung um 80 bzw. 97% nachgewiesen werden. Untersuchungen zur Optimierung der Abbauleistung und des Abbaugrades von Abwässern mit wechselnden Stoffströmen aus der Produktion von Fotochemikalien, Feinchemikalien, Farbstoffen sowie Schlichtemitteln zeigen auch, dass mit dem TFR-Bioreaktor trotz der teilweise unvermeidbaren Schwankungen der Konzentration und der Zusammensetzung des Mischabwassers eine hohe und stabile Abbauleistung erreicht werden kann.

Gebühreneinsparung auch bei schwer behandelbaren Abwässern

Auch in Fällen von als schwer behandelbar geltenden Abwässern ist es oftmals möglich, bei niedrigen Betriebskosten eine erhebliche Gebühreneinsparung mit einer dementsprechend kurzen Amortisationszeit zu erreichen. TFR-Bioreaktoren werden im Modulsystem errichtet und können damit an die geforderte Reduzierung der Konzentration in einem gegebenen Abwasserstrom sowie an die vorhandenen Platz und Raumverhältnisse direkt angepasst werden. Eine spätere Erweiterung im Falle eines höheren Wasseraufkommens oder verschärfter Grenzwerte ist kurzfristig und ohne großen Aufwand möglich.

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