Reduzierung von Energieverbrauch und Stickstoff in Abwässern
In Regionen wie Mitteleuropa liegt die Abwassertemperatur durchschnittlich bei nicht mehr als 15 Grad Celsius, in Skandinavien sogar oft darunter. Eine Erwärmung des gesamten Abwasserstroms auf Temperaturen, die eine anaerobe Zersetzung begünstigen, ist daher wirtschaftlich nicht umsetzbar. Diesem Problem nahmen sich die Mitarbeiter des EU-finanzierten Projekts 'Biofilms in bioreactors for advanced nitrogen removal from wastewater' (BIONIT) an. Das Konsortium untersuchte die Temperatur kommunaler Abwässer und für den Stickstoffentzug konzipierte Biofilm-Bioreaktoren, wobei die Forscher anaerobe und aerobe Aufbereitungstechnologien kombinierten. Biofilme können als eine Ansammlung von Mikroorganismen betrachtet werden, die als zusammenhängende Masse auf einer Oberfläche haften. Bisher konnten die Nitrifikation in Biofilmreaktoren sowie die Denitrifikation in Reaktoren mit körniger Biomasse nur bei Temperaturen über 25 Grad Celsius demonstriert werden. Deswegen müssen die Biofilme, die in den beiden Reaktortypen zum Einsatz kommen, mit dem Ziel untersucht werden, die Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse auch bei niedrigeren Temperaturen zu ermöglichen. Dies konnte erreicht werden, indem ein zur Nitrifikation bestimmter Biofilmreaktor mit Wirbelbettverfahren bei verschiedenen Temperaturen und unter Verwendung unterschiedlicher Parameter betrieben wurde. Diese Reaktoren wurden über ein Jahr lang betrieben, um ihre langfristige Leistungsfähigkeit einschätzen zu können. Mit dem Betrieb von Reaktoren zur Denitrifikation und anaeroben Ammoniakoxidation wurde auch ein alternatives Verfahren genauer untersucht. Der Forschungsschwerpunkt lag auf dem anaeroben körnigen Biomassefilm und den in diesem stattfindenden Transportprozessen. Die Mikroorganismenpopulation im Denitrifikationsbiofilm wurde mithilfe von Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung untersucht. Mit dieser Technologie konnte die Existenz und Menge stickstoff- und ammoniakoxidierender Bakterien in den in den Reaktoren gezüchteten Biofilmen nachgewiesen bzw. ermittelt werden. Mithilfe von Magentresonanztomographie konnten die Transportmuster studiert und die bio-verfügbaren im anaeroben körnigen Biofilm enthaltenen Nährstoffe aufgespürt werden. Dies war von hoher Bedeutung, denn der Stickstoff- und Sauerstofftransport ist essentiell für die Steuerung der Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse. Die Ergebnisse des BIONIT-Projekts lassen in wirtschaftlicher wie ökologischer Sicht auf eine deutliche Verbesserung des kommunalen Klärbetriebs in Europa hoffen. Dies wird zu einer Reduzierung des Energiebedarfs von Kläranlagen, einer Verringerung des Überschussschlamms und einer Senkung der Betriebskosten führen. Dies wird Europa aus wirtschaftlicher wie aus umwelttechnischer Sicht zugutekommen.
Schlüsselbegriffe
Abwasser, Biofilm, Stickstoffentzug, anaerobe Zersetzung, Bioreaktor, Nitrifikation, Denitrifikation
