Biologische Wassereinigung Vier Fragen für eine richtige Anwendung von MBBR- und IFAS-Technologie

Autor / Redakteur: Christian Börner, René Trübenbach* / M.A. Manja Wühr

Wer bei der Auslegung eines Moving-Bed-Biofilm-Reaktors lediglich auf die reine Fläche des Trägermaterials achtet, dem blühen nicht selten Probleme im Betrieb. Um auf Nummer sicher zu gehen, gilt es diese vier Fragen zu klären.

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Mutag BioChip blue (25 mm) aus 2017
Mutag BioChip blue (25 mm) aus 2017
(Bild: Multi Umwelttechnologie)

MBBR steht für Moving-Bed-Biofilm-Reaktor und IFAS steht für Integrated Fixed-Film-Activated-Sludge-System. Hierbei wird ein Carrier aus Kunststoff in einen Reaktionsbehälter eingefüllt und im Wasser oder Wasser-Schlammgemisch durchmischt. Im Unterschied zum MBBR wird im IFAS zusätzlich der Belebtschlamm aus der Schlammrückführung genutzt. Damit kommt die Kombination aus Biofilm und Belebtschlamm in ein- und demselben Reaktionsvolumen zur Anwendung.

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Für die biologische Wasserreinigung erfreut sich die MBBR/IFAS-Technologie weltweit wachsender Beliebtheit. Für die Planung solcher Anlagen gibt es kompetente, verfahrenstechnische Biotechnologen mit dem fachspezifischen Know-how. Nicht selten versuchen jedoch unerfahrene Anlagenbauer sowie auch Kunststoffproduzenten ohne verfahrenstechnisches Know-how aus gesammelten Informationen diese Technologie zu realisieren oder schlicht gesagt, zu kopieren. Doch die Tücken stecken in der Detailplanung von Anlagen und Fehler nach der Ausführung sind kaum reparabel.

Worauf kommt es bei MBBR/IFAS-Anlagen an?

Zunächst ist die richtige und vollständige Aufgabenstellung für die Bearbeitung des Projektes erforderlich. Neben den räumlichen Gegebenheiten und Anforderungen ist die genaue Bestimmung der Abwasserzulauf- und der -ablaufparameter erforderlich. Die Größe der MBBR/IFAS-Behälter und das Füllvolumen an Carrier wird anhand der Frachten und unter Berücksichtigung spezifischer Produktfaktoren des Trägermediums bestimmt. Die Frachten werden aus dem nominalen Zulauf (m3/h/m3/d) und den einzelnen Konzentrationen, z.B. CSB (mg/l) berechnet. Die Wassertemperatur im Auslegungspunkt, der Yield und die produktspezifischen Umsatzraten des ausgewählten Trägermaterials sind wesentliche Faktoren für die Bemessung von MBBR/IFAS-Anlagen.

Warum ist die Wassertemperatur wichtig?

Zur Berechnung oder auch im Angebotsvergleich von Auslegungen von verschiedenen Anbietern ist die Betrachtung der Wassertemperatur im MBBR/IFAS besonders wichtig. Eine falsche Temperaturannahme hat folgende Auswirkungen: Wird die Auslegungstemperatur in der Berechnung hoch angesetzt, z.B. 35 °C, dann wird mit einer hohen biologischen Umsatzrate gerechnet und dabei wird das Reaktionsvolumen und auch der Bedarf an Carrier klein. Man erhält einen niedrigen Angebotspreis. Das kann im Regelbetrieb zur Folge haben, dass bei niedrigeren Temperaturen, etwa 25 °C, das Reaktionsvolumen und die Menge des Trägermaterials zur Einhaltung der Ablaufanforderungen nicht ausreicht und weiteres Trägermaterial nachgefüllt werden muss, soweit dies überhaupt vom zulässigen Füllvolumen (maximal ca. 50 bis 70 %) möglich ist.

Wird die Auslegungstemperatur niedrig angesetzt, z.B. 10 °C, dann ergeben sich größere Behälter- und Trägermaterialvolumen, obwohl die Temperatur in der Realität wahrscheinlich höher liegt. Größere Behälter mit größerem Füllvolumen sind zwar nicht negativ für die biologischen Eigenschaften, erhöhen aber die Investitionskosten.

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Um die richtige Auslegung einer MBBR/IFAS-Anlage zu erhalten, ist es also unbedingt erforderlich, die minimalen und maximalen Auslegungstemperaturen festzulegen und darauf zu achten, dass diese Festlegung wirklich berücksichtigt wurde.

Sollte der Sauerstoffbedarf zur Auslegung des Belüftungssystems bestimmt werden, dann ist darauf zu achten, dass hierzu die hohe Wassertemperatur in Ansatz gebracht wurde, weil die Sauerstofflöslichkeit in warmem Wasser schlechter ist als in niedrigeren Temperaturbereichern. Diese Reaktion ist also genau umgekehrt von der Umsatzberechnung. Somit gilt die allgemeine Regel:

  • für Reaktions- und Trägermaterialvolumen ist die niedrigere Temperatur zu berücksichtigen,
  • für die Auslegung des Sauerstoffeintrags ist die höhere Temperatur erforderlich.

Warum ist der Yield von Bedeutung?

Der Yield ist für die Auslegung der MBBR/IFAS besonders wichtig. Er beeinflusst Behältergröße/Trägermaterialvolumen und Sauerstoffeintrag. Mit dem Yield wird der Biomassezuwachs in den Berechnungen berücksichtigt. Er ist ein „Erfahrungswert“ aus Pilotierungen, Referenzanlagen und ist je Abwasserherkunft unterschiedlich. Ein falsch gewählter Yield kann zu einer falschen Auslegungsgröße von MBBR/IFAS-Anlagen führen.

Warum müssen Umsatzraten festgelegt werden?

In MBBR/IFAS-Anlagen leisten die Träger im Wesentlichen den Stoffumsatz, also die Reduzierung der Abwasserbelastung. Sie sind sozusagen das „Kernstück“ für die optimale Leistung. Die für die Auslegung von MBBR/IFAS erforderlichen Umsatzraten sind das Maß der „Leistungsfähigkeit“. Der Produzent muss i.d.R. die Leistungsfähigkeit seines Trägermaterials kennen, weil er ansonsten alle Risiken auf seine Auftraggeber verlagert. Die Umsatzraten basieren auf langjährigen Betriebserfahrungen mit dem Trägermaterial in Großanlagen, Pilotierungen oder labortechnische Untersuchungen. Großen Einfluss auf die Leistung haben Parameter wie Abwasserherkunft, Zusammensetzung, Temperatur, Nährstoffversorgung oder auch Sauerstoffeintrag.

Seit Jahrzehnten werden in ­MBBR/IFAS-Anlagen bestimmte Hohlkörper verwendet. Aufgrund verschiedener Nachteile dieser Hohlkörper wurden in den letzten zehn Jahren weitere Entwicklungen betrieben und z.B. die porösen PE-Schaumträger in Chipform entwickelt. Multi Umwelttechnologie hat in dieser Zeit parallel mit der Produktentwicklung und Optimierung auch die verfahrenstechnische Anwendung in vielen Abwasserarten und Anwendungen mit hohem Aufwand betrieben, damit für dieses spezielle Produkt auch zuverlässige Aussagen über die Leistungsfähigkeit getroffen werden können.

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An Hohlkörpern siedeln sich die Organismen an den zur Verfügung stehenden Flächen bis zur Abscherung an und damit ist eine Vergleichsmöglichkeit über die theoretisch ermittelte Oberfläche möglich. Deshalb der Flächenvergleich verschiedener Produktformen und Hersteller.

Bei einem geschäumten Material mit Porensystem ist dieser Flächenvergleich nicht oder nur bedingt aussagefähig, weil die Leistungsfähigkeit von der Menge an aktiver Biomasse unter den verschiedensten Bedingungen abhängig ist. Ein Vergleich der Flächen für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit kann nur nach Langzeit-Vergleichstests unter absolut gleichen Milieubedingungen für das spezielle Abwassermedium durchgeführt werden.

Fazit: Für die sichere und wirtschaftliche Auslegung der Anlagengröße von MBBR/IFAS helfen keine Schätzungen. Wassertemperatur, Yield und auch die Leistungsfähigkeit von porösen Trägern in dem jeweils zu behandelnden Abwasser muss unbedingt belegt bzw. bestimmt sein.

Weitere Informationen zur MBBR- und IFAS-Technologie stellt die Firma Multi Umwelttechnologie auf Youtube bereit.

* Die Autoren arbeiten im Sales Mutag Biochip bei Multi Umwelttechnologie AG, Aue.

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