Denitrifikation: einige Verfahren
Stickstoff im kommunalen Abwasser liegen vorwiegend als Eiweiß, Peptide,
Aminosäure, Harnstoff und Ammonium/Ammoniak vor. Nach einer funktionierenden
Nitrifikation ist es fast ausschließlich zum anorganischen Nitrat (NO3-)
umgewandelt. Im Gegensatz zu Ammoniak und Nitrit ist Nitrat relativ ungiftig,
trägt aber neben Phosphat durch die Düngewirkung zur Eutrophierung der
Gewässer bei. Außerdem kann Nitrat unter bestimmen Umständen im
Verdauungssystem von Säugern zu krebserregenden Nitrosaminen und zum
Anämie-auslösenden Nitrit (Blue Babies) umgewandelt werden.
Deshalb ist es notwendig durch weitergehende Abwasserbehandlung das Nitrat zu
umweltneutralem gasförmigen Stickstoff (N2) umzuwandeln. Denn alle
Verbindungen im Auslaufwasser einer Kläranlage landen früher oder später in
den Brunnen der Wasserwerke.
Methoden zur Nitratreduzierung
Es gibt eine Vielzahl von Nitrateliminierungsmethoden - sowohl
physikalisch-chemische als auch biologische.
1. Physikalische Methoden zur Nitratreduzierung
- Umkehrosmose: hierbei
wird das zu behandelnde Wasser durch eine semipermeable (halbdurchlässige)
Membran gedrückt.
- Elektrodialyse: in einem elektrischen Feld wandern die Ionen
gemäß ihrer Ladung durch spezifische Membranen aus dem aufzubereitenden
Wasser.
- Ionenaustausch: Nitrat wird an speziellen geladenen Harzen durch
andere Anionen ausgetauscht (nur salzarmes Wasser, Süßwasser)
- Destillation: Wasser wird verdampft und durch Abkühlung wieder
verflüssigt; Salze verbleiben in der Vorlage.
- enzymatische Umwandlung: durch spezielle Enzyme kann Nitrat zu
Luftstickstoff umgewandelt werden.
- Verschneiden: der Nitratgehalt kann durch Verschneiden mit
Nitrat-freiem oder -armen Wasser erniedrigt werden
2. Biologische Methoden zur Nitratreduzierung
Bei biologischen Methoden werden Mikroorganismen (Bakterien, Algen) und
höhere Organismen (Pflanzen) eingesetzt. Die Nitrateliminierung findet durch
Denitrifikation und Assimilation
statt - in letzter Zeit ist ein direkter Weg gefunden worden. Die sogenannten
Anammox-Bakterien wandeln Ammonium direkt in Luftstickstoff um.
Es werden je nach Anordnung des
Denitrifikationsfilter in der gesamten Aufbereitungsanlage die vorgeschaltete,
die nachgeschaltet, die simultane und die schubweise Denitrifikation
unterschieden.
Bei heterotrophen Verfahren werden Mikroorganismen mit einer C-Quelle versorgt.
Unter anaeroben oder mikroaeroben
Bedingungen sind viele Mikroorganismen dazu in
der Lage, anstatt des Sauerstoffs Nitrat zu veratmen. Als Umwandlungsprodukt
entsteht Luftstickstoff und Biomasse.
Die Biomasse kann fixiert sein (Festbettverfahren) oder frei im Wasser
schwimmen (Belebtschlammverfahren). Bei geringeren Belastungen haben Bakterien
und Algen die Eigenschaft, sich an Oberflächen zu heften oder sich zu
größeren Verbänden (Belebtschlammflocken) zusammen zu schließen. In diesem
Zustand kann das zu behandelnde Wasser an den Mikroorganismen entlang fließen
und die Wasserinhaltsstoffe werden durch die Biomasse aufgenommen (assimiliert)
oder umgewandelt. Bei sehr hohen Belastungen neigen Mikroorganismen dazu, frei
zu schwimmen (suspendiert). Eine Rückhaltung der Biomasse ist in diesem Fall
sehr aufwendig.
einige Festbettverfahren:
- RBR-Verfahren: in einer
sich drehenden Trommel (verhindert Verblockung des Festbettes) wird das
Wasser ohne Rücklaufrate an Blähtonkörpern vorbeigeführt. Als Substrat
setzen die Firmen AQUACARE und AMROTEC Ethanol ein.
- DENIPOR-Verfahren: im Aufstromverfahren wird das Wasser an mit
Bakterien bewachsenen Styroporkugeln entlanggeleitet.
Rücklaufführungsraten von 200-500% sind notwendig, damit einerseits der
Stoffübergang verbessert ist, andererseits die Kugeln durch Bakterien nicht
zusammenwachsen. Als Substrat wird Ethanol verwendet. Verfahren der Firma
PREUSSAG.
- NITRAZUR-Verfahren: ebenfalls im Aufstromverfahren wird das Wasser
an ein blähtonartiges Material (BIOLITE) entlanggeführt. Die Firmen
DEGREMONT und PHILIPP MÜLLER verwenden Ethanol als Substrat.
- OTV-Verfahren (OMNIUM DE TRAITEMENTS ET DE VALORISATION): im
Abstrombetrieb strömt das Wasser an blähtonartigem Trägerkörper (BIODAMINE)
entlang. Substrat: Ethanol.
- DVGW-Verfahren: mit Ethanol als Substrat wird das Wasser in einem
Aktivkohlefestbett (1-3 mm) denitrifiziert und durch eine Bodenpassage nachbehandelt.
- Scheibentauchkörper: poröse Scheiben sind teilweise im Wasser
eingetaucht und drehen sich stetig. Im Inneren kann bei höheren Belastungen
eine Denitrifizierung
stattfinden. Hauptsächlich wird das Verfahren zum CSB-Abbau und
Nitrifikation eingesetzt. Eine zusätzliche C-Quelle wird nicht eingesetzt
(passive Denitrifikation).
- PHB-Verfahren: das Wasser wird an einem Festbett aus
PHB-Füllkörpern (Polybetahydroxibuttersäure) entlanggeführt. Das
Festbett dient sowohl als Aufwuchskörper als auch als C-Quelle. Firma
AQUAMEDIC setzt das Verfahren in der Aquaristik ein.
einige Varianten des Belebtschlammverfahrens:
- vorgeschaltete Denitrifikation: bei der vorgeschalteten Denitrifikation
wird vor dem belüfteten Hauptbecken ein Denitrifikationsbecken gebaut, in
dem die CSB-Fracht ohne Sauerstoffzugabe das vorhandene Nitrat (und Nitrit)
veratmet. Der Ammonium/Ammoniakanteil bleibt unberührt.
- nachgeschaltete Denitrifikation: hinter ein aerob betriebenes
Belebtschlammbecken wird in einem zweiten Becken denitrifiziert, indem ein
Teil des Rohabwassers direkt in das zweite Becken geleitet wird.
- simultane Denitrifikation: in einem Becken existieren aerobe
und anaerobe Teile; das Wasser durchläuft mehrmals die verschiedenen Zonen.
- schubweise Abwasserzugabe: durch schubweise Zugabe des Abwassers in
das Belebtschlammbeckens findet zuerst ein aerober
Abbau des CSBs und die
Nitrifikation statt. Ist der gelöste Sauerstoff verbraucht, wird Nitrat
denitrifiziert. Ist kein Nitrat mehr vorhanden wird das Wasser wieder
belüftet und der Rest-CSB abgebaut. Das Verfahren erniedrigt die Gefahr der
Blähschlammbildung drastisch.
- ADN-Filter: dieses von
AQUACARE alternativ zum RBR eingesetzte Verfahren ist wegen der wesentlich
vereinfachten MSR-Technik
preisgünstig und nahezu wartungsfrei.
- DENITROPUR-Verfahren: in druckfesten Bioreaktoren der Firma SULZER strömt
das Wasser an einen Festkörperbett vorbei. Die Bakterien
"ernähren" sich von gasförmigem Wasserstoff und veratmen das
Nitrat.
- HIRAP: in sogenannten Hochleistungsklärteichen (HIgh Rate
Algae Pond) können Stickstoffverbindungen wie Ammonium, Nitrit und Nitrat direkt
von den im Teich befindlichen Mikroalgen assimiliert (aufgenommen) werden.
Enthalten die Abwässer keine Schwermetalle oder andere persistente Stoffe
kann die erzeugte
Algenbiomasse weiter verwendet werden. Aufgrund des hohen Licht- und
Platzbedarfs lohnen sich solche Anlagen nur in Ländern mit
dementsprechendem Sonnenschein und nicht zu unterschiedlichen Jahreszeiten.
- Schönungsteich: dieses Verfahren ist nur als letzte
Sicherheitsmaßnahme oder bei extrem niedrig belastetem Wasser sinnvoll. Die
Nährstoffe werden durch Algen und höhere Pflanzen (Sumpfpflanzen)
aufgenommen und in Biomasse gespeichert. Die Effektivität diese Methode ist
ebenfalls stark abhängig von der Jahreszeit.
- Pflanzenkläranlagen: ein ähnliches Verfahren wie der
Schönungsteich sind Pflanzenkläranlagen. Einerseits werden Nährstoffe
direkt in pflanzliche Biomasse aufgenommen, aber andererseits sind im
Bodengrund Denitrifikationsprozesse durch die dementsprechenden Bakterien
möglich. Die Methode ist ebenfalls nur für schwach belastete Abwässer
einsetzbar.
Vergleich autotropher Schwefel-Nitrat-Filter versus heterotropher Filter
Alle oben genannten Verfahren unterscheiden sich in punkto Raumbelastung,
Belastungsschwankungen, Temperaturbereich, Investition, laufende Kosten,
Wartungs- und Überwachungsaufwand. Welches Verfahren das optimale ist,
unterscheidet sich von Einsatz zu Einsatz. Alle Verfahren habe ihre Vor- und
Nachteile.
Nachfolgend sind einige Vor- und Nachteile der von AquaCare verwendeten
Verfahren aufgeführt:
autotropher "Schwefel"-Filter
(z.B. ADN-Filter von AquaCare) |
heterotropher "Ethanol"-Filter
(z.B. RBR-Filter von AquaCare) |
|
benötigt keine gleichmäßige Zufuhr
eines Nährmediums |
|
benötigt gleichmäßige Zufuhr der
Nährlösung (außer "Deni-Balls") |
|
|
Überdosierung nicht möglich |
|
Überdosierung möglich und kann zu
Trübungen und Sauerstoffmangel im Aquarium führen |
|
|
Risiko zur Sulfatreduktion niedrig |
|
Risiko zur Sultatreduktion und
Schwefelwasserstoffbildung (stinkt nach
faulen Eiern) erheblich größer |
|
|
lange Einfahrphasen von mehreren Wochen
möglich; durch Animpfen kann dieses Phase aber erheblich gekürzt werden |
|
kurze Einfahrphase von wenigen Tagen |
|
|
längere Anpassungszeit bei schwankenden
Reaktionsbedingungen (Belastung, Temperatur, pH, etc.) |
|
schnelle Adaptation möglich |
|
|
geringeres Bakterienwachstum und damit
geringere Verstopfungsgefahr |
|
hohes Bakterienwachstum und damit hohe
Verstopfungsgefahr (außer RBR) |
|
das Ablaufwasser hat einen niedrigeren
pH-Wert |
|
das Ablaufwasser hat einen höheren
pH-Wert |
|
|
geringere laufende Kosten (eine
Filterfüllung reicht für mehrere Jahre) |
|
hohe laufende Kosten (Nährmedium) |
|
relativ neues System mit geringen
Erfahrungen |
|
lang bekanntes System |
|
|
geringere Investition |
|
höhere Investition |
druckbare Version
dieses Artikels
Ist
ein Nitratfilter sinnvoll? (Aquaristik)
ADN (autotropher "Schwefel-Nitrat-Filter")
