Effiziente Abwasserreinigung und die Rolle des TOC in der Prozesskontrolle
Kläranlagen, oft verborgen an den Rändern unserer Städte und Gemeinden gelegen, erfüllen eine entscheidende Rolle in unserer modernen Gesellschaft. Ihre Bedeutung ist unbestreitbar: Sie ermöglichen eine effektive Behandlung von Abwasser, ein Prozess, der unerlässlich ist, um Umweltverschmutzung zu bekämpfen und die öffentliche Gesundheit zu wahren. Trotzdem bleiben sie für den Großteil der Bevölkerung unbeachtet. Im folgenden Artikel widmen wir uns dieser oft unsichtbaren aber wichtigen Infrastruktur und beleuchten, welche Rolle die TOC-Konzentration (= die Konzentration des gesamten organischen Kohlenstoffs) bei der Prozesskontrolle von Kläranlagen spielt.
Klärbecken - Leistung, Effizienz und Klärsystem
Klärbecken sind ein wesentlicher Bestandteil jeder Kläranlage. Hier werden Feststoffe durch Sedimentation aus dem Abwasser entfernt. Alle Klärbecken bestehen aus zwei funktionalen Teilen - einem Klärbereich, in dem die Sedimentation durch Schwerkraft stattfindet, und einem Eindickungsbereich, in dem die abgesetzten Feststoffe zu einer dichten Schlammschicht angesammelt werden.
In der Vorklärung findet der physikalische Prozess der Feststoffentfernung vor der biologischen Behandlung statt. Das Wasser tritt in das Klärbecken ein, und die schwimmfähigen Feststoffe, auch Abschaum genannt, werden von der Oberfläche entfernt, während die absetzbaren Feststoffe, auch Schlamm genannt, am Boden gesammelt und entfernt werden. Das für die biologische Behandlung bestimmte Abwasser verlässt das Klärbecken über ein Wehr.
Die Leistung eines Vorklärbeckens wird anhand des Gesamtgehalts an Schwebstoffen (TSS), des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) und des Zustands des Primärschlamms gemessen, wobei dessen Volumen, Konzentration und Keimgehalt berücksichtigt werden. Wenn ein Vorklärbecken ordnungsgemäß funktioniert, werden 90 % bis 95 % der absetzbaren Feststoffe (Schlamm), 40 % bis 60 % der suspendierten Feststoffe (Schwimmschlamm), 25 % bis 75 % der Bakterien und 25 % bis 50 % des Gesamt-BSB entfernt.
Zur Messung der Wasserqualität wurden organische Messverfahren wie der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) entwickelt. Diese Methoden sind jedoch zeitaufwändig und dauern zwischen Stunden und Tagen, was den Nutzen von CSB oder BSB als Prozesskontrollparameter einschränkt. An dieser Stelle kommt der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) ins Spiel. Der TOC ermöglicht eine wirksame Prozesskontrolle, da die Ergebnisse in kürzerer Zeit generiert werden. Das bedeutet: Entscheidungen über die Leistung und Effizienz des Klärbeckens können fast in Echtzeit getroffen werden.
Verschiedene Faktoren wirken sich auf die Effizienz des Klärbeckens aus, z. B. die Art der Feststoffe im Abwasser und ihre Herkunft, die Zeit, die sie für den Weg durch das System benötigen, die hydraulische Verweilzeit, die Konstruktion des Beckens und der Zustand der Anlage sowie die Temperatur des Abwassers.
Die Temperatur wirkt sich auf alle biologischen Prozesse aus. Optimale Temperaturen für die bakterielle Aktivität liegen im Bereich von 25 °C bis 35 °C. In den meisten Klärsystemen erreichen die biologischen Oxidationsraten bei etwa 35 °C ihren Höhepunkt. Bei Temperaturen über 35 °C sinkt die Reinigungsleistung, da die bakterielle Flockenbildung abnimmt. Temperaturen unter 10 °C wirken sich ebenfalls auf die Leistung der biologischen Prozesse aus, insbesondere auf die Nitrifikationseffizienz.
Die biologische Aktivität wird durch die Temperatur beeinflusst, weil der Sauerstoff tiefer in die Flocken oder den Film eindringt. Die Sauerstoffdurchdringung nimmt mit sinkender Temperatur zu, da der Sauerstoff an der Flockenoberfläche nicht so schnell verbraucht wird und eine größere Anzahl von Organismen pro Oberflächeneinheit reagieren kann.
Temperaturschwankungen können einen großen Unterschied in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften bewirken. Die Dominanz einer bestimmten Art verschiebt sich je nach der sich ständig ändernden Zusammensetzung und Qualität des Abwassers. Wenn sich die Temperatur ändert, wird eine Gruppe von Mikroorganismen weniger aktiv und kann sogar absterben, während eine andere Gruppe dominant wird. Psychrophile Bakterien wachsen im Bereich von 0 bis 20 °C, mit einem Optimum von 10 bis 15 °C. Mesophile, die in der Abwasserbehandlung am häufigsten vorkommenden Arten, wachsen im Bereich von 10 bis 45 °C, mit einem Optimum von etwa 30 bis 35 °C. Thermophile, die in Komposthaufen und anderen Hochtemperaturumgebungen vorkommen, wachsen im Bereich von 40 bis 75 °C, wobei das Optimum bei 55 bis 65 °C liegt.
Die Temperatur ist natürlich nur ein Umweltfaktor, der die Abwasserreinigung beeinflusst. Angesichts ihrer Bedeutung für biologische Prozesse ist es für Anlagenbetreiber jedoch unerlässlich, die richtigen Temperaturen einzuhalten. Aus diesem Grund verwenden Verfahrenstechniker die Temperatur als Schlüsselparameter bei der Planung jeder biologischen Kläranlage und passen sie an die örtlichen klimatischen Bedingungen an. In kalten Umgebungen ist die Isolierung der Becken wichtig, um die Temperaturen ideal zu halten. In warmen Klimazonen muss das Abwasser oft einen Kühlprozess durchlaufen.
Fazit
Kläranlagen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung einer sauberen und gesunden Umwelt. Die Effizienz dieser Anlagen hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, darunter die Prozesskontrolle mittels TOC-Analysen und die Einhaltung optimaler Betriebsparameter wie die Temperatur. Durch die kontinuierliche Überwachung und Anpassung dieser Parameter können Kläranlagenbetreiber sicherstellen, dass ihre Anlagen effizient arbeiten und einen positiven Beitrag zum Schutz unserer Umwelt leisten.
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