Charakterisierung metabolischer Prozesse beim Einsatz von aeroben Granula zur Behandlung von kommunalem Abwasser
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Reaktoren mit aeroben Granula haben sich als Möglichkeit zur Behandlung von kommunalem Abwasser am Markt etabliert. Zum Betrieb der inzwischen zahlreichen Anlagen (13, Stand November 2016) sind jedoch nur wenige Erfahrungsberichte verfügbar. Unstrittig ist ein erheblich geringerer Platzbedarf durch die höhere Biomassekonzentration und die geringere Absetzzeit im Vergleich zum traditionellen Belebungsverfahren. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag zum einen auf der Ablaufkonzentration an abfiltrierbaren Stoffen und zum anderen auf der Interaktion der partikulären organischen Fracht mit den aeroben Granula. Die in der Literatur beschriebenen Versuche mit partikulärer organischer Fracht wurden in der Regel mit künstlichen Partikeln wie z.B. Stärke durchgeführt. Um das Verständnis vom Wachstum aerober Granula in realen Systemen weiter voran zu bringen, wurde hier bei allen durchgeführten Versuchen mit Partikeln aus kommunalem Abwasser gearbeitet. Bereits mit einfachen Absetzversuchen konnte gezeigt werden, dass eine Mischung aus Belebtschlamm und aeroben Granula bessere Ablaufwerte für die abfiltrierbaren Stoffe erzielt als dies beim Einsatz von ausschließlich aeroben Granula im Reaktor der Fall ist. Für den Betrieb von Anlagen mit aeroben Granula bedeutet dies, dass ein vollständig granuliertes System eher ungünstig ist und eine zusätzliche Nachbehandlung zur Abtrennung der abfiltrierbaren Stoffe erforderlich sein könnte. Die abfiltrierbaren Stoffe im Ablauf sind wohl zum Teil auf flockige, von den Granula abgetragene Biomasse oder auf Wachstum von Schlammflocken in der flüssigen Phase zurückzuführen. Die Wirkung von partikulärer organischer Fracht auf Wachstum, Entwicklung und Umsatzverhalten der Granula wurde im durchgeführten Vorhaben näher aufgeklärt. Dazu wurden die Einsatzmöglichkeiten der optischen Kohärenztomographie für die Beforschung von Biofilmsystemen generell weiter vorangetrieben. Es ist in den letzten 5 Jahren gelungen, mit dieser sehr schnellen Methode (eine Aufnahme dauert weniger als 1 Minute) zusätzliche Informationen aus Biofilmsystemen zu generieren. Dazu zählt auch die Quantifizierung von ab- oder angelagerten Partikeln auf der Biofilmoberflächen. Im Vergleich zur konfokalen Laser Scanning Mikroskopie (die Partikel müssen vorab extra angefärbt werden) gelingt dies sehr gut und sehr schnell. Reale Abwasserpartikel stellen offensichtlich keine kurz- oder mittelfristige organische Substratquelle für die Bakterien in aeroben Granula dar. Im Vergleich verlieren solche Granula, die mit partikulärem CSB „versorgt“ werden, genauso schnell an Biomasse wie diejenigen, die ohne Substrat kultiviert werden. Das zeigt die zunehmende Eindringtiefe (Auflösung) der OCT Aufnahmen über einen Zeitraum von 3 Wochen. Spannend ist hier für weitergehende Untersuchungen, warum die äußere Form und Struktur dabei trotzdem über nahezu zwei Wochen sehr stabil bleibt. Für die Zukunft sollte mit Einschränkungen darauf verzichtet werden, dass Verhalten von Biomasse (granuliert oder flockenförmig) in Bezug auf partikuläre Bestandteile des Abwassers aus Versuchen mit Stärke oder anderen künstlichen Partikeln abzuleiten. Im vorliegenden Bericht konnte trotz beobachteter Adsorption von realen Abwasserpartikeln an aerobe Granula keine Veränderung des Anteils der filamentösen Auswüchse im Vergleich zu Granula ohne Partikel beobachtet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Aerobic Granules in Waste Water Treatment. 1st International Energy & Environment Conference, 01-03 October 2014, Seoul, Republic of Korea
Brunner, F., Rocktäschel, T., Klarmann, C., Lackner, S., Horn, H.
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2015. Biofilmreaktoren: Aerobe Granula zur Behandlung von kommunalem Abwasser, DWA Seminar, 5.11.2015 Kassel, In: Kommunale Abwasserbehandlung – Grundlagen des Gewässerschutzes, ISBN 978-3-88721-266-7, 141 – 163
Horn, H., Lackner, S., Klarmann, C., Rocktäschel, T., Brunner, F.
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Visualization of Particle Deposition onto Biofilm Surfaces and its Impact on Oxygen Mass Transfer. Biofilms 7, 26-28 June 2016. Porto, Portugal
Brunner, F., Li, C., Wagner, M., Lackner, S., Horn, H.
