MBBR Prozessübersicht 

MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) ist ein innovativer biologischer Prozess, der in der Abwasserbehandlung eingesetzt wird. In diesem System zirkulieren Kunststoffträger mit hoher Oberfläche frei im Reaktor und Mikroorganismen wachsen in der darauf gebildeten Biofilm-Schicht. Diese Mikroorganismen reinigen das Wasser, indem sie organische Substanzen, stickstoffhaltige Verbindungen und andere Schadstoffe im Abwasser abbauen. Die MBBR-Technologie kombiniert die Vorteile klassischer Belebtschlamm-Systeme und fester Biofilme (z. B. Tropfkörper-Systeme). Sie hat sich sowohl in der industriellen als auch in der häuslichen Abwasserbehandlung mit ihren Vorteilen von hoher Behandlungseffizienz, kompakt gestaltetem Design (kleinere Tankvolumina) und einfacher Bedienung etabliert. Im Folgenden werden alle Phasen des MBBR-Behandlungsprozesses im Detail erklärt, zusammen mit den zu überwachenden Parametern in jeder Phase, deren Interpretation und der verwendeten Ausrüstung. Darüber hinaus werden die Anwendungsgebiete von MBBR, typische Schadstoffe, die behandelt werden können, die Einleitstandards in der Türkei und der EU, Designkriterien, Design-/Betriebstipps und weitere zu berücksichtigende Punkte ebenfalls ausführlich behandelt. 

Stufen des MBBR-Behandlungsprozesses und zu überwachende Parameter 

Eine MBBR-integrierte Abwasserbehandlungsanlage besteht in der Regel aus Vorfettung, Primärbehandlung, biologischer Behandlung (MBBR-Reaktoren), Sekundärbehandlung (Sedimentation) und falls erforderlich erweiterter Behandlung & Desinfektion. In jeder Phase werden bestimmte Parameter gemessen und interpretiert, um den effizienten Betrieb des Prozesses sicherzustellen. Auch unterschiedliche Geräte werden in jeder Phase verwendet. Nachfolgend finden Sie stufenweise Informationen: 

Vorbehandlung 

Die Vorbehandlung ist der erste Schritt zur Entfernung großer Feststoffe aus dem Abwasser, wie sedimentierbare Sand- und Ölrückstände. Dieser Schritt schützt die nachfolgenden biologischen Prozesse vor plötzlichen Lasten und physischen Schäden. 

Zu messende Parameter 

Durchflussrate: Der Zufluss von Abwasser sollte kontinuierlich gemessen werden. Hohe Durchflussraten können zu Überschwemmungsrisiken und Überlastungen der Geräte führen, daher werden sie mit einem Durchflussmesser überwacht. Die Durchflusssdaten werden interpretiert, um Vorkehrungen zu treffen oder das Ausgleichsvolumen zu bestimmen, falls die Entwurfskapazität überschritten wird. 

pH: Der pH-Wert des zufließenden Abwassers wird kontrolliert. Besonders in Industrieabwässern kann ein übermäßig saurer oder basischer pH-Wert biologische Prozesse schädigen. Der pH-Wert sollte im Allgemeinen zwischen 6 und 9 gehalten werden; ist er außerhalb dieses Bereichs, sind Maßnahmen wie Neutralisation erforderlich. 

Temperatur: Die Abwassertemperatur wird gemessen. Hohe Temperaturen (z. B. >40°C) können sich negativ auf Mikroorganismen auswirken, während niedrige Temperaturen die biochemischen Reaktionsgeschwindigkeiten verlangsamen. Die gemessene Temperatur wird interpretiert, um die Leistung der im biologischen Stadium arbeitenden Mikroorganismen vorherzusagen. 

Feststoffbelastung: Die Menge an grobem Abfall, die an den Sieben zurückgehalten wird, sowie die Menge an Sand, die im Sandfang angesammelt wird, werden überwacht (tägliches Volumen oder Gewicht des entfernten Abfalls). Diese Parameter zeigen die Effizienz der Vorbehandlung an. Wenn beispielsweise eine große Menge an festem Abfall zurückgehalten wird, wird interpretiert, dass die Schadstoffbelastung im Abwasser hoch ist, und die Entsorgungspläne werden entsprechend angepasst. 

Hauptsächlich verwendete Ausrüstung 

Siebe: Große und feine Siebe halten große Feststoffe (Stoffe, Kunststoff, PET-Flaschen usw.) im Abwasser zurück. Mechanisch gereinigte Siebe werden normalerweise verwendet. Nach dem groben Sieb folgt ein feines Sieb mit engeren Spalten. 

Sandfang: Es handelt sich um die Einheit, die anorganische Partikel wie Sand und Kies im Abwasser trennt, indem sie absinkt. Es kann vom Luft- oder vom nicht belüfteten Typ (horizontale Strömung) sein. Das im Sandfang angesammelte Material wird regelmäßig gereinigt. 

Ölabscheider: Er wird verwendet, um Öl und Fett, die insbesondere in Industrie- und Küchenabwässern vorkommen, durch Schwimmen zu trennen. Die aufsteigende Ölschicht wird mit Schabern entfernt. 

Ausgleichsbehälter: Nach der Vorbehandlung gibt es normalerweise einen Ausgleichsbehälter, um Schwankungen der Durchflussrate und der Verschmutzungskonzentrationen zu reduzieren. Dieser Behälter sorgt dafür, dass das Abwasser homogenisiert wird und mit einem konstanten Fluss durch die Pumpe an die biologische Einheit abgegeben wird. Durch den Einsatz von Rührwerken im Ausgleichsbehälter wird verhindert, dass sich Feststoffe abscheiden, und die Abwasserqualität wird im Laufe der Zeit ausgeglichen. 

Pumpstation: Pumpen werden verwendet, um das Abwasser mit der gewünschten Durchflussrate und dem gewünschten Druck von der Vorbehandlung zum biologischen Reaktor(en) zu befördern. Durchflussmesser befinden sich normalerweise in Pumpstationen oder am Ausgang des Ausgleichsbehälters. 

Primärsedimentation 

Die primäre Behandlung ist die Phase, in der suspendierte Feststoffe und einige organische Schadstoffe durch Schwerkraftsedimentation entfernt werden. Im MBBR-Prozess kann die primäre Sedimentation je nach Durchflussrate und Belastung eingesetzt werden; ihr Ziel ist es, die Last, die zum biologischen Reaktor kommt, zu reduzieren. 

Zu messende Parameter und Interpretation 

Gesamt Suspended Solids (TSM) Eingang/Ausgang: Die TSM-Konzentration (mg/L) des Abwassers am Eingang und Ausgang des primären Sedimentationsbeckens wird gemessen. Der Unterschied zwischen Eingang und Ausgang zeigt, wie viel suspendierte Feststoffe die primäre Behandlung zurückhält. Zum Beispiel, wenn der Eingang TSM 300 mg/L beträgt und der Ausgang TSM 150 mg/L, bedeutet dies, dass eine Entfernung von 50 % an suspendierten Feststoffen stattfindet. Eine hohe TSM-Entfernung bedeutet eine geringere Belastung in der nächsten biologischen Phase. 

Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) Eingabe/Ausgabe: Mit Ausnahme einiger gelöster organischer Stoffe können einige der suspendierten organischen Stoffe durch primäre Sedimentation entfernt werden. Durch die Messung der CSB-Werte an Ein- und Auslass wird deutlich, wie stark die primäre Behandlung die organische Belastung reduziert. Typischerweise kann die primäre Sedimentation 20-30% des CSB und 25-35% des BSB entfernen. Wenn die Effizienz der primären Behandlung niedrig ist, kann dies darauf hindeuten, dass die partikulären organischen Stoffe im Abwasser fein sind oder dass die Verweilzeit im Tank unzureichend ist. 

Setzschlammvolumen und Eigenschaften: Das Volumen und die Eigenschaften (Dichte, Wassergehalt) des am Boden des Primärsetzbeckens angesammelten Schlamms werden überwacht. Eine Zunahme des Schlammvolumens kann darauf hindeuten, dass die Zuflusslast hoch ist. Das Schlammalter des angesammelten Schlamms ist hierbei nicht wichtig (es handelt sich um rohen Primärschlamm), aber die Effizienz des Beckens verringert sich, wenn übermäßige Ansammlungen auftreten. Die in regelmäßigen Abständen gemessene Schlammhöhe/-volumen wird verwendet, um die Pumpfrequenz zu bestimmen. 

Hauptsächlich verwendete Ausrüstung 

Primäre Sedimentationsbecken: Es handelt sich normalerweise um ein rundes (mittelspeisen) oder rechteckiges Sedimentationsbecken. Während das Abwasser langsam durch dieses Becken für eine bestimmte hydraulische Verweildauer (HRT) (normalerweise 1-2 Stunden) fließt, setzen sich die Feststoffe am Boden ab. Es gibt langsam bewegende Sammlerbrücken auf der Oberfläche des Beckens; Schaber drücken den Schlamm am Boden in Richtung der Mitte oder eines Trichters und leiten ihn zur Schlammentsorgungsleitung. Öl und Schaum an der Oberfläche werden von Oberflächenschabern gesammelt und entfernt. 

Schlammpumpe und Schlammgruben: Der rohe primäre Schlamm, der am Boden des primären Beckens gesammelt wird, wird von der Pumpe zur Schlammverarbeitungseinheit (z.B. Schlammverdichter) geleitet. Die Pumpensteuerung erfolgt so, dass sie aktiviert wird, wenn die gewünschte maximale Schlammansammlung im Becken erreicht ist. 

Messtechnik: Messstellen zur Messung von TSS befinden sich normalerweise am Tankausgang. Online-Sensoren (z. B. Trübungssensoren) können ebenfalls verwendet werden. Durchflussmessgeräte können auch am Tankeingang oder -ausgang platziert werden. 

Biologische Behandlung – MBBR-Reaktoren 

Diese Phase ist das Herz des MBBR-Prozesses. Dank des Biofilms, der im Trägermedium entsteht, erfolgen in diesen Reaktoren die Oxidation von organischem Material und die Entfernung von Nährstoffen (Stickstoff, Phosphor). Die biologische Behandlung ist in der Regel als mehrstufiger Reaktor konzipiert: Zum Beispiel ein aerober MBBR, der sich in der ersten Phase auf die Kohlenstoffentfernung (BOD/COD-Entfernung) konzentriert, ein aerober MBBR, der sich in der zweiten Phase auf die Nitrifikation konzentriert; oder wenn eine vollständige Stickstoffentfernung gewünscht wird, kann ein anoxischer MBBR + aerober MBBR in sequenzieller Weise angeordnet werden. Jeder Reaktor enthält einen bestimmten Prozentsatz (% Füllung) von Kunststoff-Biofilmträgern. 

Zu messende Parameter und Interpretation 

Sauerstoffgehalt (DO): In aeroben MBBR-Reaktoren ist DO ein kontinuierlich überwachteter Parameter. Typischerweise wird gelöster Sauerstoff in einer Höhe von ~2 mg/L bereitgestellt. Ein DO-Wert unter 1 mg/L zeigt an, dass nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist und dass der Abbau organischer Stoffe sowie die Nitrifikation verlangsamt werden. Übermäßig hoher DO (>4 mg/L) zeigt Energieverschwendung an. Die Betreiber passen die Blaskapazität gemäß den von den DO-Sensoren erhaltenen Werten an; so werden sowohl eine effiziente Behandlung als auch eine Energieoptimierung erreicht. DO ist besonders kritisch für die Nitrifikation (Oxidation von Ammonium zu Nitrit/Nitrat) und sollte nicht unter mindestens ~1,5–2 mg/L fallen. 

pH und Alkalinität: In biologischen Reaktoren wird der pH-Wert zwischen 6.5–8.5 gehalten. Biochemische Reaktionen (insbesondere Nitrifikation) verbrauchen Alkalinität und können den pH-Wert senken. Der pH-Wert wird kontinuierlich gemessen; fällt der pH-Wert auf < 6.5, sinkt die Nitrifikationsrate erheblich und bei Bedarf wird eine alkalische Chemikalienzugabe (z. B. Natriumbicarbonat oder Kalk) verwendet. Ein hoher pH-Wert (>9) kann auch Mikroorganismen schädigen. Die Alkalinitäts-Überwachung ist wichtig für die Interpretation der Nitrifikationskapazität – zum Beispiel verbraucht die Entfernung von 1 mg NH4-N durch Nitrifikation etwa 7 mg/L CaCO₃ Alkalinität, sodass eine äußere Zugabe erforderlich ist, wenn die Alkalinität des Zulaufs unter einen bestimmten Wert fällt. 

Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) und Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB5): Die CSB/BSB-Werte des Eintritts- und Austrittswassers des MBBR-Reaktors werden in bestimmten Intervallen (tägliche Mischproben) gemessen. Der Unterschied zwischen Eingang und Ausgang zeigt die Leistung der organischen Stoffentfernung der biologischen Behandlung. Zum Beispiel, wenn der CSB am Eintritt des MBBR 500 mg/L und am Ausgang 100 mg/L beträgt, wird verstanden, dass eine Entfernung von 80% erreicht wurde. Wenn eine niedrigere als erwartete Entfernung festgestellt wird (Parameter sind hoch), kann dies auf unzureichende Trägersättigung, niedrige Temperaturen, toxischen Eintritt oder unzureichenden Sauerstoff zurückzuführen sein – die Interpretation erfolgt gemäß diesen Ergebnissen. 

Ammonium-Stickstoff (NH4-N) und Nitrat (NO3-N): Besonders in Systemen, die auf Nitrifikation/Deniatrifikation abzielen, werden Stickstoffverbindungen regelmäßig überwacht. Ammonium (NH4⁺) Konzentration wird am aeroben MBBR-Austritt gemessen; hohe Ammoniumwerte (über den Erwartungen) deuten auf unzureichende Nitrifikation hin. Die Interpretation davon ist, dass entweder das Schlammalter (Biofilmalter) unzureichend ist, der DO unzureichend ist, oder Faktoren wie Temperatur/pH möglicherweise die Ursache sind. Nitrat (NO3⁻) wird nach der Denitrifikation gemessen, wenn es eine anoxische Denitrifikationsstufe gibt; hohes Nitrat weist auf unzureichende Denitrifikation hin. Wenn es einen anoxischen Reaktor gibt, kann auch die Redoxpotential (ORP) Messung durchgeführt werden – ein Rückgang des ORP auf etwa ~-100 mV zeigt an, dass anoxische Bedingungen geschaffen sind und dass es eine geeignete Umgebung für die Denitrifikation gibt. 

Gesamtstickstoff (TN) und Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff (TKN): Gesamtstickstoffanalysen (TKN + NO2+NO3) werden regelmäßig durchgeführt, um die Qualität des Abwassers zu überwachen. Der TN-Wert dient zur Überprüfung der Einhaltung der Umweltgesetzgebung (insbesondere im Rahmen der Vorgaben für die Einleitung in die empfangende Umwelt). Hoher TN weist entweder auf einen Mangel an Nitrifikation oder Denitrifikation hin, und der Prozess wird überprüft. 

Phosphor (P) Verbindungen: Da MBBR-Systeme alleine nicht viel Phosphor entfernen, wird die Messung von Orthophosphat oder Gesamtphosphor am Einlass/Auslass überwacht, wenn eine chemische Phosphorentfernung integriert ist. Hohe Phosphorwerte deuten auf den Bedarf an erhöhtem chemischem Aufwand oder zusätzlichen Behandlungen hin, falls erforderlich. (Hinweis: Die biologische Phosphorentfernung ist auf MBBR beschränkt, chemische Fällung ist in der Regel integriert.) 

Kontinuierliche Beobachtung und andere Parameter: Die Temperatur im biologischen Reaktor wird ebenfalls überwacht (sie kann im Winter sinken, insbesondere in offenen Becken). Wenn die Temperatur sinkt, wird beobachtet und interpretiert, dass die biologischen Reaktionsraten abnehmen (z.B. verlangsamt sich die Nitrifikation bei <15°C). Geruch und visuelle Beobachtung sind ebenfalls wichtig: Betriebliche Beobachtungen wie der Oberflächenzustand der Träger (die Biofilmfarbe sollte braun/beige sein; eine schwarze Farbe kann auf Anaerobisierung hindeuten), der Schäumungsstatus (übermäßiger Schaum kann auf übermäßige biologische Aktivität oder das Vorhandensein von Tensiden hindeuten) sind auch Teil der Parametervorüberwachung. Falls notwendig, können mikroskopische Analysen durchgeführt werden, um die Mikrobiomzusammensetzung im Biofilm zu verstehen (insbesondere das Vorhandensein von nitrifizierenden Bakterien, fadenförmigen Organismen usw. kann untersucht werden). 

Hauptsächlich verwendete Ausrüstung 

MBBR Reaktorbehälter: Sie sind normalerweise rechteckige oder zylindrische Behälter aus Beton oder Stahl. Jeder Reaktor ist so konzipiert, dass er Wasser für die angegebene Hydraulische Verweildauer (HRT) hält (z.B. ~4-6 Stunden für die organische Entfernung, zusätzlich 4-6 Stunden für die Nitrifikation, insgesamt HRT). Biofilm-Trägermedien befinden sich im Reaktor. Träger sind typischerweise zylindrische oder speziell geformte Partikel aus einem polyethylenähnlichen Material mit einem Durchmesser von ~1-3 cm. Da die Dichte der Medien nahe am Wasser liegt (~0,95-0,98 g/cm³), bleiben sie im Wasserstrom schwebend. Das volumetrische Füllverhältnis der Träger im Reaktor liegt normalerweise im Bereich von 40-60 % (~50 % ist ein häufig verwendeter Wert im Design). Das bedeutet zum Beispiel, dass ein 100 m³ Reaktor ein Volumen von ~50 m³ Trägern haben wird. Höhere Füllungen (über 70 %) werden nicht empfohlen, da die Mobilität der Medien und der Sauerstofftransfer eingeschränkt sein können. 

Belüftungssystem: Aerobe MBBR-Tanks haben feine/grobe Blasendiffusoren am Boden und Gebläse, die Luft in sie pressen. Diffusoren erfüllen zwei Funktionen, indem sie kontinuierlich Luft in die Umgebung liefern: (1) Bereitstellung von Sauerstoff (2) Sicherstellung einer homogenen Verteilung des Mediums durch Mischen. Diffusoren sind in gleichen Abständen am Boden platziert, damit es keinen toten Raum im Tank gibt. Die Gebläsekapazität kann entsprechend dem DO-Einstellwert mit Automatisierung reguliert werden. Anoxische Tanks haben keine Gebläse; stattdessen werdenmechanische Rührwerke verwendet, um das Wasser zu mischen (um die Träger in Schwebe zu halten). 

Medien-Retentionsschirme: Am Ausgang jedes Reaktortanks befinden sich Edelstahlfilter/Siebe, die verhindern, dass Trägersubstanzen entweichen, während das Wasser in den nächsten Abschnitt geleitet wird. Diese Siebe können in Form von eng beabstandeten (z.B. 3-5 mm) Keilrippen-Sieben oder perforierten Platten vorliegen und sind typischerweise am Reaktor-Ausgang in einer vertikalen Zylinder- oder flachen Plattenform montiert. Trägersubstanzen können nicht durch diese Siebe hindurch gelangen und bleiben im Reaktor, während das behandeltem Wasser ungehindert durch die Siebe fließt. Die Siebe können ein Rückspülsystem oder eine Bürstenreinigung in bestimmten Intervallen haben, um ein Verstopfen des Mediums zu verhindern. 

Interne Umwälzpumpe: Wenn die totale Stickstoffentfernung (Nitrifikation + Denitrifikation) angestrebt wird, kommt eine interne Umwälzpumpe zum Einsatz, die das Nitrat am Ausgang des aeroben (Nitrifikation) Reaktors zurück in den anoxischen Reaktor führt. Beispielsweise kann eine Durchflussrate von 200-400% des Ablaufs des Nitrifikationstanks in den anoxischen Reaktor zurückgeführt werden. Diese Pumpe transportiert nitratreiches Wasser über eine Pipeline in den anoxischen Bereich, wo heterotrophe Bakterien die organische Materie zur Denitrifikation des Nitrats nutzen können. Die Leistung dieser Ausrüstung ist entscheidend für die angestrebte totale Stickstoffentfernung; die Beziehung zwischen der festgelegten Umwälzrate und der Ausgangsnitratkonzentration wird überwacht. 

Sensoren und Messgeräte: Online-Sensoren werden häufig in MBBR-Reaktoren eingesetzt. Geräte wie DO-Sonde, pH-Sonde, Temperatursensor, ORP-Sonde (in anoxischen Behältern) liefern kontinuierliche Daten. Die Daten dieser Sensoren werden an das PLC/SCADA-System übertragen, sodass der Betreiber in Echtzeit überwachen kann. Es gibt auch Abnahmen/Ports zum Entnehmen von Proben, wenn dies erforderlich ist (wie COD-, NH4-, NO3-Messungen für Laboranalysen). 

Sekundärklärung – Sedimentation 

Das Wasser, das die MBBR-Reaktoren verlässt, enthält Biofilm-Partikel und verbleibende schwebende Feststoffe, die infolge der biologischen Behandlung getrennt werden. Die sekundäre Sedimentation ist der Prozess der Klärung des behandelten Wassers, indem diese Feststoffe vom Wasser getrennt werden. Im MBBR-System gibt es keinen intensiven Schlamm-Recycling-Zyklus wie im aktiven Schlammprozess; jedoch müssen Mikroorganismen und feine schwebende Stoffe, die sich vom Biofilm gelöst haben, sedimentiert und entfernt werden. Dank dieses Schrittes hat das Auslaufwasser einen niedrigen TSS, der den Ents Standards entspricht. 

Zu messende Parameter und Interpretation 

Schwebstoffe (SS) und Trübung: Die SS-Konzentration im Auslasswasser des sekundären Sedimentationsbeckens ist ein kritischer Leistungsindikator. Im Allgemeinen wird ein Zielwert von <30 mg/L SS angestrebt (zur Einhaltung der Normen). Online Trübungsmesser können ebenfalls eine kontinuierliche Überwachung bereitstellen. Wenn die SS-Werte im Auslass steigen (z.B. 50+ mg/L), deutet dies darauf hin, dass die Sedimentationseffizienz abgenommen hat. Als Interpretation kann verstanden werden, dass die Belastung im Sedimentationsbecken hoch ist, die hydraulische Verweilzeit unzureichend ist oder ein mögliches Schlammleckproblem besteht. Falls erforderlich, wird durch Reduzierung der Oberflächenbelastung im Sedimentationsbecken (Absenkung der Durchflussrate) oder durch Zugabe von Chemikalien und Verbesserung der Flockenbildung eingegriffen. 

Setzschlamm und Schlammvolumenindex (SVI): Um die Qualität des sekundären Schlamms zu bewerten, kann der Schlammvolumenindex (SVI) im Labor zu bestimmten Zeiten gemessen werden. Dies zeigt die Setzeigenschaften der separierten Biofilm-Partikel an. Der SVI ist typischerweise in MBBR-Systemen niedriger als in Belebtschlammanlagen, da die Flocken schwerer und kompakter sein können. Ein hoher SVI (z. B. >150 mL/g) weist auf schlechtes Setzen hin, und Trübung/Rückstandsschlamm kann an der Wasseroberfläche verbleiben. 

Oberflächen-Schaum und Ansammlung von Feststoffen: Beobachten Sie, ob es eine Ansammlung (schwimmende Schlamm-Schicht) auf der Oberfläche des Sedimentationsbeckens gibt. Falls vorhanden, ist dies typischerweise mit der Alterung des Schlamms oder dem Aufsteigen von Denitrifikationsgas zur Oberfläche verbunden. In diesem Fall sollten Oberflächenabsauger in Betrieb sein, und die Schlammhaltedauer sollte gegebenenfalls verkürzt werden. 

Hauptsächlich verwendete Ausrüstung 

Sekundärklärbecken: Im Allgemeinen werden runde, großdurchmesser Klärbecken verwendet, die vom Zentrum gespeist werden. Der MBBR-Ablauf wird durch eine zentrale Verteilerstruktur in das Becken geleitet, die Feststoffe setzen sich am Boden ab, während das Wasser langsam nach oben und radial strömt, und das behandeltes Wasser über die oberen Randwehren überläuft. Die Oberfläche des Sekundärbeckens hat eine langsam rotierende Brücke und Schlammschaufeln; diese fegen den Bodenschlamm zur Mitte und sammeln den schwimmenden Schlamm an der Oberfläche in einem Behälter. Der sich am Boden absetzende Schlamm ist im Wesentlichen die verbleibende Biomasse, die vom Biofilm abgebrochen ist und als Abfallschlamm aus dem System entfernt wird. (Da es im MBBR keinen kontinuierlichen Rücklaufzyklus wie im Belebtschlamm gibt, wird dieser Schlamm typischerweise direkt entsorgt oder minimal recycelt.) 

Lamellenseparatoren (Optional): Um Platz zu sparen, können kompakte lamellenbasierten Sedimentationseinheiten anstelle des klassischen großen Sedimentationsbeckens in einigen MBBR-Systemen genutzt werden. In diesen Geräten wird die Sedimentationsfläche vergrößert und eine effektivere Sedimentation im gleichen Volumen dank der schrägen Platten oder Rohrplatzierungen erreicht. Die Funktion ist in Bezug auf die Überwachung der Parameter (SKM-Entfernung) dieselbe. 

DAF (gelöstes Luftflotation) (Optional): Insbesondere in industriellen Anwendungen können nach der biologischen Behandlung sehr feine und leichte Partikel durch das Schwimmen mit Luftblasen unter Verwendung der DAF-Einheit separiert werden. DAF kann als Alternative oder zusätzlich zur sekundären Sedimentation verwendet werden. Es umfasst ein Druckluftdosiersystem und Schaber als Ausrüstung. AKM-Messungen werden ebenfalls am DAF-Austritt vorgenommen und typischerweise können sehr niedrige (<10 mg/L) Feststoffe erreicht werden. 

Schlammpumpe: Der Schlamm, der am Boden des sekundären Sedimentationsbeckens gesammelt wird, wird periodisch von einer Pumpe entnommen. Diese Pumpe wird normalerweise in festen Zeitabständen aktiviert und leitet die angesammelte überschüssige Biomasse zu den Schlammverarbeitungseinheiten. Im MBBR-System wird dieser Schlamm als "Abfallbiofilm-Schlamm" betrachtet. Eine Rückführungspumpe (RAS) arbeitet nicht kontinuierlich wie im aktivierten Schlamm-System, da der Großteil der Biomasse auf den Trägeroberflächen verbleibt. 

Mess- und Steuerwerkzeuge: Es kann einen AKM-Sensor oder einen Trübungssensor (NTU) am Ausgang des Sedimentationsbeckens geben. Zusätzlich wird hier die Durchflussrate des Ablaufwassers und, falls notwendig, die Übertragungsrate zum Chlorierungs-/UV-System gemessen. Die Betreiber führen regelmäßige Kontrollen durch, um den Zustand des Schlamms auf der Oberfläche zu überwachen; in einigen Systemen kann die Fernbeobachtung mit Oberflächenkamerasystemen erfolgen. 

Erweiterte Behandlung und Desinfektion (Tertiärbehandlung & Desinfektion) 

Das Wasser, das nach MBBR + sekundärer Sedimentation gewonnen wird, erfüllt im Allgemeinen die gesetzlichen Standards für die Einleitung in die empfangende Umwelt. In einigen Fällen kann jedoch eine weitere Behandlung erforderlich sein: Zum Beispiel Filtration, wenn sehr niedrige Schwebstoffe gewünscht werden, chemische Behandlung zur Phosphorentfernung, Pathogenentfernung durch ** Desinfektion ** oder spezielle Schadstoffentfernung durch erweiterte Oxidation. Diese Phase optimiert die Abwasserqualität und bereitet das Wasser für Zwecke wie Wiederverwendung (Bewässerung, Industriewasser) vor. 

Zu messende Parameter und Interpretation 

Trübung und TUS (Nach Filtration): Wenn ein Sandfilter, Plattenfilter usw. verwendet wird, wird die Trübung (NTU) des Auslaufwassers gemessen. Typischerweise wird eine sehr niedrige Trübung von ≤5 NTU angestrebt. Dieser Wert ist auch entscheidend für die Wirksamkeit der Desinfektion (niedrige Trübung erhöht den Zugang von UV-Strahlen oder Chlor zu Mikroorganismen). Wenn eine hohe Trübung beobachtet wird, wird interpretiert, dass es möglicherweise eine Blockade im Filter oder ein Medienproblem gibt und die Rückspülfrequenz angepasst wird. 

Phosphor (P) Konzentration: Wenn eine chemische Phosphorreinigung durchgeführt wurde (zum Beispiel, wenn ein Flockungsmittel nahe dem Auslass hinzugefügt und eine Fällung/Filtration durchgeführt wurde), wird der gesamt Phosphor im behandelten Wasser analysiert. In der Regel wird ein Wert von 1-2 mg/L angestrebt, entsprechend den Standards der Empfangsumgebung. Die chemische Dosierung (wie FeCl₃, Al₂(SO₄)₃) wird basierend auf dem gemessenen Wert optimiert. Wenn hoher Phosphor verbleibt, wird geschlossen, dass die chemische Dosierung erhöht oder eine längere Reaktionszeit erforderlich ist. 

Microbiologische Parameter: Wenn eine Desinfektion durchgeführt werden soll, werden die Kolibakterien, E. coli oder fäkale Kolibakterien regelmäßig vor und nach der Behandlung getestet. Diese Parameter sind entscheidend für die Desinfektionsleistung, insbesondere wenn das behandelnde Wasser wiederverwendet oder in Schwimmwasser eingeleitet werden soll. Zum Beispiel, wenn nach der Chlor-Desinfektion <1000 Kolibakterien/100 mL gewünscht sind, wird dies mit Messungen überprüft. Wenn Bakterien über den Grenzen festgestellt werden, werden unzureichende Dosierung oder Kontaktzeiten als Probleme interpretiert. 

Chlorrückstand (sofern verfügbar): Wenn die Desinfektion mit Chlor durchgeführt wird, wird der freie Chlorrückstand im Auslaufwasser gemessen. Die Dosierung erfolgt in der Regel so, dass am Ende der Kontaktzeit im Wasser ein freier Chlorrückstand von ≥0,5 mg/L vorhanden ist. Wenn der gemessene Chlorrückstandswert darunter liegt, wird die Dosierung erhöht; wenn er zu hoch ist, kann eine Chlorentfernung (Neutralisation mit Natriumbisulfit) vor der Ableitung erforderlich sein. 

UV-Durchlässigkeit (sofern zutreffend): In UV-Desinfektionssystemen wird die UV-Durchlässigkeit des Wassers (% Durchlässigkeit bei 254 nm Wellenlänge) überwacht. Hohe UVT (>60-70%) ist für die Desinfektion geeignet; wenn UVT niedrig ist (gefärbtes oder organisch belastetes Wasser), könnte die Dosierung des UV-Geräts nicht ausreichend sein, in diesem Fall wird angemerkt, dass eine Vorbehandlung/Filtration überprüft werden sollte. 

Hauptsächlich verwendete Ausrüstung 

Filtrationseinheiten: Sandfilter (Druck- oder Schwerkraft-Schnellsandfilter), Mikrofaserscheibenfilter oder Kartuschenfilter werden verwendet, um das Wasser nach MBBR + Sedimentation weiter zu klären. Diese Geräte verfügen über periodische Rückspülsysteme. In der Regel gibt es eine Filterzufuhrpumpe vor dem Filter und Druckanzeiger an der Vorderseite (ein Anstieg des Druckunterschieds weist auf eine Verstopfung des Filters hin, die automatische Rückspülung wird bei einem bestimmten Unterschied ausgelöst). 

Aktivkohlefilter (Optional): Granular-Aktivkohlefilter (GAC) werden in einigen Systemen verwendet, um gelöste organische Stoffe (Farbstoffe, Gerüche, Mikrokontaminanten) zu entfernen. In diesem Fall werden zylindrische Säulen als Equipment verwendet und eine regelmäßige Kohlerneuerung ist erforderlich. UV254-Absorbanz oder spezifische Chemikalien können als Parameter überwacht werden. 

Desinfektionssysteme: Zwei gängige Desinfektionsanlagen sind das Chlordosiersystem und die UV-Desinfektionseinheit. Im Chlordosiersystem wird flüssiges Natriumhypochlorit (NaOCl) oder gasförmiges Chlor in das Wasser dosiert; es beinhaltet eine Dosierpumpe und Mischgeräte. Im UV-System gibt es einen Reaktortank/Kanal mit UV-Lampen; das Wasser wird den UV-Strahlen ausgesetzt, während es hindurchströmt. Beide Systeme dienen dazu, die mikrobiologische Belastung im Abwasser zu zerstören. Wenn eine Chlornneutralisation erforderlich ist, kann es auch Dosiergeräte für Natriummetabisulfit geben. Die UV-Einheit hat UV-Lampsensoren und Alarmsysteme (es wird Alarm schlagen, wenn die UV-Dosis abnimmt). 

Erweiterte Oxidation (Optional): Für sehr schwer abbaubare Schadstoffe (wie Arzneimittelrückstände) können fortschrittliche Oxidationsanlagen wie Ozonierung, Wasserstoffperoxid + UV gefunden werden. In diesen Systemen werden Geräte wie Ozon-Generator, Ozon-Kontaktbehälter, Wasserstoffperoxid-Dosierpumpe usw. installiert. Dies sind sehr spezielle Fälle und die Parameterüberwachung erfolgt mit O₃-Dosierung, Redoxwert oder Analysen der Zielsubstanz. 

Sensoren und Steuerungen: Es gibt Instrumente wie Durchflussmessgeräte, Drucksensoren, Chloranalysatoren und UV-Sensoren rund um die Filter- und Desinfektionseinheiten. Die Automatisierung der fortschrittlichen Behandlungseinheiten ergreift Maßnahmen wie das Starten der Rückspülung und das Erhöhen der Dosierung entsprechend diesen Sensordaten. Wenn sich beispielsweise die Wasserqualität im UV-System ändert (wie erhöhte Trübung), kann es eine Alarm- oder Lampenleistungsmodulation gemäß den Sensordaten geben. 

Schlammbehandlung 

Wie in jeder biologischen Kläranlage muss der aus den Behandlungsstufen im MBBR-Prozess entfernte Schlamm ordnungsgemäß behandelt und entsorgt werden. Sieb- und Sandabfälle aus der Vorbehandlung werden separat gesammelt. Primärschlamm wird aus der Primärbehandlung und biologischer Restschlamm aus der Sekundärbehandlung gewonnen. Diese werden in der Regel einer Schlammverdichtung, Stabilisierung und Entwässerung unterzogen. 

Zu messende Parameter und Interpretation 

Feststoffgehalt des Schlamms (%): Der Feststoffgehalt wird am Zulauf und Auslauf des Verdichters oder der Entwässerungsanlage gemessen. Wenn beispielsweise der Trockensubstanzgehalt des entwässerten Schlamms am Auslauf der Gürtelpresse 20% beträgt, ist dies eine gute Leistung. Ein niedriger Wert weist darauf hin, dass die Polymerdosierung oder die Presseinstellungen überprüft werden sollten. 

Schlammvolumen: Das täglich produzierte Schlammvolumen wird aufgezeichnet. Wenn deutlich mehr Schlamm produziert wird, als erwartet, kann eine abnormal Situation in der Beschaffenheit des Abwassers (sehr hochbelastetes Abwasser) oder eine übermäßige Verwendung von chemischen Dosen in Betracht gezogen werden. Ein extrem niedriges Schlammvolumen kann darauf hindeuten, dass der Schlamm nicht ausreichend gesammelt wird oder aus dem System leckt. 

Stabilisierungsindikatoren: Wenn ein anaerober Faulbehälter oder ein aerober Schlammfaulungsreaktor verwendet wird, werden Parameter wie Temperatur, pH-Wert und Verhältnis von flüchtigen Säuren/Alkalinität (für anaerobe Prozesse) überwacht. Diese zeigen an, ob der Schlamm stabil geworden ist. Zum Beispiel wird die Methanproduktion bei der anaeroben Vergärung gemessen; eine niedrige Methanproduktion wird als ein Problem bei der Vergärung interpretiert. 

Zersetzungsrate: Der Prozentsatz der Zersetzung organischer Substanzen als Ergebnis der Schlammstabilisierung kann berechnet werden (organisches Material im eingehenden Rohschlamm – austretender stabiler Schlamm / eingehend * 100). Dies wird zur Leistungsüberwachung verwendet. 

Hauptsächlich verwendete Ausrüstung 

Dickungsanlage: Schwerkraft- oder mechanische Dickungen werden verwendet, um den Wassergehalt des Schlamms zu reduzieren. Ein Teil des Wassers wird entfernt, indem der Schlamm im Schwerkraft-Dickungstank gehalten wird; in mechanischen (z.B. Trommel- oder Gurtdickungen) Systemen wird die Wassertrennung durch Polymerdosierung beschleunigt. 

Schlammstabilisierungsreaktoren: In Anlagen, in denen eine hohe Menge an biologischem Schlamm produziert wird, werden anaerobe Faulbehälter (die auch Biogas produzieren, wenn verfügbar) oder aerobe Schlammverdaurungsbehälter zur Schlammstabilisierung verwendet. Diese Reaktoren enthalten Ausrüstungen wie Mischer und Heizungen (bei ~35°C mesophiler Temperatur für anaerob). 

Entwässerungseinheiten: Im letzten Schritt wird der stabilisierte (oder nicht, in kleinen Anlagen direkt) Schlamm mit Entwässerungspressen verfestigt. Dies sind in der Regel Geräte vom Typ Gurtpresse, Schlammzentrifuge oder Filterpresse. Mit der Zugabe von Polymerkosmetika werden die Schlammflocken vergrößert und das meiste Wasser wird durch mechanische Kompression/Zentrifugalkraft abgesondert. Der resultierende Kuchen wird fest genug (~15-25% Trockenmasse), um von Schlammtransportern zur Deponie gebracht zu werden. Diese Geräte umfassen Unterkomponenten wie Dosierpumpen, Druckmessgeräte und Motorantriebe. 

Entsorgungs-/Bewertungsgeräte: Der Endprodukt-Schlamm wird in Schlammaufbewahrungssilos oder Container gebracht. Es gibt Optionen wie Kompostierung, Zwischenlagerung, Verbrennung in Zementöfen oder Entsorgung auf einer regulären Deponie. Diese Phasen können auch außerhalb der Grenzen der Anlage liegen, aber im integrierten Ansatz sind sie alle als Ganzes geplant. 

Anwendungsbereiche und Industrien der MBBR-Technologie 

MBBR-Systeme werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von der Behandlung von Haushaltsabwässern bis hin zur Behandlung verschiedener industrieller Abwässer. Die flexible Struktur dieser Technologie ermöglicht eine effektive Behandlung von Abwasser mit hoher organischer Belastung und Verbesserungen bestehender Anlagen. Die Hauptsektoren, in denen MBBR eingesetzt wird, und die typischen Abwassercharakteristika in jedem Sektor sind unten zusammengefasst: 

Kommunale (Haushalts-)Abwasserbehandlung: MBBR wird in städtischen und kommunalen Kläranlagen eingesetzt, insbesondere in Fällen, in denen der Platz begrenzt ist oder es notwendig ist, die bestehende Belebtschlamm-anlage zu verbessern. Haushaltsabwässer haben typischerweise eine mäßige organische Belastung (BOD5 ~200-300 mg/L, COD ~400-600 mg/L, TSS ~200-300 mg/L). Sie enthalten auch Stickstoff (TKN ~20-60 mg/L) und Phosphor (~5-15 mg/L). MBBR kann so gestaltet werden, dass diese Werte auf die Entsandard eingehalten werden. Zum Beispiel kann ein kommunales MBBR-System BOD5 < 20 mg/L, NH4-N < 5-10 mg/L am Ausgang erreichen. Die Kompaktheit und die Bedienungsfreundlichkeit von MBBR sind wichtige Vorteile bei Haushaltsanwendungen; es wird häufig in kleinen und mittelgroßen kommunalen Einrichtungen bevorzugt. 

Essen- und Getränkeindustrie: Die Lebensmittelindustrie (z. B. Molkereien, Schlachthöfe und Fleischverarbeitung, Brauereien, Süßwaren-/Konservenfabriken) produziert Abwässer, die sehr hohe organische Schadstoffe enthalten. Diese Abwässer haben oft hohe BSB/COD-Konzentrationen. Zum Beispiel kann eine Molkerei COD-Werte von 2.000-5.000 mg/L und BSB5-Werte von 1.000-3.000 mg/L aufweisen; Schlachthofabwässer haben oft BSB5-Werte von 1.500-4.000 mg/L und enthalten auch hohe Stickstoffwerte (der Gesamtnitrogenwert kann mehrere hundert mg/L erreichen) aus Öl und Fett sowie Blutprotein. MBBR hat den Vorteil, dass es hohen Belastungen standhalten und shockartige organische Lasten in solchen Abwässern tolerieren kann. In typischen Abwässern der Lebensmittelindustrie kann MBBR >90% der organischen Stoffe entfernen und gleichzeitig den Stickstoff durch Nitrifikation reduzieren. Zusätzlich wird MBBR zusammen mit einer Vorretention von Öl in Abwässern mit hohem Öl- und Fettgehalt eingesetzt, um Verstopfungen und übermäßige Biofilmbildung zu minimieren. Der weit verbreitete Einsatz von MBBR in der Lebensmittelindustrie ist auch auf die Fähigkeit zurückzuführen, saisonale Laständerungen (z. B. während der Kampagnenzeiten) zu tolerieren. 

Getränke- und Fermentationsanlagen: (Brauereien, Fruchtsaftanlagen, Weinproduktion usw.) In diesem Teilsektor enthält das Abwasser im Allgemeinen hohe leicht abbaubare BSB (z. B. liegt der BSB5 in Brauereien bei Werten von 1.000-2.000 mg/L, Stickstoff und Phosphor sind relativ niedrig). MBBR kann in solchem Abwasser mit hohen volumetrischen Belastungen (hohe OLR) arbeiten und BSB in kurzer Zeit reduzieren. Zum Beispiel kann eine Entfernung von 95% BSB im Abwasser von Brauereien mit einem einstufigen MBBR erreicht werden. Da das mit der Fermentation verbundene Abwasser eine warme Temperatur (30-35 °C) haben kann, ist die Temperaturtoleranz des MBBR für diesen Sektor ausreichend. 

Textilindustrie (Abwasser mit Farbstoffen und Chemikalien): Abwasser aus Färbe-, Finish- und Waschprozessen in der Textilindustrie weist hohe COD- Werte (500-1500 mg/L oder mehr) auf, während das BOD/COD-Verhältnis im Allgemeinen niedrig ist (d.h. die Abbaurate kann etwa 40-60% betragen). Darüber hinaus enthalten diese Abwässer Farbe, Farbstoffchemikalien (Azo-Farbstoffe, reaktive Farbstoffe) und Hilfsstoffe (Tenside, Salze). MBBR wird verwendet, um die biologisch abbaubare COD im Textilabwasser zu reduzieren. Eine typische MBBR-Einheit in der Textilindustrie entfernt 70-80% der COD, während für die verbleibende Farbe und die refraktären Materialien möglicherweise eine zusätzliche chemische Behandlung erforderlich ist. Obwohl der Stickstoffgehalt im Textilabwasser im Allgemeinen niedrig ist (es kann zum Stickstoffbeitrag von Farbstoffchemikalien kommen), besteht die Hauptaufgabe von MBBR darin, Farbe und organische Substanz zu reduzieren. In Textilwerken wird MBBR häufig mit Prozessen wie chemischer Behandlung (Koagulation) und/oder Ozonbehandlung kombiniert. Sein Vorteil besteht darin, dass Mikroorganismen dank des stabilen Biofilms leicht auf plötzlich auftretende Farbbelastungen reagieren können, selbst in Abwasser mit hohem Toxizitätspotenzial. 

Papier- und Zellstoffindustrie: Abwasser aus Papierfabriken und Zellstoffanlagen ist gekennzeichnet durch einen sehr hohen COD-Gehalt (COD kann aufgrund von Ligninabkömmlingen, insbesondere bei der Zellstoffproduktion, 5.000-10.000+ mg/L betragen) und hohe Schwebstoffe (Fasermaterialien). Das Verhältnis von BOD/COD in diesen Abwässern ist niedrig (d.h. der Anteil, der biologisch schwer abbaubar ist, ist hoch). MBBR wird in der Regel in der Papierindustrie als Vortreatment (Vorfilter) für hochvolumiges Abwasser oder zur Kapazitätserhöhung in Kombination mit Belebtschlamm (IFAS) eingesetzt. Zum Beispiel kann in einer Papierfabrik eine MBBR-Erststufe 50-70% des COD entfernen und dann eine ergänzende Behandlung mit einem Belebtschlammprozess in der nächsten Stufe durchführen. Typische Parameter: Da der AKM sehr hoch ist (1.000+ mg/L), wird eine Vorsortierung/Sedimentation durchgeführt; MBBR ist in dieser Hinsicht vorteilhaft, da es gegen Verstopfung resistent ist. Da die Wasseraufbereitung auch in Papierfabriken wichtig sein kann, werden auch MBBR+MBR (Membranbioreaktor) Hybridanlagen verwendet – MBBR reduziert die organische Belastung, und die vollständige Filtration erfolgt durch die Membran. 

Petrochemie und Raffinerie: In Ölraffinerien, petrochemischen Anlagen und der chemischen Industrie enthält Abwasser eine Vielzahl von organischen Schadstoffen (Benzol, Phenol, Toluol-Derivate, flüchtige organische Verbindungen) und ölige Verbindungen. Der Biochemische Sauerstoffbedarf (BOD) kann in solchem Abwasser hoch sein (1000-3000 mg/L), es gibt jedoch auch Komponenten, die schwer biologisch abbaubar oder möglicherweise giftig sind. MBBR fördert die biologische Umwandlung schwer abbaubarer Substanzen, indem es in diesen Bereichen eine ausgewogene Biomasse bereitstellt. Zum Beispiel können in Abwasser, das Phenol enthält, phenolabbauende Bakterien auf dem Biofilm mit langsamer Akklimatisierung wachsen. Das lange Alter des Biofilms (hoher SRT), das durch MBBR bereitgestellt wird, ermöglicht die Beibehaltung und den Betrieb solcher langsam wachsenden Mikroorganismen im System. In petrochemischen Anwendungen werden in der Regel mehrstufige MBBR-Sequenzen verwendet oder MBBR + Aktivschlamm werden zusammen eingesetzt (wie Pre-MBBR, dann konventionelle Belüftung). Typische Abwasserparameter können wie folgt sein: Gesamte Erdölkohlenwasserstoffe (TPH) 50-200 mg/L, BOD 1500 mg/L, Phenol 50 mg/L; MBBR kann eine Entfernung von >90 % des Phenols und eine signifikante Reduzierung des COD erreichen. Eine Vortrennung des Öls ist notwendig für Öl und Fett, andernfalls kann die Oberfläche der Träger mit Öl bedeckt werden und die Biofilmaaktivität reduzieren. Wenn eine ausreichende Vorbehandlung bereitgestellt wird, erzielt MBBR in diesen komplexen Abwässern sehr erfolgreiche Ergebnisse. 

Dünger- und Agrarindustrie: Abwasser aus Anlagen, in denen die Produktion von Düngemitteln (stickstoffhaltige, phosphorhaltige Düngemittel) oder tierischen Abfällen verarbeitet wird, kann sehr hohe Konzentrationen von Ammoniakanstickstoff oder organischem Stickstoff enthalten. Zum Beispiel kann NH4-N in einem Düngemittelfabrikabwasser auf Tausende von mg/L-Niveaus ansteigen. MBBR ist eine gute Wahl für die Nitrifikation besonders hoher Ammoniakhälte. Dank der hohen Konzentration von nitrifizierenden Bakterien im Biofilm kann Ammoniak durch mehrfaches MBBR-Stufen-Nitrifikation in hochstickstoffhaltigen Abwässern auf Grenzwerte reduziert werden. In solchen Anwendungen werden Parameter wie Temperatur und pH sehr sorgfältig kontrolliert (pH-Pufferung, Kühlung usw. können für die Nitrifikation erforderlich sein). In der Agrarindustrie (z.B. Futterfabriken, landwirtschaftliche Lebensmittelabfälle) wird MBBR zur organischen Lastenbilanzierung eingesetzt. MBBR kann auch in der biologischen Behandlung von flüssigen Abfällen (Düngerlecks) von großangelegten Tierfarmen bevorzugt werden. 

Kleinmaßstab- und mobile Anwendungen: Die modulare Struktur des MBBR ermöglicht seine Nutzung in tragbaren Systemen als Fertigungseinheiten für die Abwasserbehandlung. Zum Beispiel können containerisierte MBBR-Einheiten an temporären Standorten wie Baustellen, militärischen Einrichtungen, Schiffen oder Katastrophengebieten installiert werden. Diese Einheiten haben typische Parameter für kommunales Abwasser, aber das System ist in einem kleinen Volumen kompakt. Die Widerstandsfähigkeit des MBBR gegenüber hohen Belastungen und die einfache Bedienung sind für diese Szenarien geeignet. Wiederum werden Fertigungs-MBBR-Systeme häufig in einzelnen Siedlungen wie Hotels, Ferienorten und Einkaufszentren eingesetzt. In diesen Anwendungen sind die Abwassermerkmale kommunal, und der MBBR kann auf die Qualität für die Bewässerung oder Wiederverwendung gebracht werden. 

Neben den oben aufgeführten Sektoren gibt es auch MBBR-Anwendungen in Bereichen wie der Fischzucht (Aquakultur). MBBR ist sehr effektiv bei der Ammoniakentfernung (Nitrifikation) von Wasser in der Aquakultur, da es die NH4-Akkumulation in Fischbecken kontinuierlich mit Biofilm reinigt. Wie zu sehen ist, ist das Anwendungsgebiet von MBBR ziemlich breit; typische Schadstoffparameter in jedem Sektor und wie MBBR mit ihnen umgeht, werden in die Prozessgestaltung einbezogen. Die folgende Tabelle fasst typische Werte der Abwasserparameter in einigen Sektoren zusammen: 

Tabelle: Ungefähre Parameterwerte von Abwasser, das aus verschiedenen Sektoren in das MBBR gelangt (kann je nach regionalen und prozessbedingten Unterschieden variieren).* 

Basierend auf den obigen Werten werden die spezifischen Anforderungen jedes Sektors bei der Planung des MBBR-Systems berücksichtigt. Zum Beispiel wird in einer hochstickstoffhaltigen Düngemittelanlage der MBBR-Reaktor besonders groß für die Nitrifikation gehalten und gegebenenfalls gestuft; in einem Textilabwasser mit hohem COD wird ein MBBR in Kombination mit einer chemischen Behandlung in Betracht gezogen. Da MBBR bei Bedarf als Hybrid mit anderen Behandlungsprozessen eingesetzt werden kann (z. B. aktivierter Schlamm + MBBR = IFAS oder MBBR + Membran = MBBR-MBR), ist es möglich, die Qualitätsziele verschiedener Sektoren zu erreichen. 

Parameter und typische Schadstoffe, die mit MBBR entfernt werden können. 

Der MBBR-Prozess dient hauptsächlich der Entfernung von biologisch abbaubaren Schadstoffen. Mit einer angemessenen Planung und Durchführung können jedoch auch einige anorganische und schlecht abbaubare Schadstoffe indirekt reduziert werden. Nachfolgend sind Informationen zu den wichtigsten Parametern und Schadstoffen aufgeführt, die mit MBBR behandelt werden können: 

Organische Stoffe (BOD₅ und COD): Das Hauptziel von MBBR besteht darin, die BOD₅ (Biochemischer Sauerstoffbedarf) und COD (Chemischer Sauerstoffbedarf)-Werte durch den Verbrauch organischer Stoffe im Abwasser zu reduzieren. Heterotrophe Bakterien, die auf dem Biofilm leben, nutzen organische Schadstoffe im Abwasser als Nährstoffe und oxidieren sie, wodurch sie in CO₂ und Wasser umgewandelt werden. Auf diese Weise wird die organische Last im MBBR-Reaktor weitgehend entfernt. Typischerweise kann ein gut gestaltetes MBBR-System 85-95 % des BOD₅ und 75-90 % des COD entfernen. Beispiele für organische Schadstoffe, die behandelt werden können, sind Zucker, Stärke, Proteine, Fette (biologisch abbaubare Teile), Alkohole, organische Säuren und viele industrielle organische Stoffe (biologisch abbaubare Teile von Farbstoffen, Phenolderivaten – mit entsprechender Anpassung). Die Entfernung organischer Stoffe im MBBR erfolgt in einer kompakteren Umgebung im Vergleich zu aktivem Schlamm aufgrund der hohen Mikrobiendichte. Ungünstige oder toxische organische Stoffe (z.B. einige chlorierte Verbindungen) sind selbst im Biofilm schwer abzubauen; in diesem Fall können zusätzliche Behandlungsstufen erforderlich sein. Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass MBBR alle biologisch oxidierbaren organischen Kontaminanten entfernen kann. 

Stickstoffverbindungen: MBBR ist auch sehr effektiv bei der Stickstoffentfernung. Organisches Stickstoff und Ammonium im Abwasser werden durch einen zweistufigen Prozess entfernt: Nitrifikation und (falls vorhanden) Denitrifikation. In der MBBR-Umgebung setzen sich autotrophe Bakterien, die Nitrifikation durchführen, wie Nitrosomonas und Nitrobacter, im Biofilm ab und oxidieren Ammoniumstickstoff zuerst zu Nitrit und dann zu Nitrat. Auf diese Weise wird Ammoniak (NH₃/NH₄⁺) -Verschmutzung beseitigt. Ammonium kann zu >90% nur mit aeroben MBBR umgewandelt werden; beispielsweise, wenn 50 mg/L NH4-N im Zulauf vorhanden sind, können Werte wie <5 mg/L am Auslass erreicht werden. Im zweiten Schritt wird eine anoxische MBBR-Phase zum System hinzugefügt, um den gesamten Stickstoff zu entfernen. Hier reduzieren heterotrophe Denitrifikationsbakterien Nitrat zu molekularem Stickstoff (N₂-Gas) und Stickstoff wird als flüchtiges Gas aus dem Wasser entfernt. Die Gesamtstickstoffentfernung mit MBBR kann bei gut gestalteten Stufen 70-90% erreichen. Besonders in Fällen, in denen niedrige Emissionsgrenzen erforderlich sind (z.B. TN < 10 mg/L), können diese Ziele mit einer anoxischen + aeroben MBBR-Sequenz und dem notwendigen internen Zyklus erreicht werden. Die stabile Biofilmstruktur von MBBR ist vorteilhaft, da sie die hohe Schlammalter-Anforderung der nitrifizierenden Bakterien erfüllt – Nitrifikanten, die in aktivem Schlamm leicht ausgewaschen werden, bleiben im System, indem sie sich an der Oberfläche in MBBR adsorbieren und effektiv arbeiten. Daher kann MBBR Stickstoff in Form von Ammonium (NH₄⁺), Nitrit (NO₂⁻) und Nitrat (NO₃⁻) unter geeigneten Bedingungen entfernen. Typische behandelbare Schadstoffe umfassen: Abfall aus der Produktion von stickstoffhaltigen Düngemitteln wie Ammoniumsulfat (hohe NH₄⁺), Produkte des Proteinstoffwechsels (Harnstoff, Aminosäuren – zuerst in Ammonium umgewandelt und dann nitrifiziert) und nitrathaltige Industrieabwässer (z.B. Abwässer aus Düngemitteln, nitrathaltige Prozessabwässer – in anoxischen MBBR entfernt). Es sollte beachtet werden, dass für eine vollständige Denitrifikation die organische Kohlenstoffquelle ausreichend sein muss; für Gewässer mit niedrigem Kohlenstoff, aber hohem Nitrat kann eine zusätzliche Kohlenstoffdosis (Methanol, Ethanol usw.) dem MBBR zugeführt werden. 

Phosphor (P) Verbindungen: Die biologische Entfernung von überschüssigem Phosphor ist mit MBBR allein nicht möglich, da sie die selektive Anzucht spezieller phosphorfixierender Mikroorganismen (PAOs) in anaerob-aeroben sequentiellen Umgebungen (EBPR-Prozess) erfordert. MBBR wird im klassischen Sinne in der Regel nicht als biologischer Phosphorentfernungsprozess verwendet. Stattdessen erfolgt die Phosphorentfernung zusammen mit chemischer Fällung. Allerdings wird ein gewisser Phosphor im Biofilm durch Zellwachstum zurückgehalten: Bakterielle Biomasse enthält im Durchschnitt 2 % Phosphor, so dass die P-Entfernung, wenn auch geringfügig, durch die Entfernung überschüssiger Biomasse erfolgt. Dennoch, wenn der gesamte Phosphor unter den Zielparametern der Abwasserbehandlung wichtig ist, wird die Flockungssubstanz (wie Fe³⁺- oder Al³⁺-Salze) in der Regel gegen Ende des MBBR dosiert und Phosphate werden durch chemische Fällung entfernt. In diesem Fall arbeiten der MBBR-Prozess + chemische Behandlung integriert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Orthophosphat oder Gesamtphosphor nicht zu den Parametern gehören, die MBBR direkt behandeln kann; für diese sollte eine chemische Behandlung geplant werden. Allerdings können mit MBBR typische Zulaufphosphorwerte (z. B. 5-10 mg/L TP) mit chemischer Unterstützung auf unter 1-2 mg/L reduziert werden, was im Allgemeinen diesem Niveau in den türkischen und EU-Standards entspricht. 

Schwebstoffe (SS) und absetzbare Feststoffe: Der MBBR-Reaktor erfasst die meisten der Schwebstoffe durch den Fang-Effekt des Biofilms oder konsumiert die organischen Teile biologisch, produziert jedoch kein vollständig klares Wasser. Die Hauptentfernung von Schwebstoffen erfolgt durch sekundäre Sedimentation oder Filtration, wie oben erwähnt. Daher können wir anstelle des direkten Parameters „SS-Entfernung“ des MBBR von einer SSS-Stabilisierung sprechen. Partikel, die an der Oberfläche des Biofilms haften, werden dort teilweise von Mikroben abgebaut. Darüber hinaus wird die Flokulation in der Mischumgebung des MBBR unterstützt: Die vom Biofilm abgebrochenen Teile können sich mit anderen Zusätzen im Abwasser verbinden und größere Flokks bilden, was ihre Beibehaltung in der endgültigen Sedimentation erleichtert. Daher spielt der MBBR-Prozess eine unterstützende Rolle bei der Reduzierung der gesamten Schwebstoffe. In der Praxis wird ein erheblicher Teil der SSS, die nach der Vorbehandlung kommt, entweder in der primären Sedimentation oder in den biologischen Reaktoren metabolisiert, und der Rest wird als Klärschlamm abgezogen. Zusammenfassend können physikalische Schadstoffe wie Trübung, Schlamm und Sediment im Wesentlichen durch das MBBR-System kontrolliert werden, aber ihre endgültige Entfernung hängt von der physikalischen Trennungsstufe ab. 

Pathogene Mikroorganismen: Während der biologischen Behandlung werden einige pathogene Mikroorganismen (z. B. Coliformbakterien) durch natürliche Konkurrenz und Exposition gegenüber der Umgebung reduziert. In MBBR-Pools gibt es im Allgemeinen keine UV-Licht-Exposition (es handelt sich um ein geschlossenes System), aber Protozoen und andere räuberische Organismen können im Biofilm-Ökosystem gefunden werden und jagen pathogene Bakterien. Auf diese Weise nehmen die Indikatorbakterien im häuslichen Abwasser nach der biologischen Behandlung etwas ab (z. B. kann ein Rückgang um 1-2 Log-Stufen bei Coliformen beobachtet werden). Wenn man die Ents Standards betrachtet, ist MBBR kein Desinfektionsprozess. Mit anderen Worten, die Entfernung von Krankheitserregern wird nicht als Zielparameter angesehen, die Desinfektion ist im letzten Abschnitt erforderlich. Dennoch ist bekannt, dass es im Biofilm zu viralen Fragmentierungen oder biologischen Antagonismen kommen kann und dass eine gewisse Unterdrückung von Erregern erfolgt. Dieser Effekt ist besonders hilfreich in Situationen wie Bewässerungswasser, das keine sehr niedrigen mikrobiellen Standards erfordert, aber eine gewisse Behandlung benötigt. 

Toxische organische und anorganische Stoffe: MBBR ist widerstandsfähiger gegen potenziell toxische Kontaminanten als Aktivschlamm-Systeme. Der Grund dafür ist, dass die Biofilm-Matrix eine diffusionsgesteuerte Mikroumgebung bietet: Selbst wenn eine plötzliche toxische Belastung (z. B. hohe Phenol-, Cyanid- oder Schwermetallkonzentrationen) die oberste Zellschicht der Biofilmnoberfläche abtötet, erreicht sie die unteren Schichten nur begrenzt, sodass nicht die gesamte Biomasse zerstört wird. Darüber hinaus können einige der toxischen organischen Verbindungen im Biofilm adsorbiert und im Laufe der Zeit biologisch abgebaut werden. Kontaminanten wie Phenole, Formaldehyd, Cyanid können in MBBR-Systemen mit entsprechender Anpassung abgebaut werden (natürlich bis zu Grenzwerten; sehr hohe Dosen einer separaten chemischen Behandlung können erforderlich sein). Schwermetalle (z. B. Cr, Ni, Zn, Pb) können biologisch nicht zerstört werden, können jedoch teilweise im Biofilm zurückgehalten und mit dem Schlamm aus dem System entfernt werden. Zum Beispiel kann bei der Analyse des Abwasserschlamms aus dem MBBR gesehen werden, dass einige Metalle in höheren Konzentrationen als im Eingang vorhanden sind - dies ist eher ein Akkumulationseffekt als ein Behandlungseffekt des Biofilms. Dies wird die Metallkonzentration im Wasser bis zu einem gewissen Grad immer noch reduzieren (sie können sich in die Biomasse integrieren, insbesondere in Form von Hydroxidniederschlägen). Metalle und toxische Chemikalien sind kein Ziel unter den MBBR-Parametern, aber bei der Behandlung von mit diesen Kontaminanten belastetem Wasser wird das System mit dem Wissen entworfen, dass das MBBR Haltbarkeit und eine gewisse Rückhaltung hat. Falls erforderlich, sind chemische Behandlungen (z. B. Oxidation) vor MBBR oder Nachbehandlungsschritte (Aktivkohle, Ionenaustausch) nach MBBR geplant. 

Andere Parameter: Der MBBR-Prozess trägt auch indirekt zur Entgiftung von Wasser bei; geruchsbelastende Verbindungen wie Schwefelwasserstoff werden in einer aeroben Umgebung oxidiert. Der Farbparameter verringert sich, wenn der Farbstoff biologisch abbaubar ist (zum Beispiel, natürliche Pigmente, die in Lebensmittelabwässern Farbe geben, werden abgebaut). Beständige Farbstoffelemente wie Textilfarbstoffe können jedoch mit MBBR nicht vollständig entfernt werden, einige von ihnen können nur durch Adsorption und biologische Abbaustoffe reduziert werden. Anorganische Salinitätsparameter wie Chlorid, Sulfat, Leitfähigkeit ändern sich nicht mit MBBR (selbst wenn Chemikalien als Nährstoffe hinzugefügt werden, kann eine gewisse Leitfähigkeitsbelastung ins Wasser gelangen). Daher entfernt MBBR kein TDS (gelöste Salze). 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Stärke von MBBR darin besteht, dass es hohe Effizienz in allen durch biologische Oxidation entfernbarem Verschmutzungsparametern bietet. Die Entfernung von organischem Material und Stickstoff ist dabei am wichtigsten. Die Entfernung von Phosphor erfolgt mit chemischer Unterstützung; eine separate Desinfektion ist für die Entfernung von Krankheitserregern erforderlich. Bei schwierigen Schadstoffen fungiert MBBR als das biologische „Rückgrat“ des Prozesses und wird bei Bedarf durch konventionelle Methoden unterstützt. Auf diese Weise wird es möglich, die Grenzwerte für die Einleitung sowohl in der EU als auch in der türkischen Umweltgesetzgebung zu erreichen. 

Grenzwerte für die Einleitung gemäß türkischer und EU-Gesetzgebung 

Bei der Planung und dem Betrieb von Abwasserbehandlungsanlagen sind die Qualitätskriterien der Umwelt, in die das gereinigte Wasser eingeleitet wird, entscheidend. Die Entlassungsstandards in der Türkei und der Europäischen Union variieren je nach der Umwelt oder dem Empfängerbereich, in den eingeleitet werden soll. Im Allgemeinen gelten die folgenden Szenarien: 

Ableitung in die Kanalisation (Ablauf in die Abwasserinfrastruktur): Es handelt sich um die Situation, in der ungeklärtes Abwasser, das einer Vorbehandlung vor dem Klärwerk unterzogen wurde, direkt in das städtische Kanalnetz eingeleitet wird. Zum Beispiel, wenn eine Fabrik ihr Abwasser nach einer einfachen Vorbehandlung innerhalb ihres eigenen Systems in das kommunale Kanalsystem ableitet, muss sie die von der Gemeinde festgelegten Ableitungskriterien einhalten. In der Türkei haben Wasserverwaltungen wie İSKİ und ASKİ Vorschriften zu diesem Thema und definieren in der Regel Parametergrenzen basierend auf der Verordnung über die Kontrolle der Wasserverunreinigung (SKKY). Typische Grenzwerte: 

pH: Sollte zwischen 6 – 10 (oder 6 – 12, kann in einigen Bereichen flexibel sein) liegen. Extrem sauberes/basis Wasser sollte das Netz nicht beschädigen. 

Temperatur: Im Allgemeinen wird eine Grenze von <40-45°C festgelegt (z. B. max. 50°C gemäß der İSKİ-Verordnung). Hohe Temperaturen können Pipelines und Behandlungsprozesse beschädigen. 

COD: Der COD für Abwasser, das in das Kanalnetz eingeleitet wird, liegt in der Regel zwischen 500-1000 mg/L. Wenn es in Istanbul eine Abwasserinfrastruktur gibt, die vollständig behandelt wird, wird eine COD-Grenze von 1000 mg/L angewendet; wenn es sich um ein System mit nur Vorbehandlung + Tiefseeeinleitung handelt, sind niedrigere Werte (600 mg/L) erforderlich. Diese Grenzen werden festgelegt, damit Gewässer mit hohen organischen Lasten, die weit außerhalb des Charakters von Haushaltsabwasser liegen, das Netzwerk nicht schädigen. Nach der MBBR-Anlage überschreitet der COD normalerweise nicht 1000 mg/L; daher können Sie, wenn Sie eine Industrie sind, die an eine zentrale Kläranlage angeschlossen wird, dieses Kriterium mit dem MBBR-Ausgang erfüllen. 

TSS (Schwebstoffe): Um zu verhindern, dass übermäßiger Schlamm in das Kanalsystem gelangt, wird typischerweise ein TSS-Wert von <300-400 mg/L gefordert. Zum Beispiel gibt es in İSKİ eine Grenze von 500 mg/L (für vollständig behandelte Systeme). Mit der Sedimentation nach MBBR wird dies leicht erreicht, da der TSS normalerweise <30 mg/L ist. 

Öl und Fett: Öl und Fett im Wasser, das in die Abwasserleitung abgeleitet wird, sind allgemein auf <50-150 mg/L begrenzt (wenn es eine vollständige Behandlung in İSKİ gibt, beträgt die Grenze 150 mg/L, andernfalls liegt die Grenze bei 50 mg/L). Dies dient der Vermeidung von Verstopfungen der Rohre und Problemen in der Kläranlage. Diese Grenze wird durch die Verwendung eines Fettabscheiders vor MBBR oder durch biologisches Abgebauten von Ölen in MBBR auf ein nicht zu überschreitendes Niveau reduziert. 

Toxische Substanzen: Die Standards für die Kanalentladung von Schwermetallen (Cr, Cd, Pb, Hg, Cu, Zn, Ni usw.), Cyanid, Phenolen, organischen Toxinen sind ziemlich streng – normalerweise sind die Grenzwerte auf mg/L oder niedriger festgelegt (z.B. Gesamtcyanid <1-2 mg/L, GesamtCr <5 mg/L, Hg <0.2 mg/L gemäß den İSKİ Tabelle-1 Werten). Diese Substanzen sind eingeschränkt, da sie die zentrale Abwasserbehandlungsanlage schädigen oder die Qualität des Endschlamms verschlechtern können. Obwohl der MBBR-Prozess viele toxische organische Stoffe außer Schwermetallen (wie Phenole) reduzieren kann, erfordern diese Grenzwerte normalerweise eine industrielle Vorbehandlung. Wenn diese Parameter also am Ausgang Ihres MBBR hoch sind, kann eine zusätzliche Behandlung erforderlich sein. 

Fluss und Durchflussmesser: Darüber hinaus darf jede Einrichtung, die an das Abwassersystem angeschlossen ist, eine bestimmte Durchflussrate nicht überschreiten und muss über einen Durchflussmesser verfügen. Obwohl dies kein "Parameter" ist, handelt es sich um eine regulatorische Anforderung. Wenn die festgelegten Grenzen überschritten werden, kann es zu strafrechtlichen Sanktionen kommen. 

Kommentar: Die Ableitungsstandards für Abwässer sollen in erster Linie die Infrastruktur und zentrale Einrichtungen schützen, nicht den endgültigen Empfänger. Anlagen, die MBBR als Vorbehandlung nutzen und Wasser in die Abwassersysteme einleiten, betreiben normalerweise MBBR, um Kriterien für organische Stoffe und Säure-Base-Neutralisation zu erfüllen, wie z. B. die Reduzierung des COD von 2000 mg/L auf weniger als 500 mg/L oder die Anpassung des pH-Werts. Diese Grenzen sind in den EU-Ländern ähnlich, wobei jede Stadt ihre eigenen Vorschriften für den Abwassersystemanschluss festlegt. In der EU werden die Ableitungskriterien für Abwasserinfrastrukturen im Allgemeinen durch nationale Gesetzgebung geregelt und umfassen ähnliche Parameter. 

Einleitung in die empfangende Umwelt (Fluss, See, Meer oder Boden): Im Falle, dass das behandeltes Abwasser in eine natürliche Wasserumgebung (oder in einen Kanal, der indirekt zu dieser Umgebung führt) eingeleitet wird, gelten Umweltableitgrenzen. In der Türkei bieten die Regulierung zur Kontrolle der Wasserverunreinigung (WPL) und die Regulierung zur Behandlung von städtischem Abwasser einen Rahmen für dieses Thema. In der EU werden die Richtlinie 91/271/EEC über die Behandlung von städtischem Abwasser sowie die nationale Gesetzgebung der Mitgliedsländer als Grundlage herangezogen. Die Hauptparametergrenzen sind wie folgt: 

BOD₅ (20°C): Im Allgemeinen wird ein Grenzwert von 25-30 mg/L für BOD₅ angewendet, das in die Umwelt eingeleitet wird. Die EU-Richtlinie sieht 25 mg/L (und 70-90% Behandlungs-effizienz) für kommunales Abwasser von 10.000 Personen und mehr vor. In der Türkei wird normalerweise ein Grenzwert von 25 oder 30 mg/L verwendet (insbesondere 25 mg/L für große Anlagen). In Anlagen mit kleinen Durchflussraten kann es Flexibilität geben, aber das Ziel im Design sollte immer ≤25 mg/L sein. Mit MBBR kann BOD₅= <20 mg/L leicht erreicht werden, sodass dieses Kriterium kein Problem darstellt. 

COD: Der EU-Standard liegt bei 125 mg/L (und 75% Reduktion). In der Türkei wurde die Grenze von 125 mg/L für kommunale Einleitungen im SKKY übernommen. In einigen Ländern kann sie zwischen 120-150 mg/L variieren. Es kann auch sektorspezifische niedrigere Grenzen für große industrielle Einleitungen geben (zum Beispiel COD 250 mg/L für einige Sektoren im SKKY). Dennoch wird ein COD < 100 mg/L für ein sicheres Design angestrebt. Mit MBBR kann unter guten Betriebsbedingungen ein COD von <80-100 mg/L leicht erreicht werden. 

TSS (Gesamt Suspended Solids): Die typische TSS-Grenze bei Einleitungen in die Empfangsgewässer liegt bei 35 mg/L (EU-Norm), in der Türkei wird in einigen Vorschriften von 30 mg/L ausgegangen. Mit anderen Worten, mehr als 30 mg/L an Schwebstoffen wird im gereinigten Wasser nicht gewünscht. Mit einer guten zweiten Sedimentation/Filtration kann der TSS-Bereich am MBBR-Auslass bei ~5-20 mg/L gehalten werden. Daher ist dies auch ein erreichbares Kriterium. 

Gesamtstickstoff (TN) und Ammonium: Diese Parameter spielen eine Rolle, abhängig von der Empfindlichkeit des Empfängers und der Größe der Anlage. Laut der EU-Verordnung gibt es in großen kommunalen Anlagen, die in empfindliche Gebiete (z. B. Seen, Trinkwasser-Stauseen, geschlossene Buchten) einleiten, eine Anforderung für einen jährlichen Mittelwert des Gesamtstickstoffs von 10 mg/L (oder mindestens 70-80% Entfernung) (Flexibilitäten wie 10 mg/L für über 100.000 Personen und 15 mg/L für zwischen 10.000-100.000 Personen). Ähnliche Grenzwerte gelten in der Türkei, wenn die Empfangs Umgebung "empfindlich in Bezug auf Nitrat" ist; in einigen Fällen können auch individuelle Grenzwerte für NH4-N und NO3-N im SKKY festgelegt werden. Zum Beispiel wird allgemein erwartet, dass NH4-N auf ein Niveau von 2-5 mg/L reduziert wird (insbesondere wenn es in einen Fluss mit Fischlebens eingeleitet wird). NH4-N < 5 mg/L kann leicht erfasst werden, indem eine Nitrifikationseinheit zum MBBR-Design hinzugefügt wird; Für Gesamtstickstoff wird TN < 10-15 mg/L mit der anoxischen Phase angestrebt. Bei industriellen Einleitungen wird der TN-Grenzwert entsprechend der Neigung des empfangenden Gewässers zur Eutrophierung angefordert. 

Gesamtphosphor (TP): Wiederum ist in empfindlichen Empfangsumgebungen (insbesondere Seen, stehendes Wasser) die Gesamtphosphorgrenze in der EU zwischen 1-2 mg/L erforderlich (1 mg/L für über 100k Menschen, 2 mg/L für kleinere). Ähnlich ist im türkischen Recht festgelegt, dass, wenn die Empfangsumgebung empfindlich auf Eutrophierung reagiert, eine Grenze von <2 mg/L festgelegt wird; wenn sie sehr empfindlich ist, 1 mg/L oder sogar 0,5 mg/L (Sonderfälle: Zum Beispiel geschützte Gebiete). Dies kann mit chemischer Unterstützung in der MBBR-Anlage erreicht werden. Mit ausreichender chemischer Dosierung und vorzugsweise Filtration kann sogar unter 1 mg/L erfasst werden. In standardmäßigen Empfangsumgebungen (mit Fluss wie Flüsse und Meere) wird TP in der Regel flexibel bei 3-5 mg/L gehalten, aber die Verordnung legt die endgültige Entscheidung in den Einleitgenehmigungen fest. Dieser Parameter wird nicht von der MBBR selbst, sondern durch den integrierten chemischen Prozess kontrolliert. 

Andere Parameter: Es ist obligatorisch, den pH-Wert zwischen 6-9 (sowohl EU als auch TR) beim Einleiten in die empfangende Umgebung zu halten. Die Temperatur sollte allgemein <30-35°C betragen, um die Temperatur des empfangenden Wassers nicht zu erhöhen. Öl & Fett müssen in der Regel <10-20 mg/L in der empfangenden Umgebung liegen (um die Bildung eines Films auf der Wasseroberfläche zu vermeiden). Die MBBR-Ableitung erreicht normalerweise <10 mg/L. Spezifische Grenzwerte können für den Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff (TKN) und NH4-N angegeben werden: zum Beispiel bei einem Haushaltsabwassereintrag an einem Ort ohne Kanalisation in SKKY, NH4-N < 10 mg/L, TKN < 15 mg/L. Wenn es mit MBBR eine Nitrifikation gibt, wird dies sichergestellt, da der Großteil des TKN~NH4 bereits in Nitrat umgewandelt wurde. Es kann Einschränkungen wie <0.5 mg/L freies Chlor bei der Einleitung von Chlor und Desinfektionsnebenprodukten geben (da Chlor für Fische giftig ist). Daher wird eine Chlorneutralsierung durchgeführt, wenn Chlor-desinfiziertes Wasser in die Natur eingeleitet wird. 

Schwermetalle und giftige Substanzen: Es gibt sektorspezifische Tabellen in SKKY für industrielle Anlagen, die direkt in die Empfängere Umgebung einleiten. Wenn beispielsweise eine Textilfärbanlage behandeltes Wasser in einen Bach einleiten möchte, muss sie spezielle Grenzwerte wie COD < 200 mg/L, aktivem Chlor < 0,2 mg/L, AOX < 1 mg/L usw. gemäß SKKY Tabelle 8.11 einhalten. Allgemein gibt es spezielle Grenzwerte für jeden Sektor (für jedes Schadstoff) bei nicht häuslichen Einleitungen. Der MBBR-Prozess spielt eine wichtige Rolle beim Erreichen dieser Grenzwerte; falls erforderlich, werden die Werte durch chemische Behandlungen unterstützt. Zum Beispiel gibt es einen Grenzwert von Cr+6 < 0,1 mg/L im behandelten Wasser für die Elektroplatierung von Chrom, dies wird durch chemische Reduktion und nicht biologisch erreicht, MBBR kümmert sich hier um den organischen Teil. 

Kommentar : Die Grenzwerte für die Einleitung in die empfangenden Gewässer sind ziemlich streng, da sie darauf abzielen, die Umwelt zu schützen. In der EU erreichen die meisten kommunalen Kläranlagen Werte wie BSB₅ ~5-15 mg/L, CSB ~30-60 mg/L, TSS <20 mg/L, TN ~5-10 mg/L, TP ~1 mg/L an ihren Auslässen, die sogar unter den Vorschriften liegen. Neu errichtete Anlagen in der Türkei sind mit ähnlichen Zielen konzipiert. MBBR ist ein geeignetes Verfahren, um diese Ziele zu erreichen. Besonders im Rahmen der städtischen Abwasserbehandlungsverordnung erhalten Einrichtungen, die MBBR verwenden, Genehmigungen zur Einleitung, indem sie Nitrifikation/Denitrifikation und, falls erforderlich, Phosphorentfernung integrieren. Die Situation ist ähnlich in industriellen Anlagen, die in die empfangende Umwelt einleiten; wenn es einen Parameter gibt, für den MBBR nicht geeignet ist (zum Beispiel Schwermetalle), wird eine spezielle Einheit für diesen Parameter hinzugefügt, und die verbleibenden Parameter wie BSB-CSB-Stickstoff werden mit MBBR verwaltet. 

Entladung in das Grundwasser/Versickerung und Wiederverwendung: In einigen speziellen Fällen kann behandeltes Wasser einer indirekten Entladung durch Versickerung oder Wiederverwendung in den Boden unterzogen werden, anstatt direkt in eine Oberflächenwasserumgebung zu gelangen. Beispielsweise kann eine Anlage möchten, behandeltes Wasser durch tiefe Brunnen in den Boden zu injizieren oder es auf Land zur Bewässerung freizusetzen. In diesen Szenarien sind strengere Qualitätsanforderungen erforderlich: 

Infiltration/Grundwasserabgabe: Um die Grundwasserressourcen zu schützen, wird eine Qualität angestrebt, die nahezu Trinkwasserqualität entspricht. Typischerweise werden Kriterien wie BOD₅ < 10 mg/L, AKM < 5 mg/L, Ammonium < 1-2 mg/L, Nitrat < 50 mg/L (Trinkwassergrenze), Gesamtcoliforme 0/100 mL (d.h. die Desinfektion muss vollständig sein) festgelegt. In der Türkei ist eine solche direkte unterirdische Abgabe im Allgemeinen verboten oder unterliegt sehr strengen Genehmigungen, da das Risiko einer Kontamination groß ist. Obwohl MBBR dieses Niveau der Reinigung (99% Niveau) bietet, ist in diesem Szenario normalerweise eine fortschrittliche Reinigung wie Umkehrosmose aus Sicherheitsgründen erforderlich. 

Bewässerungs-/Wiederverwendungsstandard: Wenn das behandeltes Wasser als Bewässerungswasser in der Landwirtschaft oder als Prozesswasser in der Industrie verwendet werden soll, muss es den entsprechenden Nutzungsstandards entsprechen. Zum Beispiel können es Grenzwerte wie BSB₅ < 20 mg/L, AKM < 30 mg/L, E. coli < 1000 CFU/100 mL mit Desinfektion in der Qualität des Bewässerungswassers geben. Separate Vorschriften werden in der EU zur Wasserrückgewinnung entwickelt (wie die EU-Verordnung 2020/741). Diese Standards können im Allgemeinen durch die Hinzufügung von Filtration und Desinfektion am MBBR-Ausgang erreicht werden. 

Meeresentladung (Tiefsee): Wenn das Abwasser direkt durch die Tiefsee entladen werden soll (insbesondere an tiefen Punkten, die weit vom Ufer entfernt sind), können in einigen Parametern Flexibilität gewährt werden (da es im Meer eine schnelle Verdünnung gibt). Allerdings sind Entladungen in der Nähe des Ufers auch so streng wie Oberflächenwasser. In der Türkei unterliegen Anlagen, die Tiefseeentladungen durchführen, besonderen Bedingungen im SKKY gemäß dem Wert des anfänglichen Verdünnungsverhältnisses (S1). Zum Beispiel, wenn S1 > 40, können höhere Auslasswerte für BSB und TSS (wie BSB 40 mg/L) erlaubt sein. In der Praxis zielen jedoch selbst kommunale Anlagen mit großen Meeresentladungen auf den Standard von 25 mg/L BSB. 

Kommentar: Grundwasser- und Landabfluss-Szenarien sind vorsichtigere Situationen. MBBR allein reicht nicht aus, um Wasser auf Trinkwasserqualität zu bringen, aber in solchen Projekten wird MBBR als Vorbehandlung verwendet, danach wird die gewünschte Qualität mit fortschrittlichen Techniken wie Membranfiltration und Desinfektion erreicht. Das Ziel von MBBR ist es, die organische und Nährstofflast vor diesen fortschrittlichen Techniken zu minimieren und deren Arbeit zu erleichtern. 

Türkei vs EU Vergleich: Allgemein beinhaltet die Umweltschutzgesetzgebung der Türkei Werte, die den EU-Standards nahekommen. Die Verordnung zur städtischen Abwasserbehandlung steht im Einklang mit der EU-Richtlinie 91/271. Die Punkte, an denen Unterschiede auftreten können, liegen in einigen branchenspezifischen Parametern oder Toleranzen, die kleinen Anlagen gewährt werden. Zum Beispiel kann in der Türkei ein BSB-Limit von 30 mg/L für kommunale Anlagen mit eineräquivalenten Bevölkerung von 2000-10000 festgelegt werden, während in der EU allgemein 25 mg/L für >2000 erforderlich sind. Ähnlich gab es Fälle, in denen 35 mg/L anstelle von 30 mg/L für AKM in der Türkei herangezogen wurden. Allerdings wird in Bezug auf das sichere Design angestrebt, BSB₅=25, COD=125, AKM=30, TN=10, TP=1 mg/L Werte in einem MBBR-Behandlungsprojekt zu erreichen, um eine rechtliche Harmonisierung sowohl in der Türkei als auch in der EU zu gewährleisten. Industrielle Anlagen sollten ihre eigenen Sektorgrenzen aus dem SKKY überprüfen; In den EU-Ländern bieten die Richtlinie über industrielle Emissionen und die sektorspezifischen BREFs Orientierung – weitere Behandlungen sind im Allgemeinen erforderlich. 

Die folgende Tabelle fasst die typischen EU- und TR-Effluentstandards für kommunale Abwasserbehandlung zusammen: 

Tabelle: Typische Auslassstandards für kommunale Abwasserentsorgung in der EU und der Türkei. Werte werden für empfindliche Gebiete angegeben. EU-Richtlinien legen auch % Entfernungsbedingungen fest, und die türkische Gesetzgebung ist parallel dazu.  

** Hinweis: Der Coliformstandard variiert je nach Klasse der empfangenden Umgebung; es ist kein verbindlicher Parameter am Abwasserbehandlungsbereich, sondern ein Qualitätskriterium für das empfangende Wasser.* 

Zusätzlich zu den oben genannten Werten sind in Tabelle 5-20 des SKKY Anhang-1 zusätzliche Parametergrenzen (Metalle, Schadstoffe) auf sektoraler Basis angegeben. Zum Beispiel, AOX (absorbierbare organische Halogene) <1 mg/L für Textilien, Schwefel <1 mg/L für Leder, Gesamtöl <5 mg/L für Erdölraffinerien. Obwohl es nicht möglich ist, diese Sonderfälle hier einzeln aufzulisten, sollte im Hinterkopf behalten werden, dass diese Parameter ebenfalls in einem industriellen Behandlungsdesign, das den MBBR-Prozess umfasst, berücksichtigt werden sollten und dass, falls notwendig, Einheiten wie chemische Behandlung und Filtration neben dem MBBR platziert werden sollten. 

Infolgedessen schreibt die in beiden Ländern geltende Gesetzgebung in der Türkei und der EU Abflusswerte vor, die mit der heutigen MBBR-Technologie erreicht werden können. Wichtig ist, zu bestimmen, welches Abfluss-Szenario in der Entwurfsphase gültig ist und das MBBR-System sowie die Hilfseinheiten so zu planen, dass diese Ziele erreicht werden. 

Grundparameter für das Design von MBBR-Systemen 

Das Design eines MBBR-Behandlungssystems basiert auf einigen Schlüsselparametern, sowohl in Bezug auf die Reaktordimensionierung als auch auf die Betriebseffizienz. Diese Parameter definieren die biochemischen Reaktionsraten, die Menge an benötigten Trägersubstanzen und das Gesamtverhalten des Systems. Die folgende Tabelle fasst die Schlüsselfaktoren und ihre typischen Werte zusammen, die im MBBR-Design wichtig sind: 

Tabelle: Einige wichtige Parameter und typische Wertebereiche im MBBR-Design. Diese Parameter werden gemäß den Eigenschaften jedes Werks optimiert. Zum Beispiel kann ein Werk in einem sehr kalten Klima die Designtemperatur auf 10°C festlegen und die HRT verlängern; während ein anderes Werk die Flächenbelastung niedrig halten und mehr Träger entsprechend der hohen Konzentration von industriellem Abwasser hinzufügen kann. Im Entwurfsprozess wird normalerweise die insgesamt benötigte Trägerfläche mit kinetischen Daten aus der Literatur (wie z.B. BOD oder NH₄-Last, die pro Flächeneinheit bei einer bestimmten Temperatur entfernt werden kann) berechnet, danach wird das Trägervolumen, das diese Fläche bereitstellen kann, und das Reaktorvolumen entsprechend festgelegt. Anschließend werden der Sauerstoffbedarf und die Nährstoffbilanz (zum Beispiel, gibt es genug Kohlenstoffquelle für die Denitrifikation?) überprüft. Die oben genannten Parameter stehen in einem Zusammenhang; wenn beispielsweise eine hohe organische Last vorliegt, sollte eine hohe Oberfläche (mehr Medium und/oder längere HRT) entsprechend bereitgestellt werden. Dank der Flexibilität von MBBR können die Designer die Parameter nach Bedarf anpassen und die gewünschte Abwasserqualität erreichen. Wenn eine bestehende Anlage beispielsweise unzureichend wird, kann die zusätzliche Behandlungskapazität erreicht werden, indem die Trägerbelegungsrate von 50% auf 60% erhöht wird (d.h. einige der Medien hinzugefügt werden). 

Punkte, die bei der Gestaltung zu berücksichtigen sind 

Während der Entwurfsphase des MBBR-Prozesses sollte sowohl auf praktische Ingenieurfragen als auch auf theoretische Parameter geachtet werden. Hier sind die entscheidenden Punkte, die bei der Gestaltung zu berücksichtigen sind: 

Hydraulisches Design und Mischen: Es ist sehr wichtig, dass es in MBBR-Reaktoren keine toten Zonen gibt. Damit die Träger im Volumen zirkulieren können, muss die Belüftungs- und/oder Mischanlagengestaltung homogen sein. Die Geometrie des Tanks wird entsprechend im Entwurf ausgewählt (abgerundete Ecken, um Medienansammlungen in den Ecken zu verhindern, Strömungsleitbleche usw.). Darüber hinaus müssen die Ein- und Austrittsverteiler eine gleichmäßige Strömungsverteilung gewährleisten; sie sollten keinen plötzlichen Kurzschlussstrom verursachen und das Medium aus einem Bereich ausstoßen. Wenn ein horizontaler Durchflussreaktor entworfen wird, können Baffles so platziert werden, dass das einströmende Wasser das Medium im ersten Fach nicht verdrängt und auf dem Austrittsgitter ansammelt. Die Leistung der Mischgeräte (Diffusor, Mischer) sollte so berechnet werden, dass das Medium schwebt (zum Beispiel sollte der Mischer im anoxischen Tank von einem Typ sein, bei dem das Medium schwebt). Da übermäßiges Mischen eine Erosion des Mediums verursachen kann, wird die optimale Leistungsbelastung (W/m³) gemäß der Literatur ausgewählt. 

Trägermedien und Bildschirmdesign: Bei der Auswahl eines Trägers sollten nicht nur die Oberfläche, sondern auch die Festigkeit des Materials, die Neigung zur Verstopfung und die Referenzen des Herstellers berücksichtigt werden. Medien können sich im Laufe der Zeit durch Reibung oder Zusammenstoßen abnutzen; Qualitätsprodukte haben eine lange Lebensdauer (sie können über 20 Jahre verwendet werden). Das Design des Bildschirms (Rückhaltbildschirm) sollte eine Öffnung haben, die der Größe des Mediums angemessen ist; sie sollte weder das Medium auslaufen lassen noch eine Verstopfung verursachen. Keilringssieben sind ideal für diese Arbeit; die Öffnung kann auf 80 % des kleinsten Durchmessers des Mediums ausgewählt werden (z. B. 8 mm Spalt, wenn der Durchmesser des Mediums 10 mm beträgt). Zugangs- und Reinigungsmechanismen sollten für die Reinigung der Bildschirme entworfen werden. Andernfalls können sie im Laufe der Zeit mit Biofilm und Schmutz verstopfen und den Durchfluss verhindern. Darüber hinaus sollte der Bildschirm mechanisch robust gegen den Druck sein, der durch das Medium erzeugt wird (da sich der Träger ansammelt, wird eine Last auf dem Bildschirm erzeugt, dies sollte berücksichtigt werden). 

Sauerstoffübertragungsfähigkeit: Bei der Dimensionierung des Belüftungssystems sollte der Planer den Sauerstoffbedarf im Abwasser unter Berücksichtigung der tatsächlichen Umgebung, wie dem α-Faktor, berechnen. In Biofilmreaktoren kann die Sauerstoffübertragungseffizienz der Durchlässe etwas niedriger sein als in klarem Wasser (verschiedene Strömungsdynamiken aufgrund des Biofilms). Daher sollten die Kapazitäten der Belüftungsgebläse unter Berücksichtigung der maximalen Last, niedriger Temperaturen und möglicher Altersfaktoren ausgewählt werden. Eine redundante Verteilung von Gebläse und Durchlass ist ebenfalls entscheidend: Auch wenn ein Gebläse ausfällt, sollte genügend Sauerstoff geliefert werden. Darüber hinaus sollten Maßnahmen gegen Lärm und Vibrationen (Schalldämmung, flexible Verbindungen) in der Belüftung berücksichtigt werden, da hohe Luftströmungsraten Geräusche erzeugen können. 

Alkalität und Nährstoffbilanz: In Entwürfen, die eine hohe Stickstoffeliminierung bieten sollen, sollte der Alkalitätsstatus des einströmenden Abwassers überprüft werden. Da die Nitrifikation erhebliche Alkalität verbraucht; wenn nicht genügend Alkalität vorhanden ist, kann der pH-Wert im Reaktor sinken und der Prozess kann unterbrochen werden. Daher wird in der Entwurfsphase berechnet, dass ~7 mg CaCO₃ für 1 mg NH₄ benötigt werden, und falls erforderlich, wird alkalische Chemikalien-Dosiergeräte (Kalk, Soda) zum System hinzugefügt. Ähnlich ist das Gleichgewicht der Kohlenstoffquelle in Systemen mit einer Denitrifikationsstufe wichtig: Wenn nicht genügend leicht abbaubarer organischer Kohlenstoff im Abwasser vorhanden ist (zum Beispiel ein Abwasser mit einem niedrigem C/N-Verhältnis), sollte das Dosieren einer externen Kohlenstoffquelle (Methanol, Ethanol usw.) im Entwurf berücksichtigt werden. Der Standort solcher Geräte und die Dosierkontrollszenarien sollten während der Projektphase geklärt werden. 

Mehrstufiges Design: Die Leistung des MBBR-Systems kann durch die Verwendung von gestuften Behältern anstelle eines einzelnen Behälters erhöht werden. Wenn nötig, kann der Designer den Prozess in 2 oder 3 aufeinanderfolgende MBBR-Reaktoren unterteilen (z.B. der erste Reaktor ist zur Entfernung organischer Stoffe mit hoher Last, der zweite Reaktor ist zur Nitrifikation mit niedriger Last). Dies sorgt für einen stabileren Betrieb durch die Unterteilung der gesamten Oberfläche. Bei der Berücksichtigung von Stufungen sollten geeignete Flussausgleichs- und Verteilungsstrukturen zwischen den einzelnen Stufen platziert werden (z.B. ein Zwischenraster, um suspendierte biologische Feststoffe am Ausgang des ersten Reaktors zurückzuhalten, oder eine einfache Schwerkrafttrennstruktur). Darüber hinaus können die Füllverhältnisse der Stufen unterschiedlich gewählt werden; Strategien wie eine etwas niedrigere Füllung (40%) für die erste Stufe und eine höhere Füllung (60%) für die zweite können im Design verfolgt werden. Diese Entscheidungen werden gemäß den Effizienzen getroffen, die aus ähnlichen Anwendungen in der Literatur gewonnen wurden. 

Flexibilität und Modularität: Bei der Gestaltung sollte Flexibilität berücksichtigt werden, um mögliche zukünftige Laststeigerungen oder Änderungen von Standards zu ermöglichen. Da MBBR-Systeme modular sind, sollte die Möglichkeit in Betracht gezogen werden, das Reaktvolumen oder Träger hinzuzufügen. Wenn beispielsweise die Durchflussrate nach 10 Jahren um 20 % steigt, kann der Landplan so gestaltet werden, dass ein zusätzlicher MBBR-Reaktor Platz findet. Oder wenn der Emissionsstandard in Zukunft strenger für TN wird, sollte die Infrastruktur (Rücklaufrohre, Leerstände) hinterlassen werden, die für die Hinzufügung eines anoxischen Abschnitts geeignet ist. Bypass-Leitungen sollten bei der Planung nicht vergessen werden: Ventile und Leitungen, die einen bestimmten Reaktor deaktivieren und den Fluss im Falle von Wartungsarbeiten oder Ausfällen auf einen anderen umleiten können, sollten eingeplant werden. 

Materialauswahl und Korrosion: Biofilmreaktoren sind typischerweise Umgebungen mit hohem Sauerstoffgehalt und in einigen Bereichen hoher Luftfeuchtigkeit. Daher sollte der Schutz von Betontanks mit geeigneten Beschichtungen (insbesondere in den überwasserliegenden Bereichen) in Betracht gezogen werden; Materialien wie Edelstahl und Faserverbundstoffe sollten für metallische Anlagen bevorzugt werden. Die Wahl korrosionsbeständiger Materialien (Edelstahl SS316 oder 304, Kunststoff) für Teile wie Gitter und Bolzen wird die Lebensdauer verlängern. Da die Luftfeuchtigkeit in Gebläseräumen hoch sein kann, sollte die Belüftung und Kühlung für die Geräte ausgelegt werden. Darüber hinaus sollten, wenn es eine chemische Dosierung gibt (z.B. Säure/Alkaline zur pH-Kontrolle, FeCl₃ zur Phosphorentfernung), die Materialien in den Bereichen, mit denen sie in Kontakt kommen, resistent gegen chemische Einflüsse sein (PVC/HDPE-Rohre, Gummidichtungen usw.). 

Bedienungsfreundlichkeit und Kontrolle: Die Bedienbarkeit des Systems sollte auch während der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Beispielsweise sollten Schachtöffnungen und Zugangslöcher für die Platzierung der Trägemedien im Reaktor und deren Entfernung bei Bedarf (Medienauffangnetz oder Ablaufventil, wenn nötig) geplant werden. Die Standorte der Sensoren sollten an Orten sein, an denen Wartungsarbeiten durchgeführt werden können (z.B. einfache Reinigung der DO-Sonde). Alarmgrenzen und die Notwendigkeit redundanter Messungen werden bei der Auslegung des Automatisierungssystems berücksichtigt (mehrere Sensoren oder Laborverifizierungen werden für einen kritischen Parameter eingeplant). All diese Details, auch wenn sie auf dem Papier geringfügig erscheinen mögen, bieten große Bequemlichkeit im realen Betrieb und sollten vom Designer in das Projekt aufgenommen werden. 

Probleme, die während des Betriebs auftreten können (Fehlerbehebung) 

MBBR-Systeme sind im Allgemeinen stabil bei ordnungsgemäßem Design und Betrieb. Einige typische Betriebsprobleme, die im Feld auftreten können, sind: 

Träger-Medien-Flucht oder Beschädigung: Ein häufiges Problem ist die Flucht von Biofilmträgern aus dem Reaktor aus verschiedenen Gründen. Aufgrund eines Fehlers, Bruchs oder einer falschen Installation der Siebe kann das Medium in die sekundäre Sedimentation gezogen werden oder sogar zur Entladung gelangen. Dies verringert sowohl die Behandlungskapazität (Flächenverlust) als auch kann die mechanische Ausrüstung (Pumpe, Ventil) beschädigen. Wenn ein Träger an der Oberfläche der sekundären Sedimentation oder in der Pumpstation während des Betriebs beobachtet wird, sollte das System sofort gestoppt werden, das fehlende Medium sollte wieder in den Reaktor zurückgegeben werden und das Sieb sollte repariert werden. Darüber hinaus kann die Auftriebskraft des Mediums im Laufe der Zeit abnehmen (es kann schwer und mit Schlamm gefüllt werden), in diesem Fall wird ein Teil des Mediums auf den Boden sinken und die Zirkulation einstellen. Dies führt zu einem Verlust der effektiven Oberfläche. Als Lösung wird periodisch Luft zugeführt, um sicherzustellen, dass sich das Medium selbst reinigt, oder das System wird gestoppt und das Medium wird entnommen und gewaschen. 

Biofilm-Wachstum und Verstopfung: Wenn die Belastung niedriger als erwartet ist oder die Trägermaterialfüllung zu hoch ist, kann die Biofilmschicht im Medium übermäßig dick werden. Der dicke Biofilm kann Diffusionsbeschränkungen verursachen und die inneren Teile können anaerob werden. In diesem Fall kann das Medium zusammenfließen und agglomerieren (klebrige Biomasse kann das Medium packen) und die freie Zirkulation im Reaktor wird beeinträchtigt. Darüber hinaus können die Siebe und Diffusoren beginnen, mit Biomasse verstopft zu werden. In einem solchen Fall sollte der Betreiber vorübergehend die Belüftung erhöhen oder die mechanische Mischung intensivieren, um einen Teil des Biofilms aufzubrechen (überschüssiger Biofilm wird mit hoher Scherkräfte abgeworfen). Einige Unternehmen führen in bestimmten Intervallen eine kontrollierte Ablösung durch, die als „Biofilm-Abschälung“ bezeichnet wird (zum Beispiel einmal im Monat die Luftzufuhr für kurze Zeit auf 150 % erhöhen und einen Schock auslösen). Ein weiterer Indikator für das Biofilm-Wachstum ist der Anstieg des outlet AKM-Werts (das bedeutet, dass zu viel Biomasse abbricht und eine Belastung in der Sedimentation erzeugt). In diesem Fall wird der Biofilm mit derselben Methode verdünnt oder, falls erforderlich, wird ein Teil des Trägermaterials aus dem Reaktor entfernt (wenn die Belastung zu niedrig gefallen ist). 

Unzureichende Biofilm-Adhäsion (Filmentzug): In einigen Fällen ist das Gegenteil der Fall, Biofilm kann sich im Reaktor nicht ausreichend entwickeln. Besonders während der anfänglichen Inbetriebnahme kann es zu einem Problem des „Trägers, der weiß bleibt“ kommen, d.h. es bildet sich kein sichtbarer Film auf ihnen. Dies liegt entweder an einem Mangel an Nährstoffen (geringe Belastung) oder an zu hohem Schergradient (Mikroorganismen brechen ab, bevor sie sich anheften können). Als Lösung kann das System inokuliert werden (biologisches „Einsäen“ des Mediums durch Hinzufügen von etwas Schlamm aus einer anderen Anlage), die Belastung wird allmählich erhöht und wenn die Belüftung zu hoch ist, wird sie leicht reduziert. Biofilm-Adhäsion wird sich im Laufe der Zeit entwickeln, wenn geeignete Bedingungen bereitgestellt werden. Darüber hinaus, wenn ein toxischer Schock auftritt (Biofilmsterben aufgrund plötzlicher toxischer Abfallaufschüttung), sind Inokulation und Geduld erforderlich, damit sich der Biofilm erneut bildet. 

Wirkung variabler Lasten: Obwohl MBBR widerstandsfähiger gegen Stoßlasten ist als aktivierte Schlämme, können sehr plötzliche und große Laständerungen (zum Beispiel, wenn nach dem Feiertag sehr konzentriertes Abwasser plötzlich in die Anlage gelangt) vorübergehende Probleme verursachen. Typische Auswirkungen: Vorübergehend hoher COD/BOD-Ausstoß, fallender pH-Wert (Säuregehalt steigt), fallender DO (biologischer Sauerstoffbedarf steigt plötzlich) usw. Wenn diese Situation in der Anlage auftritt, wird, wenn möglich, eine fluss- oder lastgeregelte Zufuhr (langsames Füttern aus dem Ausgleichsbecken) durchgeführt. Ist es nur vorübergehend, erhöht der Betreiber die Belüftung auf Maximum; falls erforderlich, erfolgt eine chemische Dosierung (zum Beispiel pH-Puffer). Der Biofilm passt sich in der Regel an und stellt in kurzer Zeit ein Gleichgewicht her, aber die Ausgabewqualität kann während dieses Prozesses sinken. Daher war das Ausgleichsvolumen im Entwurf sehr wichtig – und die Anlage sollte es effektiv nutzen. Wenn die Lastschwankungen dauerhaft werden (mehr Produktion als erwartet usw.), werden langfristige Lösungen wie die zusätzliche Trägermaterial-Hinzufügung oder die Inbetriebnahme zusätzlicher Reaktoren in Betracht gezogen. 

Nitrifikationsprobleme: Da die Nitrifikation empfindlich auf Faktoren wie Temperatur, pH und Toxizität reagiert, ist eines der häufigsten Probleme der „plötzliche Rückgang der Ammoniakentfernung“. Der Grund ist normalerweise entweder ein Rückgang der Temperatur (in den Wintermonaten), unzureichende Alkalinität (pH ist gesunken) oder eine hemmende Substanz (z. B. Chlor, Lösungsmittel usw.) ist eingetreten. In einem solchen Fall schaut der Betreiber zuerst auf den Ammoniak-Trend am Ausgang; Wenn es einen Anstieg gibt, wird sofort pH und Alkalinität gemessen - wenn niedrig, alkalische Chemikalien dosiert. Wenn die Temperatur niedrig ist, gibt es nur begrenzte Möglichkeiten; vielleicht können sie die Belüftung leicht reduzieren und versuchen, die SRT tatsächlich zu erhöhen (indem sie verhindern, dass der Biofilm zu viel abblättert). Wenn der Verdacht auf das Eindringen einer toxischen Substanz besteht (z. B. kann dies am Geruch oder der Farbe des Wassers erkannt werden), wird die Quelle untersucht und versucht, sie zu stoppen. Wenn die Nitrifikationsbakterien betroffen sind, kann es einige Tage dauern, bis sie sich erholen; während dieser Zeit wird die Nährstofflast reduziert (falls nötig, kann die Zirkulation im System mit einem Rückführzyklus erfolgen und der neue Lastinput kann reduziert werden). In fortgeschrittenen Fällen kann ein nitrifiziertes Biofilm-Trägersystem aus einer anderen Anlage beschafft, dem System hinzugefügt und inokuliert werden. 

Denitrifikation Probleme: Ein häufiges Problem in der Denitrifikation ist, dass der anoxische Reaktor das Nitrat nicht ausreichend reduziert, d.h. das Ausgangsnitrat bleibt hoch. Dies kann auf einen Mangel an Kohlenstoffquelle hinweisen. Wenn dies im Betrieb beobachtet wird, überprüft der Betreiber das C/N-Verhältnis (z.B. Eingang COD- und TKN-Daten). Falls erforderlich, erhöhen Sie die Zufuhr von externem Kohlenstoff (z.B. Methanol). Ein weiteres Problem kann ein Anstieg des DO im anoxischen Tank sein (die Denitrifikation stoppt, wenn das innere Zirkulationswasser aus dem aeroben Tank zu viel O₂ trägt). In diesem Fall wird die interne Zirkulationsrate reduziert oder das anoxische Volumen erhöht. Wenn die Denitrifikation vorhanden, aber ineffizient ist, könnte der Mischer unzureichend sein (die Medienbewegung ist schwach) - die Mischgeschwindigkeiten werden kontrolliert. Auch niedrige Temperaturen verlangsamen die Denitrifikation, in diesem Fall kann der Prozess mit Geduld und vielleicht einer etwas höheren Kohlenstoffzufuhr fortgesetzt werden. 

Schaum und Geruch: Schaum kann in Biofilmreaktoren entstehen, insbesondere in den frühen Betriebsphasen oder während Lastschwankungen. Dieser Schaum ist normalerweise brauner biologischer Schaum (gebildet von filamentösen Bakterien wie Actinomyces oder schwebenden Biofilmpartikeln). Übermäßiger Schaum kann das Medium bedecken, den Luftkontakt reduzieren und Überlaufe verursachen. Als Lösung wird ein Oberflächensprühsystem betrieben (Schaum wird mit Sprinklern zerbrochen) oder Antischaummittel (Schaumhemmer) wird dosiert. Das Geruchsproblem wird im Allgemeinen durch die H₂S-Produktion in anoxischen/anaeroben Zonen verursacht. Wenn der gesamte MBBR aeroben Bedingungen ausgesetzt ist, ist der Geruch normalerweise minimal. Sollte jedoch ein Geruch aus dem Denitrifikationstank oder der Sedimentationseinheit kommen, wird interpretiert, dass die Oxigenierung unzureichend ist - die Belüftung wird erhöht oder der problematische Bereich wird geschlossen und ein Belüftungsfilter installiert. Der Geruch kann auch auf die Beschaffenheit des Zulaufabwassers zurückzuführen sein (z.B. Abwasser, das zu lange gelagert wurde), in diesem Fall kann die Belüftung während der Vorbehandlung und der Zwischenlagerung die Lösung sein. 

Schlammmanagementprobleme: Obwohl die Wahrnehmung besteht, dass das MBBR-System weniger Überschussschlamm im Vergleich zu klassischen Belebtschlammanlagen produziert, muss in der Realität, wenn der angesammelte Biofilm nicht regelmäßig entfernt wird, er als Sekundärschlamm entsorgt werden. Manchmal kommt es vor, dass bei einer hohen Schlammalterung im Werk und wenn der Schlamm lange Zeit nicht entfernt wird, Probleme mit schwimmendem Schlamm und Trübungen im Sedimentationsbecken auftreten. Daher sollte der Betreiber zu bestimmten Zeitpunkten Überschussschlamm aus dem System entfernen (das ist kein Problem, es ist eine Pflicht; wenn es nicht getan wird, wird es zu einem Problem). Während der Entwässerung des abgezogenen Schlamms sollte darauf geachtet werden, dass sich kein Kunststoffmedium darin befindet - manchmal können kleine Medien, die von den Sieben entkommen, in die Entwässerungsanlage gelangen, das sollte überprüft werden (zum Beispiel kann es sich in der Zentrifuge verfangen). 

Optimierungstipps für den MBBR-Prozess 

Um das MBBR-System effizient, wirtschaftlich und mit langer Lebensdauer zu betreiben, können einige Optimierungsstrategien angewendet werden: 

Stufenweise Einspeisung und Phasentrennung: Wenn eine Reihe kleinerer Reaktoren anstelle eines großen Reaktors verwendet wird, kann durch Reduzierung der organischen Last in der ersten Stufe und Durchführung der Nitrifikation mit geringer Last in der zweiten Stufe die Gesamtleistung gesteigert werden. Zur Optimierung können Methoden wie die direkte Einspeisung des Hauptteils des Abwassers in die erste Stufe und eines kleineren Teils in die zweite Stufe ausprobiert werden (z.B. 70% Durchflussrate zur ersten Stufe, 30% Durchflussrate zum Zulauf der zweiten Stufe und teilweiser Umgehung in der zweiten Stufe). Dies kann ein höheres C/N-Verhältnis in der zweiten Stufe bieten und die Denitrifikationseffizienz erhöhen. Diese Art der Optimierung der Strömungsverteilung kann durch Pilotversuche bestimmt werden. 

Hinzufügung oder Entfernen von Trägersubstanz: Der größte Vorteil von MBBR ist, dass die Menge des Trägers angepasst werden kann. Wenn die Abwasserqualität laut Betriebdaten zu gut ist (zu niedriger BSB, NH₄) und der Energieverbrauch optimiert werden soll, kann ein Teil des Mediums aus dem Reaktor entfernt werden (die Biofilmpoberfläche verringert sich, die Reaktionsrate verlangsamt sich, aber die Blasenzahl kann ebenfalls reduziert werden). Umgekehrt, wenn die Belastung im Laufe der Zeit zugenommen hat oder wenn die Leistung am Limit ist, kann zusätzlicher Träger in den Reaktor hinzugefügt werden (sofern das Design es zulässt, z.B. von 50 % auf 60 % Füllung), um die Behandlungskapazität zu erhöhen. Dies ist eine wesentlich kostengünstigere Lösung als eine Anlagenerweiterung. Die Luftzufuhr nach der Hinzufügung sollte jedoch überprüft werden. 

Automatisierungs- und Steuereinstellungen: Erweiterte Automatisierungsanwendungen bieten erhebliche Energieeinsparungen und Stabilisierung in MBBR. Zum Beispiel kann die mit gelöstem Sauerstoff gesteuerte Luftversorgung: Die Blasergeschwindigkeit mit VFD gemäß den Daten von der DO-Sonde anzupassen, kann 20-40 % Energie einsparen, indem sie bei niedriger Geschwindigkeit betrieben wird, wenn nicht benötigt. Ähnlich kann die ORP-gesteuerte Denitrifikation erfolgen: Die interne Rückförderpumpe kann beschleunigt oder verlangsamt werden, um den ORP-Wert des anoxischen Tanks im Zielbereich zu halten oder die externe Kohlenstoffdosierung kann optimiert werden. Automatisierungssoftware zeichnet auch Trenddaten auf und stellt Daten für die Prozessoptimierung dem Betreiber zur Verfügung (zum Beispiel das Abschalten der Bläser, wenn die Last in der Nacht sinkt und festgestellt wird, dass die Belüftungskapazitäten zu hoch sind). Daher macht die Verwendung von so fortschrittlichen Sensoren und Steueralgorithmen wie möglich MBBR sowohl wirtschaftlich als auch sicher. 

Periodische Biofilm-Kontrolle: Regelmäßige Überwachung ist essentiell für optimale Biofilm-Dicke und -Gesundheit. Betreiber wird geraten, Proben von den Trägern zu entnehmen und diese unter einem Mikroskop zu untersuchen. Dies hilft, Hinweise wie das Wachstum von filamentösen Bakterien (was auf ein niedriges F/M-Verhältnis und Nährstoffmangel hinweist) oder einen Mangel an Protozoen (was auf eine übermäßige Belastung hinweist) zu identifizieren. Das Fütterungsschema oder das Luftvolumen kann entsprechend dem mikrobiologischen Gleichgewicht angepasst werden. Wenn zum Beispiel filamentöse Bakterien in übermäßiger Menge auftreten, kann ein leichter Anstieg der Belastung (mehr F/M) oder möglicherweise eine vorläufige anoxische Behandlung, um einen selector-ähnlichen Effekt zu erzeugen, ausprobiert werden. Obwohl dieses Optimierungsniveau fortgeschrittener ist, wird es in großen Anlagen implementiert, um die Erträge zu maximieren. 

Optimierung von chemischen Trägern: Chemikalien, die im MBBR-Prozess verwendet werden (z. B. Laugen zur pH-Anpassung, Koagulantien zur Phosphorentfernung, Antischaummittel für Schaum, Kohlenstoffquelle usw.), können bei Bedarf minimiert werden, und die Betriebskosten können gesenkt werden. Zu diesem Zweck sollten Dosierpumpen, wenn möglich, mit Rückführungssteuerung betrieben werden (z. B. Anpassung der Alumdosis entsprechend der Ausgabe-Analysen für Ortho-Phosphat). Selbst wenn dies nicht der Fall ist, kann der Betreiber die Frequenz der Laboranalysen erhöhen und die Dosen manuell bei Bedarf überarbeiten. Zum Beispiel, wenn am Ende eines Zeitraums festgestellt wird, dass der Ausgang von gesamt P immer unter 0,2 mg/L liegt, kann eine Optimierung vorgenommen werden, um die Eisenchloriddosis bei etwa 0,5 mg/L zu halten, indem sie um 20 % reduziert wird (wenn der Standard 1 mg/L erfordert). Solche feinen Anpassungen reduzieren die chemischen Kosten des Prozesses und verhindern unnötige chemische Einträge in die Umwelt. 

Energiegewinnung und Integration: MBBR ist kein energieproduzierendes System für sich allein (im Gegenteil, es verbraucht Energie mit Gebläsen), aber wenn es als Teil einer biologischen Behandlungsanlage betrachtet wird, gibt es einige Möglichkeiten zur Wärme- oder Energiegewinnung. Zum Beispiel ist die Abluft der Gebläse recht warm; es ist möglich, diese Wärme zu nutzen, um andere Teile der Anlage (mit einem Wärmetauscher) zu heizen. Oder wenn der Abwasserschlamm einer anaeroben Vergärung zugeführt wird, kann das Biogas verwendet werden, um Strom zur Betreibung der Gebläse der Anlage zu erzeugen. Diese ganzheitlichen Optimierungsschritte gewährleisten einen nachhaltigeren Betrieb des MBBR-Prozesses und senken die langfristigen Kosten. 

Betriebs-schulung und Überwachung: Schließlich können selbst die besten technischen Lösungen nicht mit voller Effizienz arbeiten, ohne ein kompetentes Betriebsteam. Die Optimierung von MBBR-Systemen erfordert, dass die Betreiber die Prozessdynamik verstehen. Regelmäßige Schulungen, der Austausch von Informationen mit ähnlichen Anlagen und die Erstellung klarer Betriebsanweisungen sind erforderlich. Der Betreiber sollte tägliche Daten wie DO, pH, Temperatur, Strom und Analyseergebnisse aufzeichnen und Trends überwachen. Dies ermöglicht eine frühzeitige Erkennung saisonaler Veränderungen oder langsam entwickelnder Probleme und proaktive Anpassungen. 

Fazit 

Der MBBR (Movable Bed Biofilm Reactor) Prozess hat sowohl im industriellen als auch im kommunalen Abwasserbehandlungsbereich einen Platz gefunden, dank seiner hohen Effizienz, flexiblen und modularen Struktur. In diesem umfassenden Leitfaden werden alle Phasen des MBBR separat besprochen; kritische Parameter, die in jeder Phase gemessen werden müssen, deren Interpretationsmethoden und die verwendeten Geräte werden detailliert beschrieben. Darüber hinaus werden die Hauptanwendungsbereiche des MBBR und die typischen Abwassermerkmale auf sektoraler Basis erklärt, sowie die Arten von Schadstoffen, die mit diesem Prozess entfernt werden können, und deren Einschränkungen spezifiziert. Die in der Türkei und der EU geltenden Umweltabgabestandards werden vergleichend dargestellt, und die Größenparameter sowie die Betriebsbedingungen, die als grundlegend im MBBR-Design akzeptiert werden, werden umfassend aufgelistet. 

Der Erfolg von MBBR-Systemen erfordert eine sorgfältige Bedienung und Überwachung sowie die Anwendung korrekter Entwurfsprinzipien. Für Designer gibt es viele Fragen, die von hydraulischen Details über Materialauswahl bis hin zu Bi Filmkinetik und Notfallszenarien reichen. Für Betreiber ist es wichtig, auf mögliche Probleme vorbereitet zu sein und regelmäßige Wartungs- und Optimierungsschritte zu unternehmen. Bei ordnungsgemäßer Optimierung können MBBR-Prozesse eine Abwasserqualität bieten, die vollständig den gesetzlichen Anforderungen entspricht und dies über viele Jahre stabil aufrechterhalten kann. Besonders in Anbetracht der sich ändernden und zunehmend strengeren Grenzwerte für Abwässer in unserem Land wird der Einsatz moderner Biofilstechnologien wie MBBR Unternehmen große Vorteile hinsichtlich sowohl der Umweltkonformität als auch der Betriebsfreundlichkeit bieten. 

Die in diesem Leitfaden bereitgestellten Informationen wurden sowohl unter Berücksichtigung akademischer Details als auch praktischer Erfahrungen zusammengestellt, wobei die Situationen, die im Feld auftreten können, berücksichtigt wurden. Infolgedessen hebt sich der MBBR-Behandlungsprozess, wenn er korrekt entworfen und verwaltet wird, als ein System hervor, das hohe Lasten tolerieren kann, eine kompakte Fläche einnimmt und eine stabile Ausgabewaterqualität bietet. Der Anteil fortgeschrittener Behandlungstechnologien wie MBBR wird weiterhin zunehmen, um nachhaltige Wasserbewirtschaftungsziele sowohl in der Türkei als auch in der EU zu erreichen. Auf diese Weise werden industrielle Einrichtungen und Kommunen ihre Betriebe effizient und harmonisch fortsetzen können, während sie ihre Pflichten zum Schutz der Wasserressourcen erfüllen.