1. Prinzip der CSB-Abbau
CSB bezieht sich auf die Gesamtmenge an oxidierbarer organischer Materie und reduzierbarer anorganischer Substanzen im Wasser. Der Kern des Abbaus besteht darin, organische Materie in harmlose kleine Moleküle zu zerlegen, die in zwei Arten eingeteilt werden können
1. Biologischer Abbau: Aerobe Mikroorganismen (wie flockenbildende Bakterien in Belebtschlamm) verstoffwechseln organische Materie und zerlegen sie in CO₂ und H₂O, während sie ihre eigenen Zellen synthetisieren; anaerobe Mikroorganismen zersetzen makromolekulare organische Materie unter sauerstofffreien Bedingungen in Methan, CO₂ und andere Substanzen. Dies gilt für leicht abbaubaren CSB (z. B. Kohlenhydrate und Proteine in häuslichem Abwasser).
2. Physikalisch-chemischer Abbau: Für schwer abbaubaren CSB (wie aromatische Kohlenwasserstoffe und heterozyklische Verbindungen in Industrieabwässern) wird fortschrittliche Oxidation (Fenton, Ozonoxidation) eingesetzt, um die chemischen Bindungen der organischen Materie zu brechen, oder Adsorption (Aktivkohle) wird verwendet, um Schadstoffe direkt abzutrennen und so den CSB-Wert im Wasser zu reduzieren.
Die Zusammensetzung des Chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) besteht hauptsächlich aus () in Gewässern
A. Alle organischen Stoffe
B. Organische Stoffe, die durch starke Oxidationsmittel oxidiert werden können + teilweise reduzierbare anorganische Stoffe
C. Alle anorganischen Substanzen
D. Abbau von schwer abbaubarer organischer Materie II. Prinzipien des Ammoniakstickstoffabbaus
Der Abbau von Ammoniakstickstoff (NH₃-N) beinhaltet hauptsächlich die Umwandlung von Stickstoffelementen, wobei biochemische Wege die dominierende Methode sind, während physikalisch-chemische Ansätze gelegentlich in spezifischen Fällen eingesetzt werden
Biochemische Nitrifikation-Denitrifikation
Nitrifikation: Unter aeroben Bedingungen mit geeignetem pH-Wert (7,5-8,5) und Temperatur (15-30°C) wandeln autotrophe nitrifizierende Bakterien (nitritoxidierende Bakterien + nitratoxidierende Bakterien) NH₃-N zunächst in Nitritstickstoff (NO₂⁻-N) um und wandeln ihn dann weiter in Nitratstickstoff (NO₃⁻-N) um.
Denitrifikationsreaktion: Heterotrophe denitrifizierende Bakterien nutzen unter anoxischen Bedingungen Nitratstickstoff als Elektronenakzeptor und reduzieren ihn zu N₂, das in die Atmosphäre abgegeben wird, wodurch die Stickstoffentfernung abgeschlossen wird.
2. Physikalische Methode
◦ Strippverfahren: Einstellen des pH-Werts des Abwassers auf 10,5-11,5, wodurch Ammoniumionen (NH₄⁺) in freies Ammoniak (NH₃) umgewandelt und das Ammoniak durch Belüftung in die Atmosphäre gestrippt wird.
Grenzchlorierungsverfahren: Zugabe von Oxidationsmitteln wie Chlor zur Oxidation von Ammoniakstickstoff zu N₂, geeignet für die Notfallbehandlung von Abwässern mit geringer Ammoniakstickstoffkonzentration.
III. Kernfaktoren, die den CSB-Abbau beeinflussen
Wasserbeschaffenheit: Leicht abbaubarer CSB (Kohlenhydrate, Proteine) wird erheblich von der mikrobiellen Aktivität beeinflusst; schwer abbaubarer CSB (aromatische Kohlenwasserstoffe, heterozyklische Verbindungen) hängt von der Oxidationsintensität fortschrittlicher Oxidationsverfahren ab, die mit herkömmlichen biochemischen Methoden nicht effektiv abgebaut werden können.
2. Mikrobielle Bedingungen: Aerobe Prozesse erfordern ausreichend gelösten Sauerstoff (DO 2-4mg/L) und eine geeignete Schlammkonzentration (MLSS 2000-4000mg/L); anaerobe Prozesse erfordern eine streng sauerstofffreie Umgebung und eine geeignete Schlammretentionszeit (SRT). Ungleichgewichtige mikrobielle Populationen reduzieren die Abbauleistung direkt.
3. Umweltparameter: Wassertemperatur (optimaler Bereich: 20-35°C), pH-Wert (6,5-8,5). Niedrige Temperaturen oder starke Säuren/Laugen können den mikrobiellen Stoffwechsel hemmen; toxische Substanzen (Schwermetalle, Phenole) können Bakterienpopulationen schädigen und zu einem starken Rückgang der CSB-Entfernungsleistung führen.
4. Prozessbetrieb: Die hydraulische Verweilzeit (HRT) und das Rückführungsverhältnis bei biochemischen Methoden sowie die Dosierung chemischer Reagenzien (z. B. das Verhältnis von Fe²⁺ zu H₂O₂ im Fenton-Reagenz) und die Reaktionszeit bei physikalisch-chemischen Methoden beeinflussen alle die CSB-Abbauleistung.
4. Kernfaktoren, die den Ammoniakstickstoffabbau beeinflussen
Aktivität von Nitrosationsbakterien: Nitrosationsbakterien sind autotroph, wachsen langsam und sind empfindlich gegenüber Umweltbedingungen. Sie benötigen ausreichend gelösten Sauerstoff (DO ≥2mg/L) und eine längere Schlammretentionszeit (SRT 10-20d). Anoxische Bedingungen oder eine zu kurze Schlammretentionszeit können zu einer Stagnation der Nitrosationsreaktion führen.
2. Umweltparameter: Wassertemperatur (15-30°C), unter 10°C reduziert die Nitrifikationsraten erheblich; pH-Wert (7,5-8,5), saure Bedingungen hemmen die Aktivität nitrifizierender Bakterien; toxische Substanzen (wie Schwermetalle, Cyanid) töten nitrifizierende Bakterien direkt ab.
3. Denitrifikationsbedingungen: Denitrifizierende Bakterien benötigen eine sauerstoffarme Umgebung und eine ausreichende Kohlenstoffquelle (C/N-Verhältnis ≥ 5:1). Eine unzureichende Kohlenstoffquelle verhindert eine vollständige Denitrifikation, was zu Restnitratstickstoff aus der Umwandlung von Ammoniakstickstoff und Schwierigkeiten bei der Einhaltung von Gesamtstickstoffstandards führt.
4. Prozessparameter: Die hydraulische Verweilzeit und die Belüftungsintensität in der Nitrifikationsstufe sowie die Genauigkeit der pH-Einstellung (10,5-11,5) und das Belüftungsvolumen bei der physikalisch-chemischen Methode (Strippverfahren) beeinflussen alle die Ammoniakstickstoff-Entfernungsleistung.
V. Häufige Einflussfaktoren
• Zulaufbelastung: Übermäßige Schwankungen der CSB- und Ammoniakstickstoffkonzentrationen, die die Kapazität des Behandlungsprozesses überschreiten, führen zu einer übermäßigen Abwasserqualität.
• Vorbehandlungseffekt: Wenn Vorbehandlungsprozesse wie Gitter und Sandfänger Schwebstoffe und grobe Partikelverunreinigungen nicht effektiv entfernen, können sie Reaktoren verstopfen, die Massentransfereffizienz beeinträchtigen und die Abbauleistung indirekt reduzieren.
