Flotation zur Abtrennung von Biomasse – Ersatz für Nachklärung und Nachreinigung

Nachklärbecken haben die wichtige Funktion der Abtrennung von Belebtschlamm und sind mit Durchmessern von teils mehr als 50 Metern vorwiegend horizontal durchströmt. Schlamm kann sich darin absetzen und das nahezu feststofffreie Klarwasser fließt über ein Gerinne ab. Die Steuerung und Überwachung derartiger Trennstufen erfolgt noch überwiegend visuell durch eine zyklische Sichttiefenmessung. Sollte sich dabei zeigen, dass die Höhe des Schlammspiegels außerhalb des Regelbereiches liegt, wird häufig als Maßnahme dagegen entweder das Rücklaufschlammverhältnis angepasst oder aber die Menge des Überschussschlammabzugs erhöht. Bleiben diese Maßnahmen jedoch wirkungslos, bleibt in vielen Fällen nur noch die kostenintensive Dosierung von Fällungs- und Flockmitteln oder sonstiger Hilfsstoffe um Betriebsprobleme durch dauerhaften Abtrieb von Biomasse und Feinsuspensa auszuschließen.

Diese durch schlechtes Absetzverhalten des Belebschlamms verursachten Betriebsprobleme haben ihre Ursache vorwiegend in überlasteten Nachklärbecken, stark schwankenden Zulaufbedingungen, veränderten Nährstoffverhältnissen aufgrund industrieller Einleiter und ineffektiver Abscheidung von Fett und anderen flotierenden Partikeln.

Zudem erhöht der Feststoffabtrieb von je 1 mg/L an abfiltrierbaren Stoffen die Konzentration an CSB um 0,8 bis 1,4 mg/L sowie die Konzentration von Phosphat um 0,02 bis über 0,04 mg/L.

Die Mikroorganismen, welche die biologischen Prozesse im Belebungsbecken durchführen, siedeln sich innerhalb von Belebschlammflocken sowie an fein verteilten Schweb- und Feststoffen an, die wiederum an den Belebschlammflocken adsorbiert sind. Dieser Eigenschaft der Bakterien ist es zu verdanken, dass sie durch Sedimentationsverfahren vom gereinigten Abwasser abgetrennt werden können.

Eine leider nur relativ geringe Dichtedifferenz zwischen Belebtschlammflocken und gereinigtem Abwasser resultiert in einer geringen Sinkgeschwindigkeit und demzufolge voluminösen Nachklärbecken, die große Nachklärbeckenoberflächen für den Trennprozess bereitstellen müssen. Oder vereinfacht zusammengefasst: die Trennleistung eines Nachklärbeckens wird durch die langsame Sinkgeschwindigkeit der Belebtschlammflocken limitiert.

Als Alternative zum Nachklärbecken bietet sich das Flotationsverfahren mit zusätzlich verbesserter Abscheideleistung an. Durch Anlagerung von Gasblasen mit nur wenigen Tausendstel Millimeter an Belebtschlammflocken und feinste Trübstoffe werden diese Gas-Feststoff-Agglomerate in ihrer Dichte viel leichter als Wasser und steigen somit relativ schnell an die Wasseroberfläche eines Flotationsbeckens. Derart winzige Gasblasen werden durch das Prinzip der Druckentspannung erzeugt. Hierzu wird Luft unter Druck in einen Recyclewasserstrom eingebracht, in diesem vollständig gelöst und anschießend durch Druckentspannung innerhalb einer Flotationszelle wieder freigesetzt. Aufgrund der Winzigkeit der Bläschen können sogar Trübstoffe an die Oberfläche des Flotationsbeckens transportiert werden, die sich innerhalb der Aufenthaltszeit in einem Nachklärbecken nicht abtrennen lassen.

Die mit den Gasbläschen aufsteigenden Feststoffe dicken sich an der Oberfläche des Flotationsbeckens auf bis zu 5% Feststoffgehalt ein und können als Rücklaufschlamm in das System zurückgeführt werden. Alternativ bietet sich die Möglichkeit an, den eingedickten Schlamm als Überschussschlamm zu entfernen und nachfolgenden Behandlungsschritten zuzuführen.

Die Beschickung einer Schlammflotation kann bis zu 5m³ Belebtschlamm pro m² Oberfläche und Stunde erfolgen. In der Praxis werden erheblich bessere Ablaufwerte bei wesentlich geringerem Platzbedarf für den Flotationsbehälter anstelle des Nachklärbeckens erreicht. Die geringfügig höheren Energiekosten für den Betrieb der Druckentspannung relativieren sich aufgrund der Verbesserung des gesamten Prozesses.

Insbesondere für die Nachrüstung bei beschränktem Platzangebot oder der Ertüchtigung bestehender Anlagen ohne größere Bauarbeiten ist das Flotationsverfahrens optimal geeignet. Auch als tertiäre Stufe zum sog. „Polishing/ P-Reduktion“ werden zunehmend Flotationen eingesetzt.

 

Als langjährig erfahrener Hersteller von Flotationsanlagen (HDF), vorwiegend in der industriellen Vorreinigung, hat HUBER nun auch leistungsfähige Flotationen für die Belebtschlammabtrennung entwickelt und erfolgreich in Einsatz gebracht (HDF S). Diese neuartigen HDF S Anlagen unterscheiden sich zu den herkömmlichen HDF Anlagen im Wesentlichen durch ihre spezielle Bauform. Anstelle hoch aufbauender Behälter mit integriertem Lamellenpaket kommen für die Belebtschlammabtrennung einteilige Behälter mit Strömungsleiteinrichtungen und angepasster Räumeinrichtung zum Einsatz. Die noch relativ wenig bekannte Alternative zur Nachklärung erfreut sich im Markt steigender Nachfrage. Mehrere Kunden aus unterschiedlichen Branchen haben den Vorteil der Belebtschlammflotation zur konventionellen Nachklärung bereits erkannt und profitieren nach erfolgreicher Installation und Inbetriebnahme von wesentlich erhöhter Prozesssicherheit und verringerten laufenden Kosten.