Institut für Siedlungswasserwirtschaft Universität Karlsruhe (TH)
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen zur Verbesserung der Schlammindices und zur Erhöhung der
Sedimentationsleistung
gefördert durch das
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Forschungszentrum Karlsruhe Projektträger des BMBF und BMWA für Wassertechnologie und Entsorgung
Fördernummer FKZ 02WA0215
Prof. Dr.-Ing. E.h. H.H. Hahn Ph.D
Sachbearbeiter: Dipl.-Ing. Jan Weber
Dipl.-Ing. Andreas Blank
Institut für Siedlungswasserwirtschaft – Universität Karlsruhe (TH) – Forschungszentrum Umwelt Adenauerring 20 – 76128 Karlsruhe
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ..................................................................................................................... I Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................ IV
Tabellenverzeichnis ................................................................................................................ VI
1 Einleitung.......................................................................................................................... 1
2 Grundlagen....................................................................................................................... 3 2.1 Die vermehrte biologische Phosphorelimination ....................................................... 3 2.2 Einflüsse auf die Sedimentationseigenschaften von Schlämmen ............................. 5
2.2.1 Ursachen der derzeitigen Blähschlam-, Schwimmschlamm- und
Schaumproblematik.......................................................................................................... 5 2.2.2 Verbesserte Phasenseparation bei sessilem Schlamm und Sequencing-Batch-
Reaktoren......................................................................................................................... 7 3 Ziele des Vorhabens......................................................................................................... 9 4 Material und Methoden................................................................................................... 11
4.1 Herkunft und Beschaffenheit des Abwassers.......................................................... 11 4.2 Analytik und Methoden............................................................................................ 12
4.2.1 Bestimmung der abwasserrelevanten Parameter ............................................ 12 4.2.2 Bestimmung der physikalische Parameter....................................................... 13 4.2.3 Bestimmung der Schlammeigenschaften......................................................... 13
4.2.3.1 Trockensubstanz und Schlammvolumenindex ......................................... 13 4.2.3.2 Sinkgeschwindigkeit.................................................................................. 14 4.2.3.3 Partikelgrößenverteilung ........................................................................... 14 4.2.3.4 Elektrophoretische Beweglichkeit ............................................................. 15 4.2.3.5 Kapillare Fließzeit (CST)........................................................................... 15 4.2.3.6 Enzymaktivität der Belebtschlämme (TTC-Test) ...................................... 16 4.2.3.7 Fädigkeit ................................................................................................... 16 4.2.3.8 P-Aufnahme und –Rücklöseversuch......................................................... 17
4.3 Konventionelle Belebungsanlage............................................................................ 18 4.3.1 Verfahrenstechnische Randbedingungen ........................................................ 18 4.3.2 Dimensionierung .............................................................................................. 18
4.4 Moving-Bed-Biofilm-Anlage (MBBR) ....................................................................... 21 4.4.1 Verfahrenstechnische Randbedingungen ........................................................ 21 4.4.2 Dimensionierung .............................................................................................. 23
4.5 Sequencing-Batch-Biofilm-Anlage........................................................................... 24 FKZ 02WA0215 I
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Inhaltsverzeichnis
4.5.1 Verfahrenstechnische Randbedingungen ........................................................ 24 4.5.2 Dimensionierung .............................................................................................. 26
4.6 Simulation................................................................................................................ 27 4.6.1 Verfahrenstechnische Elemente des Modells .................................................. 27 4.6.2 Moving-Bed-Biofilm-Anlage.............................................................................. 28
4.6.2.1 Der schematische Modellaufbau............................................................... 28 4.6.2.2 Simulationsgrundlagen ............................................................................. 28
4.6.3 Sequencing-Batch-Biofilm-Reaktor .................................................................. 29 4.6.3.1 Der schematische Modellaufbau............................................................... 29 4.6.3.2 Simulationsgrundlagen ............................................................................. 29
5 Die hydraulische Betrachtung......................................................................................... 31 6 Ergebnisse...................................................................................................................... 34
6.1 Kolmogoroff-Smirnoff-Test ...................................................................................... 35 6.2 Feldversuche........................................................................................................... 37
6.2.1 Abwasserrelevante Parameter......................................................................... 37 6.2.1.1 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) ........................................................ 37 6.2.1.2 Ammonium-Stickstoff (NH4-N) .................................................................. 39 6.2.1.3 Nitrat-Stickstoff (NO3-N)............................................................................ 40 6.2.1.4 Gesamtstickstoff (Nges).............................................................................. 41 6.2.1.5 Phosphor (Pges) ......................................................................................... 42 6.2.1.6 Organische Säuren und KS 4,3 .................................................................. 43 6.2.1.7 Trübung..................................................................................................... 43 6.2.1.8 Spektraler Absorptionskoeffizient (SAK)................................................... 45
6.2.2 Physikalische Parameter.................................................................................. 46 6.2.2.1 Temperatur ............................................................................................... 46 6.2.2.2 pH-Wert..................................................................................................... 47 6.2.2.3 O2-Konzentration ...................................................................................... 48 6.2.2.4 Leitfähigkeit............................................................................................... 49
6.2.3 Schlammparameter.......................................................................................... 49 6.2.3.1 Trockensubstanzgehalt (TS)..................................................................... 49 6.2.3.2 Organischer Trockensubstanzgehalt (oTS) .............................................. 52 6.2.3.3 Schlammvolumenindex (ISV).................................................................... 53 6.2.3.4 Abfiltrierbare Stoffe (AFS)......................................................................... 54 6.2.3.5 Elektrophoretische Beweglichkeit ............................................................. 54 6.2.3.6 Kapillare Fließzeit (CST)........................................................................... 55 6.2.3.7 Absetzgeschwindigkeiten.......................................................................... 56 6.2.3.8 Partikelgrößen........................................................................................... 57
FKZ 02WA0215 II
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Inhaltsverzeichnis
6.2.3.9 Enzymaktivitäten der Belebtschlämme (TTC-Test) .................................. 61 6.3 Nitrifikationsleistung und Phosphatelimination der MBBR-Versuchsanlage ........... 62
6.3.1 Weitergehende Untersuchungen in der SBBR-Anlage .................................... 64 6.3.1.1 Fädigkeit ................................................................................................... 64 6.3.1.2 P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnisse................................................... 65
6.4 Simulation der SBBR-Anlage .................................................................................. 69 6.4.1 Die stofflichen Eliminationsraten ...................................................................... 69
6.5 Simulation der MBBR-Anlage.................................................................................. 75 7 Diskussion ...................................................................................................................... 78
7.1 Bewertung der stofflichen Parameter - Betriebsergebnisse .................................... 78 7.2 Bewertung der stofflichen Parameter - Simulation .................................................. 81 7.3 P-Aufnahme- und Rücklösegeschwindigkeiten ....................................................... 83 7.4 Schlammparameter ................................................................................................. 85 7.5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung................................................................................. 88
7.5.1 Investitionskosten............................................................................................. 88 7.6 Auswirkungen auf die Umsatzleistung .................................................................... 91 7.7 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung schwimmender Aufwuchskörper............................. 92
8 Zusammenfassung und Ausblick.................................................................................... 94 9 Literatur ........................................................................................................................ 100 10 Anhang ......................................................................................................................... 106
10.1 Umlaufbecken mit Kaldness-Schwimmkörpern..................................................... 106
10.2 Transportvorrichtung für den Kalnes-Transport .................................................... 106
10.3 Festbett mit Aufwuchs eines SBB-Reaktors.......................................................... 107
10.4 Verwendete Abkürzungen statischer und variabler Parameter ............................. 108
10.4.1 Carbon-Nitrogen-Phosphorous library variables in GPS-X ............................ 108
10.5 Werte statischer und variabler Parameter............................................................. 109
10.5.1 Report of the input data for different parameters and variables in the model
(SBBR) ..................................................................................................................... 109
10.5.2 Report of the input data for different parameters and variables in the model
(MBBR) ..................................................................................................................... 119
10.5.2.1 (MBBR Phase 1) ..................................................................................... 119
10.5.2.2 (MBBR Phase 2) ..................................................................................... 128
10.5.2.3 (MBBR Phase 3) ..................................................................................... 137
FKZ 02WA0215 III
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Abbildungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis Abbildung 4.1: Versuchsaufbau zur Bestimmung der Sinkgeschwindigkeiten ...................... 14 Abbildung 4.2: Verfahrensschema der konventionellen Versuchsanlage.............................. 18 Abbildung 4.3: Kaldnes-Bewuchskörper (K1) ........................................................................ 21 Abbildung 4.4: Transporteinrichtung für die Kaldnes-Bewuchskörper................................... 21 Abbildung 4.5: Verfahrenstechnisches Schema des MBBR.................................................. 22 Abbildung 4.6: Fließschema der Versuchskläranlage ........................................................... 24 Abbildung 4.7: Zyklusprogramm der drei SBB-Reaktoren..................................................... 25 Abbildung 4.8: Fliessschema des Programms zur Steuerung der SBB-Reaktoren............... 25 Abbildung 4.9: Schematischer Aufbau der MBBR-Versuchsanlage im Rahmen der Simulation
....................................................................................................................................... 29 Abbildung 4.10: Schematischer Aufbau der SBBR-Versuchsanlage im Rahmen der
Simulation....................................................................................................................... 30 Abbildung 6.1: Summenhäufigkeiten der CSB-Ablaufkonzentrationen ................................. 38 Abbildung 6.2: Normalverteilung der CSB-Ablaufkonzentrationen ........................................ 38 Abbildung 6.3: Ergebnisse der Messungen der NH4-N-Ablauf- und Zulaufkonzentrationen der
Versuchsanlagen............................................................................................................ 39 Abbildung 6.4: Ergebnisse der Messungen der NO3-N-Ablauf- und Zulaufkonzentrationen der
Versuchsanlagen............................................................................................................ 40 Abbildung 6.5: Ergebnisse der Messungen der Nges-Ablauf- und Zulaufkonzentrationen ..... 41 Abbildung 6.6: Summenhäufigkeit der Pges-Konzentrationen im Zulauf und Ablauf der
Versuchsanlagen............................................................................................................ 42 Abbildung 6.7: Verlauf der Trübung im Zulauf und Ablauf der MBBR-Anlage....................... 43 Abbildung 6.8: Verlauf der Trübung im Ablauf des SBBR ..................................................... 44 Abbildung 6.9: Korrelation zwischen CSB und SAK.............................................................. 45 Abbildung 6.10:Extinktionsmessung...................................................................................... 46 Abbildung 6.11: Temperatur des Zulaufs und des Ablaufs der Versuchsanlagen................. 47 Abbildung 6.12: pH-Werte im Zulauf und Ablauf der Versuchsanlagen ................................ 47 Abbildung 6.13: O2-Konzentration in der Nitrifikation der Versuchsanlagen.......................... 48 Abbildung 6.14: Leitfähigkeit des Zulaufs und Ablaufs der Versuchsanlagen ....................... 49 Abbildung 6.15: Trockensubstanzkonzentrationen in der Nitrifikation ................................... 50 Abbildung 6.16: Ergebnisse der ISV-Bestimmung................................................................. 53 Abbildung 6.17: Summenhäufigkeit der Messungen der Elektrophoretischen Beweglichkeit 55 Abbildung 6.18: Summenhäufigkeit der Sinkgeschwindigkeiten der SBBR- und MBBR-
Versuchsanlagen im Vergleich zur Großkläranlage Pforzheim ...................................... 56 FKZ 02WA0215 IV
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Abbildungsverzeichnis
Abbildung 6.19: Relative Häufigkeitsverteilung der Partikelgrößen der Belebtschlämme der
SBBR-, MBBR-Versuchsanlagen und der Großkläranlage Pforzheim ........................... 57 Abbildung 6.20: Relative Häufigkeitsverteilung der Partikelgrößen im Ablauf der
Nachklärbecken der SBBR-, MBBR-Versuchsanlagen und der Großkläranlage
Pforzheim ....................................................................................................................... 58 Abbildung 6.21: Vergleich zwischen CIS- und Granulometer (CILAS)-Partikelgrößenmessung
des Ablaufes der Nachklärung des MBBR ..................................................................... 60 Abbildung 6.22: Vergleich der CILAS- und CIS-Partikelgrößenbestimmung sowie der
zeitlichen Abhängigkeit der Partikelgrößenverteilung im Ablauf der Nachklärung des
modifizierten SBBR ........................................................................................................ 60 Abbildung 6.23: Ergebnisse der Enzymaktivität .................................................................... 61 Abbildung 6.24: Abbauleistung des MBBR während der unterschiedlichen
Untersuchungsphasen hinsichtlich NH4-N im Vergleich zur Referenzanlage................. 62 Abbildung 6.25: Zu- und Ablaufkonzentrationen der Referenz- und der MBBR-
Versuchsanlage.............................................................................................................. 63 Abbildung 6.26: Abbauleistung des MBBR während der unterschiedlichen
Untersuchungsphasen hinsichtlich PO4-P im Vergleich zur Referenzanlage................. 64 Abbildung 6.27: Phosphor-Aufnahme und Rücklöseversuch mit sessilem Schlamm............ 65 Abbildung 6.28: Phosphor-Aufnahme und Rücklöseversuch mit suspendiertem und sessilem
Schlamm......................................................................................................................... 66 Abbildung 6.29: Ermittlung der a und b-Faktoren unterschiedlicher Schlämme.................... 68 Abbildung 6.30: Fall I: SBBR mit suspendiertem und sessilem Schlamm............................. 70 Abbildung 6.31: Fall I: SBBR mit suspendiertem und sessilem Schlamm............................. 72 Abbildung 6.32: Fall II; SBBR mit suspendiertem Schlamm.................................................. 72 Abbildung 6.33: Fall II; SBBR mit suspendiertem Schlamm.................................................. 73 Abbildung 6.34: Fall III: SBBR mit suspendiertem und sessilem Schlamm........................... 73 Abbildung 6.35: Fall III: SBBR mit suspendiertem und sessilen Schlamm............................ 74 Abbildung 6.36: Ergebnisse der Simulation der Phasen 1-3 des MBBR............................... 76 Abbildung 7.1: Einfluss des Substratangebots auf die Population fädiger Organismen (nach
Mudrack et al., 1994)...................................................................................................... 85
Abbildung 7.2: Investitionskosten für Sedimentationsbecken; Kostenstand 1992 (BOHN,
1993, BECKEREIT, 1998) .............................................................................................. 89
Abbildung 7.3: Investitionskosten von Belebungsanlagen (BOHN,1993).............................. 90
Abbildung 7.4: Erforderliche Beckenvolumen von konventionellen Belebungsanlage und
Belebungsanlagen mit schwimmenden Aufwuchskörpern ............................................. 93 Abbildung 8.1: Die Einflüsse der Parameter auf den Schlammindex. ................................... 96
FKZ 02WA0215 V
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Tabellenverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Tabelle 4.1: Ablaufkonzentrationen der Vorklärung der KA Pforzheim während der Versuchs-
dauer .............................................................................................................................. 11 Tabelle 4.2: Analysemethoden und DIN-Vorschriften............................................................ 12 Tabelle 4.3: Methoden der TS-, oTS- und ISV-Bestimmung ................................................. 13 Tabelle 4.4: Zusammenhang zwischen Fädigkeit und Schlammindex (KUNST et al., 2000) 16 Tabelle 4.5: Dimensionierung der Versuchsanlagen ............................................................. 19 Tabelle 4.6: Beckenvolumina und Oberfläche Nachklärbecken ............................................ 26 Tabelle 4.7: Schlammbelastung und Trockensubstanzgehalt (Bemessungswerte) .............. 26 Tabelle 5.1: Flächen-, Schlammvolumen- und Schlammvolumenraumbeschickungen der
Nachklärbecken der Versuchsanlagen........................................................................... 33 Tabelle 6.1: CSB-Ablaufkonzentrationen der Kläranlage Pforzheim und der konventionell
betriebenen Versuchsanlage.......................................................................................... 35 Tabelle 6.2: Berechnung der Absolutbeträge der Differenzen............................................... 35 Tabelle 6.3: Abhängigkeit der Konstanten von der Irrtumswahrscheinlichkeit ( )αK α ........... 36
Tabelle 6.4: Berechnung des D) - und -Wertes.................................................................. 36 αD
Tabelle 6.5: CSB-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen.............................. 37 Tabelle 6.6: CSB-Abbauraten der einzelnen Versuchsanlagen ............................................ 37 Tabelle 6.7: Mittlere NH4-N-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen .............. 39 Tabelle 6.8: NO3-N-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen........................... 40 Tabelle 6.9: Nges-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen............................... 41 Tabelle 6.10: Pges-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen............................. 42 Tabelle 6.11: Ergebnisse der Bestimmung des Ks4,3 und der organischen Säuren............... 43 Tabelle 6.12: Gelöster mittlerer Sauerstoffgehalt [mg/l] in den spezifischen Becken der
jeweiligen Versuchsanlagen........................................................................................... 48 Tabelle 6.13: Schlammbelastungen ...................................................................................... 51 Tabelle 6.14: Organische Anteile der suspendierten Belebtschlämme während des
Untersuchungszeitraumes.............................................................................................. 52 Tabelle 6.15: Ergebnisse der Bestimmung der abfiltrierbaren Stoffe im Jahr 2002 .............. 54 Tabelle 6.16: Ergebnisse der CST- Messungen der Belebtschlammproben......................... 55 Tabelle 6.17: Ergebnisse der CST-Messungen der Ablaufproben ........................................ 56 Tabelle 6.18: Größenverteilung der Partikel nach Größenklassen........................................ 58 Tabelle 6.19: Vergleichende Gegenüberstellung der Verläufe aus den Abb.6.27 und 6.28.. 66 Tabelle 6.20: Simulierte Szenarien........................................................................................ 70
FKZ 02WA0215 VI
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen Tabellenverzeichnis
Tabelle 6.21: P-Aufnahme- und Rücklöseraten der drei simulierten Fälle ............................ 74 Tabelle 6.22: Simulierte Szenarien der MBBR-Versuchsanlage ........................................... 75 Tabelle 6.23: Vergleich der Untersuchungsergebnisse mit den Ergebnissen der Simulation 77
Tabelle 7.1: Einflüsse auf Simulation und SBBR-Versuchsanlage im Hinblick auf die
biologische P- Elimination .............................................................................................. 82
FKZ 02WA0215 VII
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 1. Einleitung
1 Einleitung
Grundsätzlich werden "neue" Schwimm- und Blähschlammprobleme gerade bei Anlagen mit
biologischer Phosphorelimination (Bio-P-Elimination) und Denitrifikation in zunehmendem
Maße beobachtet. Deren Auswirkungen lassen sich vorwiegend in einer Verschlechterung
der Phasenseparation dokumentieren. Die Ursachen sind derzeit wenig verstanden. Vielfach
werden als Erklärung Ursachenbündel aufgeführt, die eines gemeinsam haben: Die
Korrelation der Auftrittswahrscheinlichkeit von Schwimm- und Blähschlammphänomenen mit
mikrobiellen Vorgänge in der Biozönose, welche letzten Endes auf die Verfahrenstechnik der
Anlage zurückzuführen sind.
Dohmann (in: HERBST et al., 2001) quantifiziert diese wie folgt:
Bei 54 kommunalen Kläranlagen stieg der Anteil derer, welche zumindest zeitweise
Betriebsprobleme durch Schaumbildung hatten von 37% (1989) auf 74% (1999).
Insbesondere Schlammbelastungen von kleiner als 0,1 kg BSB5/(kgTS*d) und niedrigere
Temperaturen scheinen demnach besonders ausschlaggebend. Nur ca. 20% der betroffenen
Anlagen haben ganzjährige Schaumprobleme.
Scheinbar in Vergessenheit geraten sind in diesem Zusammenhang Festbettreaktoren,
schwimmende Aufwuchskörper und Sequencing-Batch-Reaktoren, welche tendenziell einen
niedrigeren Schlammindex aufweisen. Aus diesem Grund scheint es naheliegend, die
Möglichkeiten der Integration dieser Verfahrensschritte in Anlagen mit biologischer
Phosphorelimination und Denitrifikation zu untersuchen, um die Phasenseparation in der
Nachklärung zu verbessern.
Die im Folgenden skizzierten Versuche und Ergebnisse zielen daher darauf hin, mittels
Integration sessiler Biomasse - bei gleicher oder verbesserter Reinigungsleistung und unter
Verzicht von Flockungsmitteln- verbesserte Absetzeigenschaften zu erreichen.
An Bedeutung gewinnen diese Untersuchungen auch und gerade deshalb, da die erwähnten
Verfahrensschritte es ermöglichen, die Nachklärungbecken in Betrieb befindlicher
Kläranlagen zu ertüchtigen, ohne dass zusätzliche Beckenvolumina erforderlich werden.
FKZ 02WA0215 1
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 1. Einleitung
Da gerade bei Kläranlagen mit biologischer Phosphorelimination und Denitrifikation eine
Verbesserung der Absetzeigenschaften am dringlichsten ist, wurden die folgenden drei
Versuchsanlagen betrieben, um die dargelegten Denkansätze zu verifizieren:
• Sequencing-Batch-Biofilm-Reactor (SBBR); Anlage mit Bewuchs auf Festbetten
• Konventionelle Bio-P-Anlage mit schwimmenden Aufwuchskörpern
• Konventionelle Anlage als Referenz, ohne sessile Biomasse.
FKZ 02WA0215 2
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 2. Grundlagen
2 Grundlagen
2.1 Die vermehrte biologische Phosphorelimination
Phosphor im Abwasser ist für eine ausreichende BSB5-Elimination notwendig, da er von
allen Organismen als Nährstoff benötigt wird. Somit findet eine biologische
Phosphorelimination auf allen Kläranlagen statt. Aufgrund des geringen Verhältnisses von
eliminiertem Phosphor zu eliminierter BSB5-Fracht (< 0,015 nach MAIER, 1990) können
allerdings hiermit nicht die gewünschten P-Ablaufwerte eingehalten werden, so dass eine
vermehrte biologische Phosphorelimination durchgeführt werden muss. Wenn im weiteren
Verlauf dieser Arbeit von der biologischen Phosphorelimination (Bio-P-Elimination) die Rede
ist, wird die vermehrte biologische Phosphorelimination angesprochen, so wie es auch in der
Fachliteratur gehandhabt wird.
Die erweiterte biologische Phosphorelimination findet in 3 Phasen statt:
1. In der anaeroben Stufe muss eine ausreichende Menge an leicht abbaubaren Substraten
(Kohlenstoffverbindungen, BSB5) vorhanden sein, aus denen fakultativ anaerobe
Bakterien kurzkettige organische Säuren (vornehmlich Acetat) bilden. Diese Säuren
dienen nun den polyphosphatspeichernden Bakterien (obligat aerob) - in der für sie
feindseligen Umgebung - ebenfalls als Substrat, um organische Reservestoffe (PHB)
aufbauen zu können. Die Energie hierfür erhalten die polyphosphatspeichernden
Bakterien durch den Abbau (Hydrolyse) ihres Polyphosphat-Speichers, der an die
Umgebung abgegeben wird.
2. In der aeroben Stufe wird Phosphat aus dem Abwasser von den Organismen
aufgenommen und als energiereiches Polyphosphatgranulat gespeichert. Die dafür
notwendige Energie wird durch den Abbau der PHB und externer organischer Stoffe
gewonnen. Durch die schnell verwertbaren endogenen Substrate (PHB) ermöglicht der
Energiegewinn den polyphosphatspeichernden Bakterien auch ein schnelles
Zellwachstum, so dass sie hier einen Wachstumsvorteil gegenüber den Bakterien
erreichen, die nur auf externe Substrate zugreifen können. Durch dieses
Biomassenwachstum wird in der aeroben Phase mehr Phosphat aufgenommen als in der
FKZ 02WA0215 3
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 2. Grundlagen
anaeroben zuvor rückgelöst wurde. Somit nutzen also die polyphosphatspeichernden
Bakterien das gespeicherte Substrat einerseits, um ihren Polyphosphat-Speicher zu
füllen, andererseits für ihr Wachstum. Mit dem Überschussschlamm wird somit, während
der parallel stattfindenden Nitrifikation, Phosphat aus dem System entfernt.
3. Weitgehend nitrit- und nitratfreier Schlamm aus der Nachklärung wird nun in den
anaeroben1 Bereich zurückgeführt – und mit ihm die polyphosphatspeichernden
Bakterien. Der Kreislauf schließt sich. Zurück in der anaeroben Zone, in der
Rücklaufschlamm und Abwasser aus der Vorklärung in Kontakt gebracht werden, darf
den Bakterien kein Nitrat oder Nitrit anstelle von Sauerstoff zur Verfügung stehen. Diese
Stresssituation in der die polyphosphatspeichernden Bakterien nicht wachsen können,
scheint die wichtigste Voraussetzung für eine erhöhte Phosphataufnahme in der aeroben
Belebung von Kläranlagen zu sein. Hierbei wird Phosphor von den Bakterien als
lebensnotwendiger Nährstoff benötigt . Die anaerobe Phase kann eine oder mehrere
Stunden dauern. Wegen dieser relativ kurzen anaeroben Behandlung des belebten
Schlammes und des dauernden Wechsels zwischen anaerob und aerob kann es zu
keiner Methanbildung kommen (BEVER et al., 1995).
Ausgehend von der Konkurrenzsituation zwischen Denitrifikanten und Poly-P-Bakterien,
hängt der Einfluss anoxischer Verhältnisse auf die P-Rücklösung entscheidend von dem
zur Verfügung stehenden Substratangebot ab. Dementsprechend steht nur das nicht zur
Denitrifikation benötigte Substrat den Poly-P-Bakterien zum Aufbau der organischen
Reservestoffe zur Verfügung.
1 Im eigentlichen Sinn ist dieser Bereich anoxisch, bis Nitrit und Nitrat vollständig veratmet sind.
FKZ 02WA0215 4
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 2. Grundlagen
2.2 Einflüsse auf die Sedimentationseigenschaften von Schlämmen
In der Literatur wird eine Vielzahl von Gründen aufgeführt, welche als Ursache für Bläh- und
Schwimmschlamm genannt werden können. Die in dieser Arbeit untersuchten
Lösungsansätze zielen einzig und alleine auf die Ursachen ab, welche auf mikrobielle
Vorgänge in der Biozönose zurückzuführen sind.
Mikrobielle Vorgänge gelten im Hinblick auf die Gesamtleistung der Anlage als nur schwer zu
optimieren. Die Ursachen sind oft sehr vielschichtig, so dass eine Problemlösung Kenntnisse
hinsichtlich Substrat, Mikroorganismen und der Auslegung, bzw. dem Betrieb der Anlage
erfordert. Schließlich ist es notwendig, Zusammenhänge dieser Einflussgrößen
untereinander zu erkennen.
2.2.1 Ursachen der derzeitigen Blähschlam-, Schwimmschlamm- und Schaumproblematik
Nicht fädige Bakterien, die für eine erhöhte Produktion an extrazellulären polymeren
Substanzen (EPS) verantwortlich sind. EPS führt zu einer schlechteren Entwässerbarkeit
des belebten Schlammes (KANG et al., 1989), da in der EPS-Matrix Uronsäuren entstehen,
die stark hydrophobe Eigenschaften haben. Mit einer schlechteren Entwässerbarkeit geht
eine schlechtere Sedimentierbarkeit einher.
Tatsächlich sind aber etwa 30 verschiedene Fadenbakterien für rund 90% der Bläh- und
Schwimmschlammereignisse verantwortlich (ATV, 1998), einerseits auf Grund ihrer
hydrophoben Bestandteile. Entscheidend ist jedoch ihr Einfluss auf die Flockenstruktur
(KNOOP, 1997; KUNST, 1995). Die in diesem Zusammenhang drei der wichtigsten Gruppen
an Fadenbakterien werden im Folgenden vorgestellt:
Gram-negative Fadenbakterien aus Hochlastanlagen, welche hauptsächlich bei
Schlammbelastungen über 0,2 kg BSB5/(kgTS*d) und/oder bei Stoßbelastungen auftreten.
Sulfatreduzierende Bakterien (Desulfurikanten), die Schwefelwasserstoff (H2S) aus Sulfat
bilden. H2S führt zu unangenehmen Gerüchen, Korrosionserscheinungen und
FKZ 02WA0215 5
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 2. Grundlagen
Prozessstörungen. Der toxische Schwefelwasserstoff unterstützt die fädigen Bakterien in
ihrem Bestreben, dominant auftreten zu können. Im anaeroben Bereich einer
Belebtschlammflocke entsteht der toxische Schwefelwasserstoff, der von innen nach außen
in die Wasserphase diffundiert. Dort schädigt er die am Rand der Flocke lebenden Bakterien,
weshalb die fadenförmigen Bakterien Wachstumsvorteile erhalten. Dadurch können sie
weiter in den Wasserbereich hinauswachsen, in dem der Schwefelwasserstoff bereits
verdünnt vorliegt, oder durch Luftbläschen bereits oxidiert oder gestrippt wurde.
Fadenförmige Schwefelbakterien kommen in Anlagen mit Schlammbelastungen (BTS) im
Bereich von 0,15 bis 0,6 kg BSB5/(kgTS*d) und überall dort vor, wo es zu Faulprozessen mit
hohem Gehalt an Schwefelwasserstoff kommt.
Hingegen kommen fadenförmige Sulfatbakterien selten in Schwachlastanlagen mit BTS <0,12
kg BSB5/(kg/TS*d), sowie einer gezielten Nitri-/Denitrifikation und Bio-P-Elimination vor (die
anaerobe Kontaktzeit ist zu kurz für Fäulnis). Hier dominieren die Gram-positven
Fadenbakterien aus Niedriglastanlagen (hohes Schlammalter), deren berühmtester Vertreter
das fädige M. Parvicella ist (ATV, 1998). Somit gehören die Gram-positiven Fadenbakterien
zu den Hauptverursachern einer unzureichenden Phasenseparation in den Nachklärungen
konventioneller kommunaler Kläranlagen mit einer erweiterten Stickstoff- und Bio-P-
Elimination.
ERIKSSON et al.(1992) und KNOOP (1997) stellen eine Verkürzung der Entwässerbarkeit bei
einer gleichzeitigen Erhöhung der BSB5-Schlammbelastung fest, was sie auf eine Aktivität
nicht fädiger, nährstoffeliminierender Belebtschlammpopulationen zurückführen. Die
Tendenz der Entwässerbarkeit korreliert nicht mit der Population von M. Parvicella, wie
KNOOP (1997) feststellt. Vielmehr verändert sich demnach bei einer steigenden BSB5-
Schlammbelastung die Flockenstruktur, da M. Parvicella die Einzelfäden zu Strängen mit
Aufwuchs verbindet, wodurch eine kompaktere Struktur mit einem verbesserten
Absetzverhalten erreicht wird.
Dem gegenüber hat die Abwassertemperatur einen sehr großen Einfluss auf die Population
von M. Parvicella und auf die Zähigkeit des Wassers, wodurch jeweils Einfluss auf die
Absetzbarkeit des Schlammes genommen wird. Umfangreiche Untersuchungen (KNOOP,
1997) dokumentieren die Temperaturabhängigkeit von M. Parvicella deutlich:
5-15°C: optimale Wachstumsperiode, in der es bei einer konstanten Häufigkeit von M.
Parvicella zu Schwankungen im SVI zwischen 220 und 500 ml/g kommen kann.
FKZ 02WA0215 6
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 2. Grundlagen
<=12-15°C und einer Schlammbelastung <= 0,1 kg BSB5/(kg TS*d): M. parvicella wächst
schneller als die nichtfädigen, flockenbildenden Bakterien.
Bei 12°C und einer Schlammbelastung von 0,1 kg BSB5/(kg TS*d): Hydrophobizität um 61%,
Schlammindex bis zu 490 ml/g.
Bei 20°C und einer Schlammbelastung von 0,1 kg BSB5/(kg TS*d): hydropober Prozentanteil
des belebten Schlammes bei 46%, Schlammindex bei 150 ml/g; bei gleicher Temperatur und
Schlammbelastung von 0,5 kg BSB5/(kg TS*d) beträgt der hydrophobe Anteil zunächst 20%,
steigt aber innerhalb von 33 Tagen auf 32% an.
Bei >20°C, M. Parvicella nicht mehr vermehrungsfähig: Fäden brechen auf und werden
durch die Überschussschlammentnahme aus dem System verdrängt, der Schlammindex
sinkt auf <150 ml/g.
Eine Veränderung der Abwassertemperatur und/oder der BSB5-Schlammbelastung hat somit
einen unmittelbaren Einfluss auf die Sedimentationsgeschwindigkeit der Belebtschlamm-
flocke.
2.2.2 Verbesserte Phasenseparation bei sessilem Schlamm und Sequencing-Batch-Reaktoren
Fädige Organismen haben im Vergleich zu den nichtfädigen eine größere Oberfläche,
weshalb sie in einem Milieu mit Nährstoffmangel Wachstumsvorteile erlangen. Steht jedoch
genügend Substrat zur Verfügung, so können alle Organismen Nährstoffkomponenten auch
adsorptiv binden, um auch in nachfolgenden schwachbelasteten Anlagenteilen ausreichend
Nahrung zur Verfügung zu haben. Es sollte daher in konventionellen kommunalen
Kläranlagen angestrebt werden, durch Schaffung eines hohen Substratgradienten
Wachstumsvorteile fädiger Bakterien zu unterbinden. (MUDRACK et al., 1994)
In Biozönosen von Kläranlagen mit einer Bio-P-Elimination können die Wachstumsvorteile
der fädigen Organismen nicht nur von dem Nährstoffangebot abhängen, sondern auch von
der gelösten Sauerstoffkonzentration. So ist ein Wachstumsvorteil fädiger Bakterien auch in
einem nährstoffreichen Milieu des Anaerobbeckens möglich, wenn die Fädigen gegenüber
einem sauerstoffarmen Milieu toleranter sind. Erst bei einer hohen Substratkonzentration und
einer hohen Sauerstoffkonzentration erhalten die kompakten Organismen einen
Wachstumsvorteil (MUDRACK et al., 1994) .
Die Einflüsse des Substratgradienten auf die Schlammeigenschaften werden durch
Betriebserfahrungen beim Einsatz der SBR-Technologie belegt. So ist es hier ebenfalls
FKZ 02WA0215 7
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 2. Grundlagen
möglich, mit einem Austauschverhältnis > 40% und einer Fülldauer <20% des Gesamt-
zykluses, einen ausgeprägten Konzentrationsgradienten und somit bessere
Absetzeigenschaften des Schlammes zu erzielen (SCHREFF et. al., 2001).
Bekanntermaßen bereitet die Abtrennung von Biomasse bei Festbettreaktoren weniger
Probleme als bei konventionell betriebenen Anlagen (WARTCHOW, 1988; KÜHN, 1990;
SCHLEGEL, 1997; WEBER, 1992; MUDRACK et al., 1994). Dies ist zwar bislang
wissenschaftlich nicht eindeutig belegt, dennoch können hier zwei Gründe genannt werden
(WARTCHOW, 1988):
1. Die Häufigkeit fadenförmiger Bakterien ist bei den überstauten Festbettreaktoren
geringer, im Vergleich zu den herkömmlich betriebenen Ablagen.
2. In den anaeroben und anoxischen Zonen des Biofilms findet eine Mineralisation des
Schlammes statt, der nach Ablösung durch seine höhere Dichte und kompaktere Form
positiv auf die Absetzeigenschaften (z.B. Sedimentationsgeschwindigkeit) des
Schlammes einwirkt .
Die oben gemachten Aussagen hinsichtlich der Biomasse bei Festbettkörpern gilt sinngemäß für den sessilen Schlamm im Generellen und somit auch für Anlagen mit Schwebekörper.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass zwar ein Anstieg der Fädigkeit mit dem des
Schlammindexes einher geht (WAGNER, 1982), jedoch ist die eigentliche Ursache der
Blähschlammbildung auf folgende Faktoren zurückzuführen:
• Art der Verfahrenstechnik (erweiterte Bio-P; SBR; sessiler Schlamm, etc.)
• Abwasserqualität /Stoßbelastungen
• Dauer anaerober Kontaktzeiten
• Belastungsverhältnisse/Schlammalter
• Austauschverhältnis (SBR)
• Temperatur
FKZ 02WA0215 8
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 3. Ziele des Vorhabens
3 Ziele des Vorhabens
Die Ziele leiten sich einerseits aus den Forderungen der Betreiber nach Verbesserung der
Absetzbarkeit der Schlämme, Verringerung der Bläh- und Schwimmschlammbildung oder
gar deren Vermeidung und andererseits aus der unbestrittenen Kenntnis heraus ab, dass
unter dem Einfluss von sessilem Schlamm (z.B. in Form von Tropfkörpern,
Festbettreaktoren, Füllkörper, etc.) deutlich niedrigere Schlammindices erreicht werden.
Hinzu kommen die unterschiedlichen Aufgabenstellungen der Nachklärung einer
Belebungsanlage im Vergleich zu der Tropfkörperanlage. Bei Tropfkörpern/Festbettreaktoren
entfällt die Aufgabe der Schlammspeicherung und die anschließende Rückführung des
Schlammes in den Bioreaktor, so dass der Volumenbedarf der Nachklärung dadurch deutlich
geringer ausfällt.
Unter Beibehaltung der Verfahrenstechnik einer Belebungsanlage und unter
Berücksichtigung der spezifischen Vor- und Nachteile beider Technologien bietet sich eine
Kombination beider Verfahren an. Dadurch können bauliche Maßnahmen vermieden und die
gerade in der jüngsten Vergangenheit getätigten Investitionen in die Bausubstanz, mit
gewissen Anpassungen auch weiterhin genutzt werden.
Diese Maßnahme, der Einbau von Festbetten ist effektiver als Systemkorrekturen, wie etwa
die Integration von Selektoren, Modifikationen der Nachklärung und/oder Versuche zur
Verbesserung der Belebtschlammeigenschaften durch Zugabe von im weitesten Sinne
flockenbeschwerenden Materialien/Chemikalien, mit dem Ziel, die Abtrennbarkeit des
Belebtschlammes zu verbessern, um somit eine Entlastung der Nachklärung zu erreichen.
Das Vorhaben soll demonstrieren, dass mittels Integration von Festbetten/Aufwuchskörpern
in Belebungsanlagen, also einer vergleichsweise einfach zu realisierenden Maßnahme, den
Ursachen der Bläh- und Schwimmschlammbildung erfolgreich begegnet und gleichzeitig der
Wirkungsgrad und die Betriebsstabilität aufgrund der Reduzierung der stofflichen Belastung
der Nachklärung deutlich verbessert werden können.
Bei einem angenommenen Volumenanteil der Bewuchsflächen von ca. 20 %, entsprechend
einem Biomassenanteil von etwa 50 %, bezogen auf eine Vergleichskonzentration von 3,3
kg TS/m3 in der Belebung, ergäbe sich unter Zugrundelegung einer Schlammindex-
FKZ 02WA0215 9
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 3. Ziele des Vorhabens
verbesserung von 120 auf 80 ml/g eine Verringerung des erforderlichen Volumens der
Nachklärung von größenordnungsmäßig bis zu 50 %.
Diese daraus resultierende und aktivierbare Überkapazität der Nachklärung sollte
nachträgliche und aufwendige strömungstechnische Korrekturen der Nachklärbecken
erübrigen.
Vielmehr kann mit Berechtigung davon ausgegangen werden, dass aufgrund der
Volumenfreisetzung der Nachklärung, zudem eine Erhöhung der Gesamttrockensubstanz
gegenüber der ursprünglichen Situation möglich wird. Heutige Kläranlagen, die am Rande
ihrer Belastungsgrenzen betrieben werden, werden damit in die Lage versetzt, Belastungs-
zunahmen zu kompensieren.
In der vorliegenden Arbeit sollen nun zuvor getroffenen Aussagen im halbtechnischen
Maßstab überprüft werden.
Dabei werden zwei unterschiedliche Trägermaterialien vergleichend gegenübergestellt:
Festbettreaktoren und schwimmende Aufwuchskörper. Auf Basis einer dialektischen Be-
trachtung der Versuchsergebnisse der beiden Aufwuchsträger sollen Antworten zu folgenden
Fragen gefunden werden:
• Hat die Wahl der Trägermaterialien einen Einfluss auf die Phasenseparation und/oder
auf weitere Schlammeigenschaften?
• Welche verfahrenstechnischen Möglichkeiten ergeben sich auf Grund einer
veränderten Phasenseparation?
• Wie verhält sich – unter intermittierenden Belüftungsbedingungen – sessiler Schlamm
im Hinblick auf eine erweiterte biologische Phosphorelimination?
Gleichzeitig wird die eigentliche Bedeutung der Bewuchsflächen im Vergleich zu einer
konventionellen Bio-P-Belebungsanlage (Versuchsanlage) und der Großkläranlage
Pforzheim zu bewerten sein.
FKZ 02WA0215 10
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4. Material und Methoden
4 Material und Methoden
4.1 Herkunft und Beschaffenheit des Abwassers Da die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in die Praxis ein Ziel der Untersuchungen war,
besaß der Betrieb der Versuchsanlagen Demonstrationscharakter. Aus diesem Grund
wurden die Versuchsanlagen auf der kommunalen Kläranlage in Pforzheim angesiedelt, da
dort seit mehreren Jahren eine Schwimm-/Blähschlammproblematik beobachtet wird.
Da die Untersuchungen im Parallelbetrieb zu der Großanlage in Pforzheim durchgeführt
werden sollten, wurde Abwasser aus dem Ablauf der Vorklärung für die Beschickung der
Versuchsanlagen verwendet.
Tabelle 4.1: Ablaufkonzentrationen der Vorklärung der KA Pforzheim während der Versuchsdauer
Mittelwert Maximum Minimum
CSBhom, [mg/l] 322,0 668,0 66,0
BSB5 [mg/l] 164 287 55
NH4-N [mg/l] 34,2 41,5 4,3
TKN [mg/l] 47,1 61,5 10,1
NO3-N [mg/l] 3,5 14,0 0,3
NO2-N [mg/l] 0,73 2,01 0,05
Pges [mg/l] 5,0 8,6 0,9
Hac [mg/l] 7,0 59,0 19,0
KS4,3 [mmol/l] 5,9 7,9 1,6
pH [-] 7,9 8,4 7,2
In Tabelle 4.1 sind die mittleren, maximalen und minimalen Ablaufkonzentrationen der
Vorklärung der Großkläranlage Pforzheim der abwasserrelevanten Parameter aufgelistet.
Diese Konzentrationen sind zugleich die Zulaufkonzentrationen und Bemessungsgrundlagen
der Versuchsanlagen.
FKZ 02WA0215 11
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.2 Analytik und Methoden Zur Überwachung der Versuchsanlagen wurden jeweils Montags, Mittwochs und Freitags an
mehreren Stellen der Systeme Wasser- bzw. Schlammproben entnommen. Es handelte sich
dabei um Stichproben, die an den betreffenden Tagen am Nachmittag (zw. 14 und 16 Uhr)
entnommen wurden.
Proben zur Bestimmung der chemischen Parameter wurden jeweils dem Zulauf und dem
Ablauf der Versuchsanlagen entnommen.
Zur Bestimmung der Schlammeigenschaften der Belebtschlämme wurden Proben aus dem
Zulauf zu den Nachklärbecken entnommen.
Zusätzlich wurde zur Kontrolle der Betriebsbedingungen die Temperatur, der pH-Wert, die
Sauerstoffkonzentration und die Leitfähigkeit im Zu- und Ablauf, sowie in den einzelnen
Reaktionsräumen der Versuchsanlage bestimmt.
Die Bestimmung der Enzymaktivität der Schlämme in der Belebung, des Spektralen
Absorptionskoeffizienten (SAK), der organischen Säuren, sowie des KS4,3 des Zulaufes der
Versuchsanlagen und des Ablaufes der Nachklärbecken der Versuchsanlagen wurden in
unregelmäßigen Abständen bestimmt, jedoch mindestens einmal im Monat.
4.2.1 Bestimmung der abwasserrelevanten Parameter Zu Beginn der Untersuchungen wurden die chemischen Analysen mittels kolorimetrischer
Schnelltests der Firma Merck (Merck Microquant) für die Parameter NH4-N, NO3-N und PO4-
P durchgeführt. Aufgrund der geringen Auflösung und der daraus bedingten Ungenauigkeit
dieser Bestimmungsmethode wurde die Analysenmethode bereits nach kurzer Zeit ge-
wechselt.
Tabelle 4.2: Analysemethoden und DIN-Vorschriften
Parameter Analysemethode Vorschrift
NH4-N Photometrie DIN 38406 E5
NO3-N Photometrie DIN 38405 D9
PO4-P Photometrie DIN 38405 D11
CSB Küvettentest Schnelltest
SAK Photometrie DIN 38404 C3
Organische Säuren Titration DIN H 21
KS4,3 Titration DIN 38409 H7
Enzymaktivität TTC-Test DIN L3
Abfiltrierbare Stoffe Filtration/Trocknung DIN 39409 H2
TKN Analysegerät d. Firma Büchi; bestehend aus Control Unit; Destillation Unit, Dosimat Pges Photometrie DIN 38 403 Teil 11
Trübung UV-Messsonde WTW IQ Sensor Net System 184; Sonde Viso IQ
FKZ 02WA0215 12
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wurden die Parameter NH4-N, NO3-N und PO4-P
photometrisch nach DEV bestimmt, der Parameter CSB mittels Küvettenschnelltest der
Firma Dr.Lange (Dr.Lange LCK314 und LCK514). Die weiteren Parameter als auch deren
Analysemethoden sind in Tabelle 4.2 aufgelistet.
4.2.2 Bestimmung der physikalische Parameter Die physikalischen Parameter wurden mit Messsonden der Firma WTW bestimmt.
Dabei wurde der pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Temperatur und die Sauerstoffkonzentration
in den einzelnen Reaktionsräumen, als auch im Zulauf der Versuchsanlagen und im Ablauf
der Nachklärbecken der Versuchsanlagen bestimmt.
Die Trübung wurde im Zulauf der Versuchsanlagen und im Ablauf der Nachklärbecken
bestimmt.
4.2.3 Bestimmung der Schlammeigenschaften Zur Charakterisierung der Schlammeigenschaften wurden neben Trockensubstanzgehalt
(TS), organischem Trockensubstanzgehalt (oTS) und Schlammvolumenindex (ISV), die
Sinkgeschwindigkeiten und die Partikelgrößenverteilungen der Schlämme bestimmt.
4.2.3.1 Trockensubstanz und Schlammvolumenindex Der Trockensubstanzgehalt (TS) dient als Biomassenparameter für Belebtschlämme. Der
Wert beinhaltet naturgemäß lebende und abgestorbene Anteile, anorganisches Material
sowie einen Anteil organischer Stoffe. Mittels der Bestimmung des organischen Trocken-
substanzgehalts (oTS) des Schlammes soll der Einfluss des anorganischen Anteils des
Schlammes ausgeschlossen werden.
Der Schlammvolumenindex spielt in Bezug auf die Abtrennung von Belebtschlamm die
wichtigste Schlammeigenschaft dar.
Die Parameter TS, oTS und ISV wurden nach DIN bestimmt. In Tabelle 4.3 sind die
Parameter und die dazugehörigen Normen aufgelistet.
Tabelle 4.3: Methoden der TS-, oTS- und ISV-Bestimmung
Parameter DIN EN
Trockensubstanzgehalt (TS) 12 880
Organischer Trockensubstanzgehalt (oTS) 12 879
Schlammvolumenindex (ISV) 38 414
FKZ 02WA0215 13
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.2.3.2 Sinkgeschwindigkeit Die Sinkgeschwindigkeiten wurden mit Hilfe einer Versuchsapparatur bestimmt mittels derer
die relative Sinkgeschwindigkeit der Partikel anhand der Trübung einer verdünnten
Schlammprobe gemessen werden konnte. Verdünnt wurde mit Wasser aus dem Ablauf der
Nachklärung.
Abbildung 4.1: Versuchsaufbau zur Bestimmung der Sinkgeschwindigkeiten
Hierfür wurde die Trübung zum Zeitpunkt t0 = 0 bestimmt und in einem Zeitintervall von 5 min
bis zum Zeitpunkt tEnde = 60 min bestimmt. Die gemessenen Trübungen wurden im Verhältnis
zur anfänglichen Trübung der Suspension betrachtet. Hieraus konnte die dadurch bestimmte
prozentuale Resttrübung zum Zeitpunkt ti bestimmt werden. Die zugehörige Sinkge-
schwindigkeit konnte anhand der Strecke H und der Zeit ti bestimmt werden.
4.2.3.3 Partikelgrößenverteilung Ein Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die Annahme einer ertüchtigten Phasenseparation in der
Nachklärung durch den Einsatz sessiler Biomasse. Vor diesem Hintergrund sollen die
Partikelgrößenverteilungen in den Abläufen der MBBR-, SBBR- und Pforzheimer (Groß-)
Anlage gegenübergestellt werden. Dies geschah mittels einer computerunterstützten
Partikelanalyse (GALAI-CIS 1 der Firma LOT). Zusätzlich wurden mit Hilfe eines Laser-
Granulometers (CILAS Granulometer 920 der Firma Quantachrom, GmbH) kontinuierliche
Messungen durchgeführt.
Das CILAS Granulometer 920 ist ein Laserbeugungsspektrometer zur Partikelgrößen-
analyse. Es besteht aus einem Multielement-Detektor, einem Diodenlaser mit Lichtleiter-
echnik, einer Peristaltikpumpe, integriertem Ultraschallbad mit Rührer und einer mechanisch
entkoppelten optischen Bank, wodurch eine Messung der Partikel im Durchfluss möglich ist.
FKZ 02WA0215 14
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Der Meßbereich des CILAS Granulometers 920 beträgt 0,3 – 400 µm, unterteilt in drei
Größenklassen.
Die Erfassung der Partikelgrößenverteilung erfolgte mittels des Meßgerätes Galai CIS 1 der
Firma LOT GmbH. Während der Messung wird die 2ml-Küvette durch einen magnetischen
Rührer durchmischt. Als Abbruchkriterium gilt dabei das Überschreiten der 95%igen
Zuverlässigkeit bezüglich der ermittelten Partikelvolumina.
4.2.3.4 Elektrophoretische Beweglichkeit Die Oberflächenladung der Partikel des belebten Schlamms hat einen entscheidenden
Einfluss auf den Schlammindex und somit auf die Abtrennbarkeit von Belebtschlämmen. So
bewirkt jede Veränderung der Oberflächenladung der Partikel eine Veränderung der Form
und der Morphologie einer Belebtschlammflocke.
Mit Hilfe der Elektrophoretischen Beweglichkeit lassen sich Aussagen zur Oberflächenladung
von Partikeln treffen. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes führen geladene Partikel
geordnete Bewegungen aus. Vorzeichen und Absolutbetrag dieser Elektrophoretischen
Beweglichkeit sind von der jeweiligen Oberflächenladung der Partikel abhängig.
Die Ladungseigenschaften von Partikeln und Aggregaten werden mittels einer Partikel-
elekrophorese bestimmt. Ziel ist es festzustellen, inwieweit sich Partikel auf Grund einer
negativen Oberflächenladung gegenseitig abstoßen, was der Bildung größerer
sedimentierfähigerer Aggregate entgegensteht. Hierzu wird das Potenzial an der
Scherebene (Zetapotenzial) der Partikel/Aggregate bestimmt.
Die Bestimmung der Elektrophoretischen Beweglichkeit wurde mit einem Gerät der Firma
Rank Brothers, Modell Mark II durchgeführt.
4.2.3.5 Kapillare Fließzeit (CST) Wie in Kapitel 2.1.1 bereits dargelegt, kann die Entwässerbarkeit des Schlammes ebenfalls
ein Kriterium sein, mit der die Sedimentationseigenschaften des Schlammes bewertet
werden kann. Demnach geht mit einer schlechteren Entwässerbarkeit eine schlechtere
Sedimentierbarkeit einher.
Die kapillare Fließzeit (Capillary Suction Time) ist eine alternative Messgröße gegenüber
dem spezifischen Filtrationswiderstand. Hierbei wird der Filtrationseffekt durch die kapillare
Saugkraft eines Filterkartons bewirkt.
Das CST-Gerät besteht aus zwei Kunststoffblöcken und einem angeschlossenen Gerät zur
Registrierung und Anzeige der Fließzeiten. Am oberen Kunststoffblock befindet sich in der
Mitte ein Loch, in dem ein Hohlzylinder auf ein Filterpapier gestellt wird.
FKZ 02WA0215 15
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Bei einer CST-Messung wird die Fließzeit der Wasserfront, die sich radial auf dem
Filterpapier ausbreitet, zwischen zwei elektrischen Kontakten bestimmt.
4.2.3.6 Enzymaktivität der Belebtschlämme (TTC-Test) Der TTC-Test ist Bestandteil der Deutschen Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und
Schlammuntersuchung (DEV/L3-L4), es handelt sich um einen Vitalitätstest basierend auf
der Stoffwechselaktivität der Mitochondrien bei Eukaryonten. Hierbei wird im Tricarbonsäure-
Zyklus an der Stelle, an der normalerweise Succinat zu Fumerat unter „ATP-Verbrauch“
reduziert wird, das farblose Tetrazolium zu dem farbigen Formazan reduziert. Anhand der
photometrisch messbaren Formazanproduktion ist es möglich, die Vitalität bzw. den
Stabilisierungsgrad eines Schlammes festlegen.
Als Nährsubstrat wurde OECD-Abwasser (OECD 1981) verwendet, um gleiche Bedingungen
für die Untersuchung zu gewährleisten. Mit 2,3,5-Triphenyl-tetrazoliumchlorid (TTC, 0,5%ige
Lösung in Wasser) bilden die Schlämme einen roten Farbstoff, der in Ethanol gelöst wird.
Die Extinktion der Ethanollösung wird dann im Photometer bei einer Wellenlänge von 480
nm in einer 1cm Küvette gemessen.
Bestimmt wurde die Formazanproduktion [µg] pro Schlammtrockenmasse [mg] als Maß für
die Aktivität von Dehydrogenase in den Schlämmen. Laut DEV muss die Formazan-
produktion mit einem Schlamm bestimmt werden, der nicht älter als 24h ist. Diese Forderung
wurde immer eingehalten.
4.2.3.7 Fädigkeit Fädige Bakterien gelten als Hauptverursacher der Bläh- und Schwimmschlammphänomene.
Ihre Häufigkeit wird mikroskopisch bestimmt und anhand definierter Häufigkeitsklassen
bewertet. Der Zusammenhang kann aus Tab. 4.4 entnommen werden.
Tabelle 4.4: Zusammenhang zwischen Fädigkeit und Schlammindex (KUNST et al., 2000):
Fädigkeitsstufe [-] Schlammindex SVI [ml/g]
0-1, 2 und 3
4 und 5
6 und 6-7
7
≤ 150
> 150
> 200
nur für Schaum
FKZ 02WA0215 16
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.2.3.8 P-Aufnahme und –Rücklöseversuch Diese Versuche wurden in Anlehnung an die Empfehlungen deutschsprachiger
Hochschulen, dargestellt im Abschlussbericht eines Erfahrungsaustausches, durchgeführt
(OSWALD-SCHULZE-STIFTUNG, 1995).
Demnach sind bis zu 4 Versuchsphasen für eine Beurteilung der P-Aufnahme- und
Rücklösung notwendig. Der Versuch selbst wird in einem Batch-Reaktor durchgeführt.
• In Phase 1 wird zunächst das vorhandene Nitrat möglichst vollständig denitrifiziert.
Gegebenenfalls wird hierfür das notwendige Substrat zugegeben.
• In Phase 2 wird der Reaktor belüftet, damit das gelöste Phosphat möglichst
vollständig aufgenommen werden kann.
Mit dieser Phase sind die notwendigen Vorbereitungen des Versuchs abgeschlossen.
• Phase 3 findet unter anaeroben Bedingungen statt. Die Phosphatrücklösung wird
über die Zeit gemessen. Gegebenenfalls wird externer Kohlenstoff zugegeben.
• In Phase 4 wird der Reaktor belüftet, um nun die Phosphataufnahme über der Zeit zu
dokumentieren.
Im Rahmen der in diesem Kapitel vorgestellten Untersuchungen wurden drei verfahrens-
technisch unterschiedliche Versuchsanlagen auf dem Gelände der kommunalen Kläranlage
Pforzheim betrieben. Einerseits eine konventionell betriebene halbtechnische Belebungs-
anlagen sowie eine MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)-Anlage, die in der Konfiguration der
Reaktorräume, bestehend aus Bio-P-Becken, Denitrifikationsbecken und Nitrifikations-
becken, identisch war und andererseits eine SBBR-Anlage bestehend aus einem SBBR mit
„nachgeschalteter“ Denitrifikation und Nitrifikation.
FKZ 02WA0215 17
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.3 Konventionelle Belebungsanlage Die konventionell betriebene Belebungsanlage wurde als Referenz für die MBBR- und
SBBR-Versuchsanlage konzipiert. Gleichzeitig wurde mit der Referenzanlage die
Übertragbarkeit des Maßstabes der Versuchsanlagen auf die Großkläranlage Pforzheims
überprüft (Kap.6.1).
4.3.1 Verfahrenstechnische Randbedingungen Abbildung 4.2 zeigt das verfahrenstechnische Schema der konventionell betriebenen
Versuchsanlage. Die Versuchsanlage bestand im wesentlichen aus:
• Bio-P-Becken
• Denitrifikationsbecken
• Nitrifikationsbecken
• Nachklärbecken
Die Anlage entspricht einer im Hauptstromverfahren betriebenen Bio-P- Anlage mit
vorgeschalteter Denitrifikation (ATV, 1994). Der Zulauf erfolgte aus einem volldurchmischten
Speicherbecken, welches aus dem Ablauf der Vorklärung der kommunalen Kläranlage
Pforzheim beschickt wurde. Dimensioniert wurde die Versuchsanlage für einen täglichen
Zulauf von Qzu = 108 l/d, dies entspricht einem Zulauf von Qzu = 4,5 l/h.
Abbildung 4.2: Verfahrensschema der konventionellen Versuchsanlage
4.3.2 Dimensionierung
Die Beckengrößen wurden nach ATV 131 (ATV, 2000) berechnet. Zu Grunde lagen die
Vorgaben eines Schlammalters von 11 Tagen und eine Trockensubstanzkonzentration von
TSBB = 3g/l im Belebungsbecken. Daraus ergab sich ein Beckenvolumen für die De-
nitrifikation von rund VD = 18,5 l und für die Nitrifikation von VN = 43 l.
FKZ 02WA0215 18
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Tabelle 4.5: Dimensionierung der Versuchsanlagen
Bestimmung des Denitrifikationsumfanges
NÜS~0,05*BSB5 = 8,6 mg/l
NO3-ND = Nges,zu -NÜS -Nges,ab = 16,5 mg/l
kg NO3-ND/ kg BSB5 = 0,096 ~0,1
Bestimmung der Belebung
Vorgeschaltete Denitrifikation
VD/VBB = 0,3
tTS = 14 d
TS0 = 90 mg/l
TS0/BSB5 = 0,52
ÜSB = 0,71 kg TS/ kg BSB5 (Annahme)
BTS = 0,10 kg BSB5/ (kg TS*d)
Bd = 18,6 g/d
TSBB = 3,0 g/l
VN = 43,08 l
VD = 18,46 l
VBB = 61,54 l
Rezirkulation
Nnitri = 31,5 mg/l
Ndeni = 16,5 mg/l
Rückgeführtes Nitrat = 52,4 %
min. erf. RF = 1,14
QRZ = 10,26 l/h
Rücklaufschlamm
ISV = 150 ml/g (Annahme)
tE = 2 h (Annahme)
TSBS = 8,39 g/l
TSRS = 5,88 g/l
RV = 1,04
QRS = 4,69 l/h
VNitri = 43,08 l
VD = 18,46 l
VBio-P = 9,19 l
Vges = 70,73 l
VNKB = 73,50 l
Der Rezirkulationsstrom zwischen Nitrifikation und Denitrifikation betrug QRZ = 9 l/h, dies
entspricht einem Rezirkulationverhältnis von 2. Der Rücklaufschlamm von der Nachklärung
in das Anaerobbecken betrug QRS = 4,69 l/h. Unter Berücksichtigung des Zulaufes und der
Rücklaufschlammenge einerseits und einer notwendigen anaeroben Vorbehandlung des
Rohabwassers im Rahmen einer biologischen Phosphatelimination von mindestens 0,75
Stunden (ATV, 1994) andererseits, wurde das anaerobe Beckenvolumen auf 9,19 l
festgesetzt.
FKZ 02WA0215 19
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Die konventionell betriebene Versuchsanlage wurde ausschließlich zur Überprüfung der
Übertragbarkeit des Maßstabes betrieben.
Nach der Überprüfung der Vergleichbarkeit der konventionell betriebenen Versuchsanlage
mit der Großanlage Pforzheim mittels eines Kolmogoroff-Smirnoff-Tests (Kapitel 6.1) konnte
die Übertragbarkeit des Maßstabes nachgewiesen werden, wodurch ein weiterer Betrieb der
konventionellen Versuchsanlage nicht mehr von Nöten war. Aus diesem Grund wurde diese
Versuchsanlage nur bis Anfang September 2002 im Parallelbetrieb mit den beiden anderen
Versuchsanlagen betrieben.
FKZ 02WA0215 20
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.4 Moving-Bed-Biofilm-Anlage (MBBR)
Der MBBR entsprach in Dimensionierung und Belastung weitestgehend der konventionellen
Versuchsanlage, mit der Ausnahme, dass zusätzlich zur suspendierten Biomasse sessile
Biomasse im System kultiviert wurde. Die für die Etablierung sessiler Biomasse nötigen
Aufwuchsflächen lieferten suspendierte Aufwuchskörper der Firma Kaldnes Miljøteknologi
A/S mit der Produktbezeichnung K1 (Abbildung 4.3).
Abbildung 4.3: Kaldnes-Bewuchskörper (K1)
4.4.1 Verfahrenstechnische Randbedingungen
Die spezifische Oberfläche der Kaldnes-Bewuchskörper beträgt ca. 500 m²/m³, wobei die
effektive Oberfläche, die sich im Innenbereich der Bewuchskörper befindet, ca. 340 m²/m³
beträgt. Die Kaldnes-Bewuchskörper werden aus Polyethylen hergestellt. Sie besitzen eine
zylindrische Form mit zwei sich kreuzenden Innenstegen und 18 Außenstegen zur
Vergrößerung der Aufwuchsfläche. Der Durchmesser beträgt 9,1 mm, bei einer Länge von
7,2 mm. Die Dichte eines unbewachsenen Kaldnes-Bewuchskörpers beträgt 0,96 kg/l.
Abbildung 4.4: Transporteinrichtung für die Kaldnes-Bewuchskörper
FKZ 02WA0215 21
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Durch die räumliche Trennung der Reaktionsräume (anaerob, anoxisch und aerob) durch
Trennwände, war es nötig, eine verfahrenstechnische Lösung für den Transport der Kaldnes-
Aufwuchskörper zu finden.
Gelöst wurde dieses Problem durch die Installation von Förderbändern, mittels derer die
Kaldnes-Bewuchskörper, dem Volumenstrom des Abwasserstroms angepasst, durch die
Versuchsanlage transportiert wurden.
In Abbildung 4.4 ist eine der insgesamt drei Fördereinrichtungen dargestellt. Der anfängliche
Füllgrad der Kaldnes-Bewuchskörper betrug ca. 5,6 % vom Gesamtvolumen. Dies entspricht
einer effektiven Aufwuchsfläche von ca. 1,36 m².
Dieser relativ niedrige Füllgrad von ca. 5,6% ergab sich auf Grund der Vergleichbarkeit des
MBBR mit dem SBBR, dessen Aufwuchsfläche ebenfalls ca.1,36m² betrug. Laut Literatur
werden allerdings MBBR in der Regel mit einem Füllgrad von ca. 35-65% betrieben
(HARVEY et al., 2001).
Im Laufe der Untersuchungen wurde der Füllgrad auf bis zu 43% erhöht. Dies entspricht
einer effektiven Aufwuchsfläche von etwa 10,54 m².
Abbildung 4.5: Verfahrenstechnisches Schema des MBBR
Abbildung 4.5 zeigt das verfahrenstechnische Schema des MBBR. Die Versuchsanlage
besteht im wesentlichen aus:
• Bio-P-Becken
• Denitrifikationsbecken
• Nitrifikationsbecken
• Nachklärbecken
• Fördereinrichtung für den Transport der Aufwuchskörper
Der Zulauf sowie der Rücklaufschlammstrom wurden in das für die biologische Phosphat-
elimination vorgesehene anaerobe Reaktionsbecken gefördert. Im Anschluss daran folgte
FKZ 02WA0215 22
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
das anoxische Reaktionsbecken als vorgeschaltete Denitrifikation vor dem aeroben
Reaktionsbecken als Nitrifikation.
Ausgelegt wurde die Versuchsanlage für eine täglichen Zulauf von Qzu = 108 l/d, dies
entspricht der gleichen Belastung mit der die konventionelle Versuchsanlage beaufschlagt
wurde. Der Zulauf erfolgte ebenfalls aus einem volldurchmischten Speicherbecken, welches
aus dem Ablauf der Vorklärung der kommunalen Kläranlage Pforzheim beschickt wurde.
4.4.2 Dimensionierung
Die Dimensionierung des MBBR erfolgte anhand der gleichen Daten- und Berechnungs-
grundlage wie die Dimensionierung der konventionellen Versuchsanlage, dabei wurde
allerdings die zusätzliche sessile Biomasse (Transportkörperbewuchs) nicht berücksichtigt.
Somit verfügt die MBBR-Anlage über die gleichen Volumina wie die konventionelle Anlage.
FKZ 02WA0215 23
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.5 Sequencing-Batch-Biofilm-Anlage
4.5.1 Verfahrenstechnische Randbedingungen
Der schematische Versuchsaufbau der Anlage mit den vorgeschalteten Sequencing Batch
Biofilm Reaktoren kann aus Abb. 4.6 entnommen werden.
Der Zufluss (Qzu = 153,47 l/d) wird etwa zur Hälfte (Qzu, SBBR = 73,55 l/d) auf drei SBB-
Reaktoren verteilt. Gleichzeitig wird über einen Bypass die Denitrifikation direkt und
kontinuierlich (Qzu, Bypass = 79,92 l/d) beschickt. Die Prozesse während der einzelnen Zyklen
sind in den drei verschiedenen Reaktoren identisch, laufen jedoch um 80 Minuten
zeitversetzt ab (Abb. 4.7). Der Ablauf der SBB-Reaktoren wird dem anoxischen Becken zum
Zwecke der weitergehenden Denitrifikation zugeführt. Im Anschluss daran folgt das
Nitrifikations- und das Nachklärbecken.
Die Nitrat- (Rückführverhältnis: 1,08) und Schlammrückläufe (60%) werden den SBB-
Reaktoren zu den vorgegebenen Zeitpunkten zugeführt (rund 34% des rückgeführten
Schlamm-/Nitratgemischs ≅ 87,66 l/d). Die übrigen Ströme (rund 66 % des rückgeführten
Schlamm-/Nitratgemischs ≅ 170,17 l/d) gelangen direkt in das Denitrifikationsbecken. Somit
wird in den SBB-Reaktoren zum einen sichergestellt, dass auch der suspendierte Schlamm
im Sinne einer erweiterten biologischen P-Elimination Verwendung findet und zum anderen,
dass durch die Zugabe des Nitrats eine Denitrifikation erfolgen kann, bevor in der
Belüftungsphase unter Umständen ein Teil der organischen Fracht umgesetzt ist und somit
dem nachfolgenden Denitrifikationsbecken nicht mehr zur Verfügung steht.
Das Fliesschema für die Steuerung der SBBR-Anlage kann aus Abb. 4.8 entnommen
werden.
S1= SBBR1
S2= SBBR2
S3= SBBR3
QR=QRZ+QRS
QRZ/Nitrat QRS
QÜS
Ablauf
Zulauf
Nitri DeniNKB S1 S2 S3
Abbildung 4.6: Fließschema der Versuchskläranlage
FKZ 02WA0215 24
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
15 min Füllen aus Vorlage Zulauf
90 min anaerob
5 min Füllen aus Vorlage Rücklauf
anoxisch 40 min
110 min aerob
SBBR
1
12,5 min Abpumpen
Zeitversatz um 80 min
SBBR
2
Zeitversatz um 160 min Füllen aus Zulauf
anaerob
Füllen aus Rücklauf
anoxisch anoxisch
aerob
SBBR
3
Abpumpen
Abbildung 4.7: Zyklusprogramm der drei SBB-Reaktoren
1 Ventil Abwasser AUF; Beginn Beckenfüllung
START
Ventil Abwasser ZU; Ende Beckenfüllung
Ventil Schlamm- und Nitratrücklauf AUF
Ventil Ablauf AUF
2
Belüftung EIN
Ventil Schlamm- und Nitratrücklauf ZU
3
Belüftung AUS
Ventil Ablauf ZU
5
6
4
7
8
anae
rob
anox
isch
aero
b
9 Ggf. Rückspülen des Festbettreaktors mit Luft
Abbildung 4.8: Fliessschema des Programms zur Steuerung der SBB-Reaktoren
FKZ 02WA0215 25
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.5.2 Dimensionierung
Hierbei wurden Festbettreaktoren mit der Bezeichnung BIONET 150 R211 (150m²/m³),
eingesetzt. Die Festbetten (aller drei Reaktoren) stellen eine Oberfläche von insgesamt
2,295m2 zur Verfügung. Das Füllvolumen beträgt jeweils ca. 20% der SBB-Reaktoren.
Schlammbelastung, die rechnerische Biofilmdicke des sessilen Schlammes und der
suspendierte TS-Gehalt wurden vorgegeben (Tabelle 4.7). Hinsichtlich der stofflichen
Belastung wurden als Bemessungsgrundlage die Jahresmittel relevanter Parameter aus dem
Ablauf der Vorklärung der Kläranlage Pforzheim angesetzt. Entsprechend diesen Vorgaben
wurden die Zykluslängen (Abb. 4.7) und das Austauschverhältnis (=58%) gewählt. Dieses
setzt sich zusammen aus ca. 44% Rohabwasser und 14% Schlamm/Nitrat. Ergänzend
hierzu konnte eine recht kurze Fülldauer erreicht werden (tF/tZ1=0,06), so dass qualitativ
ausgeprägte Konzentrationsgradienten erreicht werden konnten.
1 TF = Fülldauer
TZ = Zyklusdauer
Tabelle 4.6: Beckenvolumina und Oberfläche Nachklärbecken
VNitrifikation (VN) [ l ] 36,35
VDenitrifikation (VD) [ l ] 9,27
VBelebungsbecken (VBB) [ l ] 45,67
VSBBR, ges (3 Reaktoren) [ l ] 27,86
Vges [ l ] 73,5
VNachklärbecken [ l ] 37,1
ANachklärbecken [cm2] 29,60
hNachklärbecken [m] 0,60
Tabelle 4.7: Schlammbelastung und Trocken-substanzgehalt (Bemessungswerte)
BTS,SBBR [ kgBSB5/kgTS*d ] 0,10
BTS,Bereich konventionell [ kgBSB5/kgTS*d ] 0,10
TSBB [g/l] 3,0
TSSBBR,susp. [g/l] 3,0
Mittlere, rechnerische Biofilmdicke [mm] 0,70
FKZ 02WA0215 26
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
4.6 Simulation
4.6.1 Verfahrenstechnische Elemente des Modells
Im Rahmen dieses Projektes wurde das Simulationsmodell GPS-X 4.0 (Hydromantis Inc.,
Canada) ausgewählt, um die Ergebnisse aus den Versuchsanlagen hydraulisch und stofflich
bewerten zu können.
Es basiert auf dem Activated Sludge Model No. 2d (ASM-2d). Der Software-Hersteller hat
eigens für dieses Vorhaben das Modell in der Form erweitert, dass in einem SBB-Reaktor
die biologische Phosphorelimination auch mittels sessilem Schlamm simuliert werden kann.
Die Arbeitsschritte der Simulation waren:
• Modell Aufbau
• Modell Kalibrierung und Verifikation
• Definition der unterschiedlichen Szenarien
• Simulation
• Interpretation und Schlussfolgerung der Ergebnisse.
Das Model GPS-X enthält mehrere verschiedene Modelle. Im Rahmen der hier vorliegenden
Simulation wurde auf das Model „Carbon-Nitrogen-Phosphorous“ (CNP) zurückgegriffen.
Dieses enthält
• 23 Parameter (statische Parameter = state variables) und
• 12 Parameter (variable Parameter = composite variables).
Diese wurden anhand diverser Literaturstellen (z.B. ANDREOTOLLA et al., 1997;
BRENNER, 1997) einerseits und mittels Kalibrierung andererseits festgelegt.
Eine Liste beider Parameter-Arten kann aus Anhang C entnommen werden.
Ausführliche und detaillierte Zahlenwerte zu der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten
Simulation können aus dem Anhang D entnommen werden.
An dieser Stelle genauer betrachtet werden die CNP-Modellgrundlagen hinsichtlich CSB und
den damit verbundenen Modellbeschränkungen.
Der gelöste CSB (SCOD) ist die Summe aus den gelösten inerten organischen Bestand-
teilen, Fettsäuren und leicht biologisch abbaubarem Substrat.
Der partikuläre CSB (XCOD) ist die Summe aus langsam abbaubarem biologischen
Substrat, der aktiven heterotrophen und autotrophen Biomasse, der polyphosphat-
speichernden Biomasse, gespeichertem Glykogen, nicht biologisch abbaubaren Bestand-
teilen freigesetzt durch Zellabbau, sowie partikulären inerten organischen Bestandteilen.
Die Summe aus dem gelösten und partikulärem CSB ist der gesamte CSB (total COD).
FKZ 02WA0215 27
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Nach ZETTL (2001) sind hinsichtlich den Modellen ASM1, ASM2d und ASM 3 einige
Einschränkungen zu machen. Demnach lässt sich der CSB-Wert nur annähernd bestimmen.
Die CSB-Ablaufwerte seien aber insbesondere dafür geeignet, verschiedene Konzepte
vergleichend gegenüber zu stellen. Für genauere Betrachtungen wird auf Simulations-
modelle für Nachklärbecken verwiesen (z.B. ARMBRUSTER, 2002).
4.6.2 Moving-Bed-Biofilm-Anlage
4.6.2.1 Der schematische Modellaufbau
Als Grundlage für die in Abbildung 4.9 dargestellte Modellbildung diente die schematisch in
Abbildung 4.5 dargestellte Konfiguration der Versuchsanlage und die Dimensionierung nach
Kapitel 4.3.2.
Die Simulation wurde in drei Arbeitsschritten bearbeitet, in Abhängigkeit vom Volumen der
Transportkörper im System.
Ergänzend dazu reguliert die Simulation mittels des Icons „MLSS Control“ den Abzug des
Überschussschlammes derart, dass in dem volldurchmischten Belebungsbecken der TS-
Gehalt ein zuvor definiertes Niveau zunächst erreicht und anschließend gehalten werden
kann.
4.6.2.2 Simulationsgrundlagen
Mittels GPS-X 4.0 wurden die Verfahrensabläufe der MBBR-Anlage nachgebildet. Die
mittlere Abwasserzusammensetzung im Zulauf entspricht den Analysenergebnissen (siehe
Kapitel 6).
Weitere Rahmenbedingungen der Simulation:
• Die Wassertemperatur wird mit 20°C konstant angenommen.
• Der Schlammindex kann mittels der Simulation nicht berechnet werden, sondern
muss als Randbedingung für das Nachklärbecken eingegeben werden. Der
Schlammindex wurde anhand der Messergebnisse auf 80 ml/g gesetzt.
• Die Beckenvolumina und Transportkörper korrespondieren mit denen der MBBR-
Versuchsanlage (Abschnitt 4.6.2).
• Der Trockensubstanzgehalt im MBBR, respektive im Belebungsbecken ist eine
Variable und wird vom System errechnet. MLSS Control stabilisiert den TS-Gehalt im
volldurchmischten Deni-/Nitribecken auf 2,90 g/l bis 3,01 g/l.
FKZ 02WA0215 28
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
Abbildung 4.9: Schematischer Aufbau der MBBR-Versuchsanlage im Rahmen der Simulation
4.6.3 Sequencing-Batch-Biofilm-Reaktor
4.6.3.1 Der schematische Modellaufbau
Der schematische Aufbau kann aus Abb. 4.10 entnommen werden. Er entspricht den
Erläuterungen in Kap. 4.6.1 und denen der Tabelle 4.6, allerdings mit dem Unterschied, dass
es keinen Bypass gibt, welcher Rohabwasser an den SBB-Reaktoren vorbei direkt der
Denitrifikation zuführt. Dies führt dazu, dass der Denitrifikation kein zusätzlicher Kohlenstoff
bereitgestellt wird.
Analog zur Simulation der MBBR-Versuchsanlage, reguliert die Simulation mittels des Icons
„MLSS Control“ den Abzug des Überschussschlammes.
4.6.3.2 Simulationsgrundlagen
Mittels GPS-X 4.0 wurden die Verfahrensabläufe der SBBR-Anlage nachgebildet. Die
mittlere Abwasserzusammensetzung im Zulauf entspricht den Bemessungsgrundlagen der
Versuchsanlagen und kann daher aus den Tabellen 4.6 und 4.7 entnommen werden.
Weitere Rahmenbedingungen der Simulation sind:
FKZ 02WA0215 29
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 4.Material und Methoden
• Die Wassertemperatur wird mit 20°C konstant angenommen.
• Das Austauschverhältnis beträgt 58% und setzt sich zusammen aus ca. 44%
Rohabwasser und 14% Schlamm/Nitrat (gemäß der SBBR-Anlage, s. Kap. 4.6).
• Der Schlammindex kann mittels der Simulation nicht berechnet werden, sondern
muss als Randbedingung für das Nachklärbecken eingegeben werden. Der
Schlammindex wird auf 80 ml/g gesetzt.
• Die Beckenvolumina und Festbetten korrespondieren mit denen der SBBR-
Versuchsanlage (Abschnitt 4.6.2).
• Die Milieubedingungen im Batch-Reaktor entsprechen denen der SBBR-
Versuchsanlage (90 Minuten anaerob, 40 Minuten anoxisch, 110 Minuten aerob).
• Der Trockensubstanzgehalt im SBBR, respektive im Belebungsbecken ist eine
Variable und wird vom System errechnet. MLSS Control stabilisiert den TS-Gehalt im
volldurchmischten Deni-/Nitribecken auf 2,90 g/l bis 3,01 g/l.
Abbildung 4.10: Schematischer Aufbau der SBBR-Versuchsanlage im Rahmen der Simulation
FKZ 02WA0215 30
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 5. Hydraulische Betrachtung
5 Die hydraulische Betrachtung
Bei allen drei Versuchsanlagen kamen horizontal durchströmte Nachklärbecken zum
Einsatz, da die horizontale Komponente vom Einlauf des Nachklärbeckens bis zum
Ablaufgerinne mehr als die Hälfte größer ist, als die vertikale Komponente.
Während die konventionelle Belebungsanlage, sowie die SBBR- Anlage mit Rechteckbecken
ausgestattet wurden, kam bei der MBBR-Anlage ein Umlaufbecken zum Einsatz.
Für die Bemessung der Nachklärbecken konventioneller Belebungsanlagen ist grundsätzlich
der maximale Zufluss bei Regenwetter anzusetzen (Qm). Die Versuchsanlagen hingegen
wurden mit einer konstanten Wassermenge beaufschlagt. Als Gründe hierfür werden
genannt:
1. Die in Abb. 4.6 vorgestellte Versuchsanlage enthält ein Nachklärbecken mit einem
vorgeschalteten Belebungsverfahren mit Aufstaubetrieb (SBR). Die daraus
resultierende hydraulische Bedeutung für die Nachklärung hängt zunächst von
weiteren Rahmenbedingungen ab. So ermöglichen SBR-Anlagen mit Vorspeicher
eine Pufferung des Regenwassers, während Anlagen ohne Vorspeicher lediglich die
Zyklusdauer und/oder das Austauschverhältnis an Qm anpassen können. In diesem
Zusammenhang sei auch verwiesen auf die Möglichkeiten einer integrierten,
ganzheitlichen Betrachtung von Kanalnetz und SBR-Anlage (WIESE, et al., 2001).
Ausgehend davon, dass bei der SBBR-Versuchsanlage auch während eines
maximalen Zuflusses bei Regenwetter die hier vorgestellte Verfahrensführung
bewertet werden soll, erscheint es notwendig,
• im Interesse eines konstanten suspendierten TS-Gehaltes das Austausch-
verhältnis im SBBR konstant zu halten und
• die Zyklusdauer im Sinne einer effizienten Reiningungsleistung nicht kleiner
als 1h zu wählen.
Die daraus abgeleitete Notwendigkeit einer konstanten Zyklusdauer und einem
konstanten Austauschverhältnis wurde durch eine konstante hydraulische Belastung
der Versuchsanlagen im Zulauf Rechnung getragen.
FKZ 02WA0215 31
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 5. Hydraulische Betrachtung
2. Die aus Punkt 1 abgeleiteten hydraulischen Überlegungen müssen – aus Gründen
der Vergleichbarkeit – auch auf die anderen Versuchsanlagen angewendet werden.
Die Schlammvolumen- und Schlammvolumenraumbeschickungen der Versuchsanlagen
können aus Tabelle 5.1 entnommen werden.
Grundlage für die Ermittlung der folgenden Berechnungen sind Kapitel 4 (Angaben zu Qzu)
und Kapitel 6 (ISV+TSBB). Da nur der in Suspension befindliche Trockensubstanzgehalt des
volldurchmischten Belebungsbeckens einen Einfluss auf die Ablaufwerte in der Nachklärung
haben kann, wird bei den folgenden hydraulischen Berechnungen in diesem Kapitel der
sessile Schlammanteil nicht berücksichtigt.
qA = Flächenbeschickung; sollte bei horizontal durchströmten Becken 1,6m/h nicht
übersteigen (ATV, 2000)
VSV = Vergleichsschlammvolumen [ml/g]
qsv = Schlammvolumenbeschickung; qsv ≤ 500 l/(m²*h) für TSe ≤ 15 mg/l (ATV, 2000)
TSe = Trockensubstanzgehalt im Ablauf des Nachklärbeckens
Oberfläche Nachklärbecken: ANB= 0,292m2
Median aus TS*ISV: 230 [ml/ l = l/ m³]
Wasserspiegelhöhe im Nachklärbecken: hges= 0,6m
Schlammvolumenraumbeschickung: qSV/hges [ l/(m³*h) ]
Fall 1: Über einen Bypass erfolgt ein konstanter Zufluss direkt in die Denitrifikation. Ein
zeitgleiches Abpumpen aus dem SBBR wird ausgeschlossen.
Der konstante Mischwasserzufluss per Bypass beträgt: QZu,Deni = 3,33 l/h
Rücklaufschlammanteil, welcher direkt in die Denitrifikation geleitet wird: QRS,Deni = 2,53 l/h
Maximal möglicher Zufluss zum NKB: Qm,1 = 5,88 l/h.
Fall 2: Zusätzlich zum Fall 1 muss noch die erhöhte hydraulische Belastung berücksichtigt
werden, welche in dem Zeitraum des Entleerens des SBBR-Reaktors entsteht. Dabei werden
innerhalb von 12,5 Minuten rund 5,4 l (25,92 l/h) abgepumpt.
Maximal möglicher Zufluss zum NKB:
Qm,2 = Qm,1+ 25,92 l/h = 31,80 l/h ⇒ Fall 2 maßgebend !!
FKZ 02WA0215 32
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 5. Hydraulische Betrachtung
Für Fall 2 (maßgebender Fall):
qa = Qm / ANB [m/h] → qa = 0,0845m3/h/ 0,292 m2 → qa = 0,11 m/h < 1,6 m/h
qsv = qA* TSBB * ISV → qsv = 0,11m/h * 1,2 gTS/l * 87,3 ml/gTS
= 11,52 [l/(m²*h)] ≤ 500 l/(m²*h)
Tabelle 5.1 gibt nun die jeweiligen Schlammvolumenraum- und Schlammvolumen-
beschickungen wieder und stellt diese den jeweiligen Vorgaben gegenüber.
Zufluss und Nachklärbeckenoberfläche sind bei der konventionellen und der MBBR-Anlage
identisch (Kap. 4), folglich auch die zugehörigen Flächenbeschickungen. Die Kriterien qA<
1,6 ml/h und qSV <= 500 l/(m²*h) werden von allen Versuchsanlagen eingehalten. Darüber
hinaus können alle Anlagen das Kriterium der Schlammvolumenraumbeschickung einhalten.
Demnach ist das Nachklärbecken bei der konventionellen, SBBR und MBBR-Anlage
ausreichend bemessen.
Tabelle 5.1: Flächen-, Schlammvolumen- und Schlammvolumenraumbeschickungen der Nachklärbecken der Versuchsanlagen
qA [m/h] qSV [l/(m²*h)] qSV/hges [ l/(m³*h) ]
IST SOLL1) IST1) SOLL1) IST1) SOLL1),2) IST3) SOLL3),4)
Konventionell 0,03 8,50 14,2 14,2
MBBR 0,03 8,08 13,5 13,5
Simulation5) 0,10 10,32 17,2 15,5
SBBR 0,11
< 1,6
11,52
<= 500
19,2
< 175
17,4
< 100
1) Einschließlich Rücklaufschlammstrom
2) RESCH, H. et al. (1991)
3) Ohne Rücklaufstrom
4) ATV (1997)
5) Analog SBBR, aber ohne Bypass
FKZ 02WA0215 33
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6 Ergebnisse
Aus der Sicht der Verfahrenstechnik ergaben sich zeitweise Unregelmäßigkeiten im Betrieb
der Anlagen sowohl der Rücklaufschlammstrom zwischen Nachklärbecken und der
anaeroben Stufe als auch die Rezirkulation zwischen der aeroben und anoxischen Stufe der
Versuchsanlagen erfolgte durch Schlauchpumpen. Durch den Dauerbetrieb der Schlauch-
pumpen ergaben sich verschleißbedingte Ausfälle, verursacht durch defekte Schläuche oder
Motorschäden der Pumpen. Als Folge daraus ergaben sich zum Teil Schwankungen der
Trockensubstanzkonzentrationen in den unterschiedlichen Reaktionsräumen.
Ein weiteres Problem ergab sich bei der Schlammrückführung, verursacht durch hohen
Trockensubstanzkonzentrationen am Boden der Nachklärbecken. Durch die dadurch result-
ierenden hohen Trockensubstanzgehalte im Schlammstrom und der begrenzten Leistung der
Schlauchpumpen waren Verstopfungen unumgänglich. Diese Verstopfungen führten zu einer
zeitweiligen Aufkonzentrierung der Trockensubstanz im Nachklärbecken und damit
verbunden, zu einer Verringerung der Trockensubstanzkonzentration in der Belebung und in
der biologischen Phosphatelimination.
Ein für den MBBR spezifisches Problem stellte die Fördereinrichtung für die Kaldnes-
Transportkörper dar.
Zu Beginn der Untersuchungen ergaben sich Defekte an den Befestigungsstellen zwischen
den Förderkörben und den Förderbändern, die auf die mechanische Beanspruchung zurück-
zuführen sind. Dieses Problem konnte aber durch eine Neuanordnung der Befestigungen
ausgeschlossen werden.
Die Steuerung der Befüllung und des Entleerens der parallel geschalteten Batch-Reaktoren
hing einerseits von der Elektronik, andererseits aber auch entscheidend von der
mechanischen Funktionsfähigkeit der Ventile an den Zu- und Abläufen der Reaktoren ab.
Selbst ein regelmäßiges Warten der Ventile konnte ein unkontrolliertes Befüllen und Ent-
leeren des Reaktors nicht gänzlich verhindern.
Abschließend ist noch zu berichten, dass sich von Beginn an die zur Verfügung stehende
Stromversorgung als problematisch erwiesen hat, da das Netz Frequenzschwankungen
unterlag, welche bei dem eingesetzten Microcontroller zeitweise zu betriebstechnischen
Unregelmäßigkeiten führten.
Dennoch, die im Rahmen dieses Abschnitts vorgestellten Ergebnisse, beziehen sich auf
Zeiträume, innerhalb derer weitgehend stabile Verhältnisse vorlagen.
FKZ 02WA0215 34
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.1 Kolmogoroff-Smirnoff-Test
Die Übertragbarkeit des Anlagenbetriebs der Versuchsanlagen respektive der
konventionellen Bio-P-Versuchsanlage (REF) auf die Reinigungsleistung der Großkläranlage
Pforzheim (PF) wurde mit Hilfe des Kolmogoroff-Smirnoff-Tests überprüft.
Mit Hilfe dieses statistischen Tests ist es möglich zwei unabhängige Stichproben von
Messwerten oder Häufigkeitsdaten hinsichtlich der Frage zu vergleichen, ob sie aus
derselben Grundgesamtheit stammen. Hierfür wurden die beiden Summenkurven 1F)
und 2F)
durch die zugehörigen Stichprobenumfänge und dividiert. Das Maximum der
Absolutbeträge der Differenzen
1n 2n
2211 nFnF))
− liefert die gesuchte Prüfgröße D)
. Eine
Approximation von D)
durch ( )( )
( )211
nnKD ⋅
+= αα2n
n , wobei eine Konstante in
Abhängigkeit von der Irrtumswahrscheinlichkeit
( )αK
α ist, liefert eine Aussage über die
Zugehörigkeit zu einer gemeinsamen Grundgesamtheit der beiden Stichproben.
Tabelle 6.1: CSB-Ablaufkonzentrationen der Kläranlage Pforzheim und der konventionell betriebenen Versuchsanlage (Zeitraum 01.07.02 bis 05.09.02)
REF 22,7 24,3 24,8 25,3 25,8 29,7 30,2 36,9 36,9 39,2 41,3 47,5 50 50,6 59,3 64,2 79,2 97,4
PF 17 17 21 22 23 23 24 24 25 25 25 25 25 26 26 26 26 27 28 28 29 29 30 30 32 33 Tabelle 6.2: Berechnung der Absolutbeträge der Differenzen
Klassen 1 2 3 4 5 6 7 8
Bereich 15,8 - 26,9 27 - 38 38,1 - 49,1 49,2 - 60,2 60,3 - 71,3 71,4 - 82,4 82,5 - 93,5 93,6 - 104,6
f1 5 4 3 3 1 1 0 1
f2 17 9 0 0 0 0 0 0
11 nF)
0,28 0,50 0,67 0,83 0,89 0,94 0,94 1,00
22 nF)
0,65 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
22
11
nF
nF
))
−0,38 0,50 0,33 0,17 0,11 0,06 0,06 0,00
In Tabelle 6.1 sind die Daten der CSB-Bestimmung der Größe nach geordnet dargestellt.
Durch die Aufteilung der Daten in Klassen und der Berechnung der Absolutbeträge der
Differenzen (Tabelle 6.2) ist es möglich mit Hilfe der Konstanten K(α), den Wert Dα zu
bestimmen.
FKZ 02WA0215 35
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Tabelle 6.3: Abhängigkeit der Konstanten von der Irrtumswahrscheinlichkeit ( )αK α
α 0,2 0,15 0,1 0,05 0,01 0,001
( )αK 1,07 1,14 1,22 1,36 1,63 1,95
Die Konstante wurde in Abhängigkeit von der Irrtumswahrscheinlichkeit α bestimmt. Für
den hier durchgeführten Homogenitätstest wurde eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 0,1%
postuliert, dies entspricht einem -Wert von 1,95 (Tabelle 6.3).
( )αK
( )αK
Tabelle 6.4: Berechnung des D
)- und -Wertes αD
22
11
nF
nFMAXD
)))−= 0,5
( )( )
2121
nnnnKD ⋅
+⋅= αα 0,60
Der berechnete -Wert stellt den kritischen Wert dar, d.h. wäre das Maximum der Absolut-
beträge der Differenzen
αD
D)
größer oder gleich dem -Wert wäre die Homogenitätshypo-
these abzulehnen.
αD
Die Anwendung des Kolmogoroff-Smirnoff-Tests ist für mittlere bis große Stichproben-
umfänge ( ) zulässig. 3521 >+ nn
Aufgrund der Annahme der Homogenitätshypothese konnte bestätigt werden, dass eine
Übertragbarkeit des Maßstabes für diese Versuchsanlagen zulässig ist.
Die Durchführung dieses Testes wurde auf das Datenmaterial der CSB-Messungen
reduziert, da ein Vergleich der übrigen Nährstoff-Parameter, auf grund unterschiedlicher
Verfahrensführungen hinsichtlich der P-Eliminierung und der Denitrifikation zwischen der
konventionellen Versuchsanlage (REF) und der Großkläranlage Pforzheim (PF) nicht
zulässig wäre. Im Gegensatz zur konventionell betriebenen Versuchsanlage wird auf der
Großkläranlage Pforzheim eine externe C-Quelle zur Denitrifikation eingesetzt und eine
chemische Phosphatelimination betrieben.
FKZ 02WA0215 36
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2 Feldversuche
Die Proben bei den Versuchsanlagen wurden in Form von Stichproben entnommen. Im
Gegensatz dazu entsprechen die Werte der Großanlage 2h-Mischproben, bzw. einer
qualifizierten Stichprobe. Dies ist ein Grund dafür, dass die Standardabweichungen bei den
Versuchsanlagen größer sind, im Vergleich zur Großanlage.
6.2.1 Abwasserrelevante Parameter
6.2.1.1 Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)
In den Tabellen 6.5 und 6.6 sind die Ergebnisse der CSB-Konzentrationsmessungen
(homogenisiert) dargestellt.
Im Gegensatz zu den relativ konstanten CSB-Ablaufkonzentrationen der Großkläranlage
Pforzheim variieren die Ablaufkonzentrationen der Versuchsanlagen deutlich. Des weiteren
ist eine Gleichläufigkeit der konventionell betriebenen Versuchsanlage und des MBBR´s
festzustellen. Die CSB-Ablaufkonzentrationen des SBBR´s liegen im Gegensatz dazu
deutlich darüber.
In Tabelle 6.5 sind die Extremwerte sowie der Mittelwert der CSB-Messungen des Zulaufes
als auch der Abläufe der einzelnen Versuchsanlagen dargestellt.
Tabelle 6.5: CSB-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den den Abläufen
Zulauf MBBR REF SBBR PF
Max 668 73 97 92 33
MW 322 38 44 54 26
Min 66 18 23 19 17
In Tabelle 6.6 sind die sich aus den Zulauf- und Ablaufkonzentration ergebenden CSB-
Abbauraten der Versuchsanlagen aufgelistet. Es konnten Eliminationsraten von bis zu 93,6
% erreicht werden.
Tabelle 6.6: CSB-Abbauraten der einzelnen Versuchsanlagen [%]
MBBR REF SBBR PF
MIN 72,73 65,15 71,21 74
MW 88,20 86,34 83,23 92
MAX 89,07 85,48 86,23 95
FKZ 02WA0215 37
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
In Abbildung 6.1 sind die Summenhäufigkeiten der Datensätze der CSB-Bestimmungen
dargestellt. Zusätzlich wurden die Grenzwerte der Abwasserverordnung für häusliches und
kommunales Abwasser eingetragen (ABWASSERVERORDNUNG, 2002)
Hieraus ist zu erkennen, dass die mittleren CSB-Ablaufwerte aller Versuchsanlagen die
Anforderungen nach der AbwV Anhang 1 für Abwasserbehandlungsanlagen der
Größenklasse 5 erfüllen (< 90 mg/l).
90 mgCSB/l75 mgCSB/l
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
CSB [mg/l]
Sum
men
häuf
igke
it
100
M BBRREFSBBR PF
Abbildung 6.1: Summenhäufigkeiten der CSB-Ablaufkonzentrationen
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
C S B [mg/l]
f(x)
100
MB BRREFS BB R P F
Abbildung 6.2: Normalverteilung der CSB-Ablaufkonzentrationen
FKZ 02WA0215 38
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
In Abbildung 6.2 sind die Normalverteilungen der CSB-Ablaufkonzentrationen der drei
Versuchsanlagen, sowie der Großkläranlage Pforzheim dargestellt. Die flacheren
Verteilungsfunktionen der Versuchsanlagen zeigen eine größere Streuung der Einzel-
messdaten. Dies erklärt sich durch die Art der Beprobung der Versuchsanlagen. Die CSB-
Ablaufkonzentrationen der Versuchsanlagen wurden mittels Stichproben bestimmt, die CSB-
Ablaufkonzentrationen der Großkläranlage Pforzheim anhand 24-Stunden-Mischproben.
6.2.1.2 Ammonium-Stickstoff (NH4-N)
Die Verläufe der NH4-N-Ablaufkonzentrationen können aus Abbildung 6.3 (gleitende
Mittelwerte) entnommen werden. Die Mittelwerte aus Tabelle 6.7.
Tabelle 6.7: Mittlere NH4-N-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen
Zulauf MBBR REF SBBR PF
Max 41,5 30,7 41,0 40,3 2,2
MW 34,2 7,4 10,5 20,1 0,3
Min 4,3 0,1 0,1 1,0 0,1
MBBR- und Großanlage können im Mittel die Anforderungen der Abwasserverordnung
(Größenklasse 5) erfüllen (< 10 mg/l), im Gegensatz zur Referenz- und SBBR-Anlage.
0
10
20
30
40
50
60
70
1.7 11.7 21.7 31.7 10.8 20.8 30.8 9.9 19.9 29.9 9.10 19.10 29.10 8.11 18.11 28.11 8.12 18.12
NH
4-N
[mg/
l]
ZulaufMBBRREFSBBR
Abbildung 6.3: Ergebnisse der Messungen der NH4-N-Ablauf- und Zulaufkonzentrationen der Versuchsanlagen (gleitende Mittelwerte)
FKZ 02WA0215 39
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2.1.3 Nitrat-Stickstoff (NO3-N)
Die NO3-N-Ablaufkonzentrationen der konventionell betriebenen Versuchsanlage und der
SBBR-Versuchsanlage liegen im Mittel deutlich unter der NO3-N-Ablaufkonzentration der
Großkläranlage Pforzheim. Dem gegenüber stehen die NO3-N-Ablaufkonzentrationen der
MBBR-Versuchsanlage, die zum Teil deutlich über der NO3-N-Ablaufkonzentration der
Großkläranlage liegen (siehe Abbildung 6.4).
Zurückzuführen sind diese Beobachtungen auf eine zu geringe Nitrifikation der konventionell
betriebenen Versuchsanlage und der SBBR-Versuchsanlage - und der damit verbundenen
geringeren Bereitstellung an Nitrat - einerseits und einer zu geringen Denitrifikationsleistung
der MBBR-Versuchsanlage auf Grund einer fehlenden C-Quelle, da im Gegensatz zu den
NO3-N-Ablaufkonzentrationen die CSB-Ablaufkonzentrationen auf eine zufriedenstellende
Kohlenstoff-Elimination hinweisen.
Tabelle 6.8: NO3-N-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen
Zulauf1) MBBR REF SBBR PF2)
Max 14,0 34,50 19,00 18,60 14,70
MW 3,5 8,01 4,10 3,20 11,80
Min 0,3 0 0 0 6,3 1)Ohne NO3-N-Rückführung (interne Rezirkulation) 2)Denitrifikation mittels externer C-Quelle
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1. Jul 15. Jul 29. Jul 12. Aug 26. Aug 9. Sep 23. Sep 7. Okt 21. Okt 4. Nov 18. Nov 2. Dez 16. Dez
NO
3-N
Ab-
und
Zul
aufw
erte
der
Anl
agen
[NO
3-N
/l]
ZulaufMBBRRefSBBRAuslauf Pf
Abbildung 6.4: Ergebnisse der Messungen der NO3-N-Ablauf- und Zulaufkonzentrationen der Versuchsanlagen (gleitende Mittelwerte)
FKZ 02WA0215 40
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2.1.4 Gesamtstickstoff (Nges)
Bei der Betrachtung der Mittelwerte der Gesamtstickstoffkonzentration (Tabelle 6.9) zeigt
sich ebenfalls, dass lediglich die Großanlage die Anforderungen der Abwasserverordnung
(AbwV) Anhang1 für Anlagen der Größenklasse 5 einhalten kann (< 13 mg/l).
Laut Anhang 1 der Abwasserverordung (AbwV) wäre allerdings eine Ablaufkonzentration von
25 m Nges/l zulässig, wenn eine Reduzierung der Gesamtstickstofffracht (hier inklusive
organischem Stickstoff) von größer 70% vorliegt. Orientiert man sich an den Mittewerten, so
trifft dies für keine der Versuchsanlagen zu. Tabelle 6.9: Nges-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen
Zulauf MBBR REF SBBR Pf
Max 57,51 36,12 41,37 53,83 16,20
MW 38,43 15,13 15,03 23,64 12,17
Min 4,65 1,78 2,50 4,79 6,40
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
1. Jul 15. Jul 29. Jul 12. Aug 26. Aug 9. Sep 23. Sep 7. Okt 21. Okt 4. Nov 18. Nov 2. Dez 16. Dez
Nge
s-A
blau
fwer
te d
er A
nlag
en u
nd N
ges
Zula
ufw
erte
[mgN
ges/
l]
Zulauf
MBBR
Ref
SBBR
Auslauf Pf
Abbildung 6.5: Ergebnisse der Messungen der Nges-Ablauf- und Zulaufkonzentrationen (gleitende Mittelwerte)
FKZ 02WA0215 41
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2.1.5 Phosphor (Pges)
Bei der Darstellung der Ablaufkonzentrationen für den Parameter Pges wurden die
Ablaufdaten der Großkläranlage Pforzheim nicht berücksichtigt, da hier die
Phosphatelimination mittels Fällung (Natriumaluminat) durchgeführt wird (Simultanfällung).
Die Phosphatablaufkonzentrationen liegen dadurch im Mittel bei 0,58 mgPges/l.
In Tabelle 6.10 sind die durchschnittlichen Zu- und Ablaufkonzentrationen aufgelistet. Zu
erkennen ist, dass bei keiner der Versuchsanlagen der Grenzwert von 2 mg/l Pges nach der
Abwasserverordung (AbwV) Abhang 1 eingehalten werden konnte.
Andererseits wird deutlich, dass alle Versuchsanlagen eine P-Reduktion von 50% (im Mittel)
mittels biologischer P-Elimination erreichen.
Tabelle 6.10: Pges-Konzentrationen [mg/l] im Zulauf und in den Abläufen
Zulauf MBBR REF SBBR PF
Max 8,6 6,16 3,42 8,19 0,90
MW 5,0 2,48 2,46 2,55 0,58
Min 0,9 0,15 1,02 0,26 0,00
In Abbildung 6.6 sind die Summenhäufigkeiten der gemessenen Pges-Konzentrationen
dargestellt.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 2 4 6 8 10 12 14
ZulaufMBBRRefSBBR
Abbildung 6.6: Summenhäufigkeit der Pges-Konzentrationen im Zulauf und Ablauf der Versuchsanlagen
Bemerkenswert ist, dass in 90% der Fälle die P-Konzentration den Wert 6 mg/l nicht
überschritten wurde.
FKZ 02WA0215 42
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Teilweise wurden im Ablauf der Versuchsanlagen höhere Pges-Konzentrationen als im Zulauf
gemessen, diese erhöhten Konzentrationen können auf Rücklöseprozesse zurückzuführen
sein.
6.2.1.6 Organische Säuren und KS 4,3
Organische Säuren im Ablauf der Vorklärung (=Zulauf Versuchsanlage), des Anaerob-
beckens (Referenz- und MBBR-Anlage) , bzw. am Ende der anaeroben Phase des SBBRs.
Tabelle 6.11: Ergebnisse der Bestimmung des Ks4,3 und der organischen Säuren
Ks4,3 [mmol/l] Hac [mg/l]
Auslauf
KA PF MBBR REF SBBR
Ab Vorkl./ Zu
Versuchsanl. MBBR REF SBBR
Ab Vorkl./ Zu
Versuchsanl
1,69 7,89 7,81 7,72 5,90 40,4 45,06 49,86 38,05
6.2.1.7 Trübung
0
50
100
150
200
250
1.7 8.7 15.7 22.7 29.7 5.8 12.8 19.8 26.8 2.9 9.9 16.9 23.9 30.9 7.10 14.10 21.10 28.10 4.11 11.11 18.11 25.11
Datum
NTU
ZuMBBR
Abbildung 6.7: Verlauf der Trübung im Zulauf und Ablauf der MBBR-Anlage (gleitende Mittelwerte)
FKZ 02WA0215 43
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Die Trübung wurde einerseits an jedem Messtag stichprobenartig mittels einer
Handmesssonde der Firma WTW gemessen, andererseits mit einer online-Trübungssonde,
um mögliche zeitliche Abhängigkeiten der Trübung darzustellen.
Die Ergebnisse der stichprobenartigen Messungen (siehe Abb.6.7) ergaben bei einer
Trübung des Zulaufes von 128 NTU eine durchschnittliche Trübung des Ablaufes des MBBR
von 26 NTU (Medianwerte).
Da das Nachklärbecken der SBBR-Versuchsanlage sequentiell bei der Entleerung des
SBBR hydraulisch stärker belastet wurde, ist eine online-Messung durchgeführt worden, um
zu überprüfen, inwieweit eine hydraulische Überlastung des Nachklärbeckens stattfindet.
In Abbildung 6.8 sind die Ergebnisse der online-Aufzeichnung der Trübung in der
Klarwasserzone (15-20cm unter Wsp.) des Nachklärbeckens der SBBR-Versuchsanlage
dokumentiert.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
16:15 18:24 20:34 22:43 0:53 3:03 5:12 7:22 9:31 11:41 13:51 16:00 18:10 20:19 22:29
U hrz eit
Trüb
ung
[NTU
]
Abbildung 6.8: Verlauf der Trübung im Ablauf des SBBR (02/03.09.02)
In periodischen Abständen von 180 min steigen die Trübungswert rapide an, um danach auf
das Grundniveau zurück zukehren. Diese Periode entspricht einem Zyklus des SBBR, der im
Abstand von 180 min befüllt bzw. entleert wird.
Dieser Anstieg der Trübung im Ablauf des Nachklärbeckens belegt einen höheren TS-Gehalt
in der Klarwasserzone des Nachklärbeckens während der Phase des Entleerens des SBBR.
FKZ 02WA0215 44
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2.1.8 Spektraler Absorptionskoeffizient (SAK)
Der SAK kann photometrisch bei einer Wellenlänge von 254 nm bestimmt werden. In
Abbildung 6.9 ist das Ergebnis der SAK-Bestimmung den gemessenen CSB-Werten
gegenübergestellt.
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 55,0 60,0
SAK
CSB
[mg/
l]
MBBR; y = 0,88x + 11,03REF; y = 0,84x + 5,66SBBR; y = 2,03x + 18,52
Abbildung 6.9: Korrelation zwischen CSB und SAK
Unterschiede zwischen den Versuchsanlagen ergaben sich bei der Betrachtung der Steigung
der Regressionsgeraden.
Dies deutet auf unterschiedliche Zusammensetzungen der Abläufe hin. Während die
Regressionsgeraden der konventionell betriebenen Versuchsanlage und der MBBR-
Versuchsanlage parallel verlaufen, ist die Steigung der Regressionsgerade der SAK-
Messungen der SBBR-Versuchsanlage deutlich größer.
Durch die Messung der Extinktionen eines Wellenlängenspektrums von 190 nm bis 320 nm
ist es möglich, direkte Rückschlüsse auf die Zusammensetzung einer wässrigen Probe zu
ziehen.
FKZ 02WA0215 45
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
In Abbildung 6.10 sind die Extinktionen der MBBR-Versuchsanlage ,der SBBR-Versuchs-
anlage und des Zulaufs über dem Wellenlängenbereich von 190 bis 320 nm eines
ausgewählten Beprobungstages dargestellt.
SBBR
MBBR
Zulauf
Die rote Markierungslinie zeigt die
Extinktion bei einer Wellenlänge
von 254nm. Bei dieser Wellen-
länge wird der SAK erfasst.
Die Differenz zwischen den
grünen Markierungslinien (218nm
bzw. 228nm) erlaubt eine Aus-
sage über die im Ablauf be-
findliche NO3-N-Konzentration.
Die CSB und NO3-N –Konzen-
trationen waren an diesem Be-
probungstag im Ablauf der
MBBR- und SBBR-Versuchs-
anlage vergleichbar, die Messung
der Spektren bestätigen dieses
Ergebnis.
Abbildung 6.10: Extinktionsmessung (190-320 nm)
6.2.2 Physikalische Parameter
Die Aufzeichnung der physikalischen Parameter diente der Kontrolle der Prozesse und der
Gewährleistung der Vergleichbarkeit der Versuchsanlagen untereinander.
6.2.2.1 Temperatur
Bis Mitte September ist die Temperatur des Ablaufes der Versuchsanlagen annähernd
konstant bei ca. 22°C, danach nimmt die Temperatur des Ablaufes deutlich ab, um etwa 8°C,
um sich danach annähernd konstant auf etwa 14°C einzustellen. Der Temperaturunterschied
des Zulauf der Versuchsanlagen vor bzw. nach Mitte September lag bei ca. 5°C.
Diese größeren Temperaturgradienten ergaben sich durch die geringeren Volumina der
Versuchsanlagen.
FKZ 02WA0215 46
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
0
5
10
15
20
25
30
35
2.6 22.6 12.7 1.8 21.8 10.9 30.9 20.10 9.11 29.11 19.12
T [C
°]
ZulaufMBBRREFSBBR
Abbildung 6.11: Temperatur des Zulaufs und des Ablaufs der Versuchsanlagen (gleitende Mittelwerte)
6.2.2.2 pH-Wert
Die Verläufe zeigen pH-Werte zumeist zwischen 7,4 und 8,3.
7
7,2
7,4
7,6
7,8
8
8,2
8,4
8,6
8,8
1. Jul 11. Jul 21. Jul 31. Jul 10. Aug 20. Aug 30. Aug 9. Sep 19. Sep 29. Sep 9. Okt 19. Okt 29. Okt 8. Nov 18.Nov
28.Nov
8. Dez 18. Dez
pH [-
]
ZulaufMBBRREFSBBR
Abbildung 6.12: pH-Werte im Zulauf und Ablauf der Versuchsanlagen (gleitende Mittelwerte)
6.2.2.3 O2-Konzentration
FKZ 02WA0215 47
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Abbildung 6.13 und Tabelle 6.12 geben die mittleren Sauerstoffkonzentrationen der
einzelnen Becken wieder.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1. Jul 11. Jul 21. Jul 31. Jul 10. Aug 20. Aug 30. Aug 9. Sep 19. Sep 29. Sep 9. Okt 19. Okt 29. Okt 8. Nov 18. Nov 28. Nov
O2
[mg/
l]
MBBR NitriREF NitriSBBR Ntri
Abbildung 6.13: O2-Konzentration in der Nitrifikation der Versuchsanlagen (gleitende Mittelwerte)
Daraus ist ersichtlich, dass -unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Konzentration
gelösten Sauerstoffs- die jeweiligen Nitrifikationsbecken ausreichend mit Sauerstoff versorgt
waren.
Tabelle 6.12: Gelöster mittlerer Sauerstoffgehalt [mg/l] in den spezifischen Becken der jeweiligen Versuchsanlagen
SBBR
Anaerobbecken Denitrifikation Nitrifikation Ende
Anaerobphase
Ende
Aerobphase
MBBR 0,7 0,9 4,6
REF 0,4 0,8 4,3
SBBR 0,6 3,29 0,23 4,5
Diese Randbedingung konnte bis auf einen Zeitraum von etwa 8 Tagen eingehalten werden.
Während dieses Zeitraumes musste auf Grund eine Defektes des Kompressors ein
Ersatzkompressor eingesetzt werden dessen Leistungsfähigkeit begrenzt war.
FKZ 02WA0215 48
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Die aus Abbildung 6.13 ersichtlichen Schwankungen ergaben sich vornehmlich auf Grund
der Schwankungen der Trockensubstanzkonzentrationen und dem daraus resultierenden
schwankenden Sauerstoffbedarf in den Nitrifikationsbecken.
6.2.2.4 Leitfähigkeit
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
1. Jul 11. Jul 21. Jul 31. Jul 10. Aug 20. Aug 30. Aug 9. Sep 19. Sep 29. Sep 9. Okt 19. Okt 29. Okt 8. Nov 18. Nov 28. Nov 8. Dez 18. Dez
Leitf
ähig
keit
[µS/
cm]
ZulaufMBBRREFSBBR
Abbildung 6.14: Leitfähigkeit des Zulaufs und Ablaufs der Versuchsanlagen (gleitende Mittelwerte)
Der Salzgehalt nimmt -bis auf wenige Ausnahmen- zwischen dem Zulauf (Mittelwert 1373
µS/cm) und dem Ablauf (Mittelwert 1000 µS/cm) der Anlage ab.
6.2.3 Schlammparameter
6.2.3.1 Trockensubstanzgehalt (TS)
Die Trockensubstanzkonzentration des Belebtschlammes der Kläranlage Pforzheim ist über
den gesamten Untersuchungszeitraum stabil bei etwa 4,64 gTS/l (Median).
Die Versuchsanlagen wurden auf einen Trockensubstanzgehalt von ≥3 gTS/l suspendierter
Biomasse ausgelegt (s. Kap. 4).
FKZ 02WA0215 49
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
24. Jul 13. Aug 2. Sep 22. Sep 12. Okt 1. Nov 21. Nov 11. Dez
TS [g
/l]
MBBR (suspend.)REFPFMBBR (susp. + sessil)SBBR (nur suspendiert)
Abbildung 6.15: Trockensubstanzkonzentrationen in der Nitrifikation (gleitende Mittelwerte)
Diese Vorgabe konnte bei der konventionell betriebenen und der MBBR-Versuchsanlage
eingehalten werden. Die durchschnittliche suspendierte Trockensubstanzkonzentration im
Belebungsbecken der Referenzanlage (REF) ergab sich zu ca. 3,26 gTS/l (Median), im
Belebungsbecken der MBBR-Versuchsanlage zu ca. 3,01 gTS/l.
Die sessile Biomasse im MBBR betrug, bezogen auf das Gesamtvolumen, in der ersten
Untersuchungsphase vom 01.07.02 bis zum 02.10.02, ca. 0,07 gTS/l Kaldnesvolumen. Dies
entspricht bei einer Aufwuchsfläche von 0,34 m²/l und einem Füllgrad von ca. 5,7% (4 l) einer
Biomassenkonzentration von 3,48 gTS/m² Kaldnes-Aufwuchsfläche.
Ab 02.10.02 bis 18.12.02 wurde der Füllgrad auf ca. 44% angehoben. Die Biomassen-
konzentration je m² Kaldnes-Aufwuchsfläche ergab sich dabei zu 3,39 gTS/m², dies
entspricht einer sessilen Biomassenkonzentration von ca. 0,6 gTS/l, bezogen auf das
Gesamtvolumen des MBBR. Als Mittelwert für diese beiden Zeiträume erhält man somit eine
sessile Trockensubstanzkonzentration von 0,34 gTS/l.
Dies ergab eine Gesamttrockenmassenkonzentration ( suspendiert plus sessil) von
durchschnittlich 3,08 gTS/l (Median; 01.07-02.10.), bzw. 3,61gTS/l (Median; 02.10.-18.12)
und somit durchschnittlich 3,35 gTS/l.
Anlehnend an die Referenz- und MBBR-Anlage, sollte auch die SBBR-Anlage mit einer
mittleren Schlammbelastung von 0,10 kgBSB5/(kgTS*d) betrieben haben. Um jedoch sicher-
FKZ 02WA0215 50
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
zustellen, dass der überwiegende Anteil des sessilen Schlammes auch „aktiv“ ist, war es die
Vorgabe, die Biofilmdicke auf 0,70 mm zu begrenzen. Die Biofilmdichte der 3 SBBR-
Reaktoren wurde mittels Wiegen, Messen und Trocknen (bei 105°C) wöchentlich bestimmt.
Dabei wurde bei einem mittleren Gewicht der sessilen Biomasse pro Reaktor von 52 g, einer
mittleren Biofilmdichte von 0,0887 kg/m³ und einer gegebenen Festbettoberfläche pro
Reaktor von 0,765 m² eine mittlere Biofilmdicke von 67 µm bestimmt werden. Umgerechnet
ergaben sich somit 5,7 gTSsessil/l Reaktorvolumnen.
Der sessile Anteil des Belebtschlammes liegt somit bei der SBBR-Anlage deutlich über dem
der MBBR-Anlage.
Tabelle 6.13: Schlammbelastungen
SBBR-Anlage: Bereich Batch-Reaktor: 73,55 l/d*164 mgBSB5/l = 12,06 gBSB5/d a) (5,7 gTSsessil/l + 1,23 gTSsusp./l) * 27,86 l = 193,07 gTS a) 0,06 kgBSB5/(kgTS*d) b) (5,7 gTSsessil/l + 3,00 gTSsusp./l) * 27,86 l = 238,76 gTS
b) 0,05 kgBSB5/(kgTS*d)
SBBR-Anlage: Im nachgeschalteten Belebungsbecken
I. Zeitraum, in dem der Batch-Reaktor NICHT abgepumpt wird 79,92 l/d * 164 mgBSB5/l = 13,11 gBSB5/d a) 1,23 gTS/l * 45,67 l = 56,17 gTS a) 0,23 kgBSB5/(kgTS*d) b) 3,00 gTS/l * 45,67 l = 137,01 gTS
b) 0,10
II. Zeitraum in dem der Batch-Reaktor abgepumpt wird 13,11 gBSB5/d + (73,55 l/d * 66 mgBSB5/l)1) = 17,96 gBSB5/d a) 1,23 gTS/l * (45,67 l + 73,55 l) = 146,64 gTS a) 0,12 kgBSB5/(kgTS*d) b) 3,00 gTS/l * (45,67 l + 73,55 l) = 357,66 gTS
b) 0,05 kgBSB5/(kgTS*d)
MBBR-Anlage 108 l/d * 164 mgBSB5/l = 17,71 gBSB5/d a) (0,07 gTSsessil/l + 3,01 gTSsusp./l) * 61,54 l (01.07.-2.10) = 189,54 gTS a) 0,10 kgBSB5/(kgTS*d) b) (0,6 gTSsessil/l + 3,01 gTSsusp./l) * 61,54 l (02.10.-18.12) = 222,16 gTS
b) 0,08 kgBSB5/(kgTS*d)
Referenz-Anlage
108 l/d * 164 mgBSB5/l = 17,71 gBSB5/d 3,26 gTS/l * 61,54 l = 200,62 gTS
0,09 kgBSB5/(kgTS*d)
a) Schlammbelastung IST
b) ursprünglicher Bemessungsansatz
1) im Ablauf der Batch-Reaktor sind durchschnittlich noch 66 mgBSB5/l
Ursprüngliche Ansätze, den suspendierten Schlamm in der SBBR Anlage auf 3,0 g/l
einzustellen, wurden auf Grund der sich tatsächlich einstellenden Schlammbelastungen
verworfen. Letzteres zeigt sich aus Tabelle 6.13, die –zunächst für den Bemessungsfall
TSsusp= 3,0 g/l (Index b)- wie folgt interpretiert werden kann:
Alle Versuchsanlagen sind volldurchmischt; dies bedeutet, dass der suspendierte TS-Gehalt
in allen Becken konstant ist. Dies gilt für den SBBR-Reakor, als auch hinsichtlich der
nachgeschalteten Anlagenteile, womit im Batch-Reaktor die Biomassenkonzentration durch
den sessilen Anteil höher ist. Weiter gilt es die unterschiedlichen BSB5-Tagesfrachten zu
berücksichtigen. So entsteht im Batch-Reaktor während des Zyklus ein Konzentrations- und
somit auch ein Schlammbelastungsgefälle (zu Beginn des Zyklus 0,05 kgBSB5/(kgTS*d)); zu
FKZ 02WA0215 51
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
dieser Zeit werden die nachgeschalteten Anlagenteile lediglich durch einen konstanten
Bypass belastet (0,10 kgBSB5/(kgTS*d)). In der Abpumphase des Reaktors werden die
nachgeschalteten Anlagenteile durch den “verdünnten“ Ablauf des Batch-Reaktors deutlich
geringer belastet (0,05 kgBSB5/(kgTS*d). Somit stellt sich eine mittlere Schlammbelastung
von 0,05 kgBSB5/(kgTS*d) bis 0,10 kgBSB5/(kgTS*d) ein und diese liegt damit unterhalb des
Bemessungsansatzes. Im Sinne einer effizienten Nitrifikation sollte hingegen eine mittlere
Schlammbelastung von 0,10 kgBSB5/(kgTS*d) bis von 0,15 kgBSB5/(kgTS*d) erreicht
werden. Daher wurde der TS-Gehalt auf durchschnittlich rund 1,23 gTS/l reduziert (Tabelle
6.13, Index a).
Bei der konventionellen- und der MBBR-Anlage entspricht der TS-Gehalt der Bemessungs-
Schlammbelastung.
6.2.3.2 Organischer Trockensubstanzgehalt (oTS)
Der organische Anteil im Belebtschlamm der Großkläranlage Pforzheim liegt etwa bei 65%.
Dieser entspricht den organischen Trockensubstanzanteilen der Belebtschlämme der
konventionell betriebenen- und der MBBR-Versuchsanlage (Tabelle 6.14). In der Literatur
werden typische Werte für den organischen Anteil mit 70% (ohne Phosporfällung), bzw. 60%
(mit Phosphorfällung) genannt (Gujer, 1999). Zusammenfassend lässt sich somit feststellen,
dass die Pforzheimer Großanlage mit ihrer Phosphatfällung einen überdurchschnittlich
hohen oTS-Gehalt hat, während die Versuchsanlagen ohne chemische Fällung einen unter
dem Durchschnitt liegenden oTS-Gehalt im suspendierten Schlamm aufweisen. Tabelle 6.14: Organische Anteile der suspendierten Belebtschlämme während des Untersuchungszeitraumes
oTS [%] PF MBBR1) REF SBBR1)
Mittelwert: 65 63 68 74
Standardabweichung 7,8 9,2 11,9 9,2
1) suspendierter Schlamm ist durch abgescherten, ursprünglich sessil gewachsenen Biofilm geprägt.
Deutlich höher ist der organische Anteil jedoch im suspendierten Belebtschlamm der SBBR-
Versuchsanlage mit ca. 74%, wodurch eine deutliche Beeinflussung durch den sessilen
Schlamm nachgewiesen werden kann.
Der oTS-Gehalt des sessilen Schlammes wurde zu etwa 75-80% bestimmt. Dies entspricht
den Ergebnissen von ARNOLD et al. (2000).
FKZ 02WA0215 52
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2.3.3 Schlammvolumenindex (ISV)
Bei der Bestimmung des Schlammvolumenindex der Großkläranlage Pforzheim wurden an
12 Messtagen eine aufschwimmende Schlammfraktion beobachtet, welche definitionsgemäß
nicht in die Bestimmung des Schlammindex einfließt.
0
50
100
150
200
250
300
350
3. Jul 23. Jul 12. Aug 1. Sep 21. Sep 11. Okt 31. Okt 20. Nov 10. Dez 30. Dez
MBBRRef SBBR PF
Abbildung 6.16: Ergebnisse der ISV-Bestimmung
Um dennoch die Problematik des daraus resultierenden Schlammabtriebs bewerten zu
können, wurden diese (Schwimmschlamm-) Messungen in Abbildung 6.16 pauschal auf ISV
= 300 ml/gTS gesetzt.
Die Schlammvolumenindices der Versuchsanlagen schwanken jeweils um den anlagen-
spezifischen Durchschnittswert.
Für die MBBR-Versuchsanlage ergab sich ein durchschnittlicher Schlammvolumenindex von
86,6 ml/gTS für die SBBR-Versuchsanlage 87,3 ml/gTS und für die Großkläranlage
FKZ 02WA0215 53
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Pforzheim von ca. 1571 ml/gTS (Medianwert der bestimmbaren Proben). Im Gegensatz zur
Großanlage traten bei den Versuchsanlagen keine Schwimmschlammprobleme auf.
6.2.3.4 Abfiltrierbare Stoffe (AFS)
Die mittlere Konzentration der abfiltrierbaren Stoffe, gemessen im Ablauf der Nachklär-
becken der Versuchsanlagen und der Kläranlage Pforzheim, sind in Tabelle 6.15 aufgelistet. Tabelle 6.15: Ergebnisse der Bestimmung der abfiltrierbaren Stoffe im Jahr 2002
AFS [mg/l] PF REF MBBR SBBR
MW 8,00 10,63 9,81 10,27
Median 6,30 7,76 5,70 5,83
Max 28,30 42,42 52,81 40,42
Min 0,70 0,77 0,46 0,11
Demnach liegen die AFS-Mittelwerte aller Anlagen unter den geforderten 15 mg/l. Bei der
Interpretation gilt es jedoch zu beachten, dass die Nachklärbecken der Großanlage mit
Wasser besprüht werden, um die vorhandenen größeren Flockenverbände zu zerstören. Die
hohen Maximalwerte bei den Versuchsanlagen fallen jeweils in Zeiträume, in denen die
bereits beschriebenen technischen Probleme bei der Schlammrückführung auftraten.
6.2.3.5 Elektrophoretische Beweglichkeit
Die Elektrophoretische Beweglichkeit gibt Auskunft über die Absetzeigenschaften von
Schlämmen.
Die Werte der Pforzheimer Großanlage können auf Grund der chemischen P-Fällung nicht
zur Diskussion herangezogen werden.
Die Werte aus den Versuchsanlagen (Abbildung 6.17) liegen zwischen –6,00 (µm/s)/(V/cm)
und –2,00 (µm/s)/(V/cm). Diesen Schlämmen können niedrige Schlammindices bescheinigt
werden (Kapitel 6.2.2.3). Tendenziell kann somit die Aussage von SCHUSTER (1997)
bestätigt werden, wonach zwischen -10 mV (-7,058 (µm/s)/(V/cm)) und –6 mV (-4,235
(µm/s)/(V/cm)) mit niedrigen Schlammindices zu rechnen sei.
1 Messwerte mit aufgeschwommenen Anteil wurden pauschal mit 300 ml/gTS berücksichigt.
FKZ 02WA0215 54
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
-6,00 -5,50 -5,00 -4,50 -4,00 -3,50 -3,00 -2,50 -2,00EB [(µm/s)/(V/cm)]
Sum
men
häuf
igke
it [%
]
TSPFTSMBBRTSREFTSSBBR
Abbildung 6.17: Summenhäufigkeit der Messungen der Elektrophoretischen Beweglichkeit
6.2.3.6 Kapillare Fließzeit (CST)
Bei den Messungen der kapillaren Fließzeit (CST), die ein Maß für die Entwässerbarkeit der
Schlämme darstellt, konnten keine grundlegenden Unterschiede zwischen den Versuchs-
anlagen und der Kläranlage Pforzheim festgestellt werden (Tabelle 6.16).
Je schlechter die Entwässerbarkeit, um so höher sind die angegebene Fließzeiten in den
Tabellen 6.16 + 6.17. Nach Aussage diverser Literaturstellen geht eine schlechtere Ent-
wässerbarkeit mit niedrigeren Schlammindices einher (z.B. KNOOP, 1997).
Die ähnlichen Ergebnisse der Entwässerbarkeit der Belebtschlämme der Versuchsanlagen
unterstützt die Aussage in Kapitel 6.2.3.3., in dem den Versuchsanlagen ähnliche
Schlammindices bescheinigt werden.
Tabelle 6.16: Ergebnisse der CST- Messungen der Belebtschlammproben
CST [s] PF MBBR REF SBBR Mittelwert 7,76 8,05 7,13 7,71
Im Gegensatz zu den CST-Werten der Belebtschlämme sind die CST-Werte der
Anlagenabläufe (Tabelle 6.16) deutlich geringer.
FKZ 02WA0215 55
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Tabelle 6.17: Ergebnisse der CST-Messungen der Ablaufproben
CST [s] PF MBBR REF SBBR Mittelwert 4,89 5,79 4,92 5,40
6.2.3.7 Absetzgeschwindigkeiten
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,00
Sinkgeschw indigkeit [m/h]
Sum
men
häuf
igke
it [%
] PFMBBRSBBR
Abbildung 6.18: Summenhäufigkeit der Sinkgeschwindigkeiten der SBBR- und MBBR- Versuchsanlagen im Vergleich zur Großkläranlage Pforzheim
Die Summenhäufigkeiten der Sinkgeschwindigkeiten der Schlämme aus den Belebungs-
becken der MBBR- und SBBR-Versuchsanlagen sind annähernd identisch. Dabei besitzen
50% der Partikel beider Versuchsanlagen eine Sinkgeschwindigkeit von < 0,4 m/h. Im
Gegensatz dazu besitzen 50% der Partikel der Großkläranlage Pforzheim eine
Sinkgeschwindigkeit von < 0,77 m/h. Zu berücksichtigen ist hierbei allerdings, dass die
Schlämme der Großanlage durch eine „flockenbeschwerende“ Chemikalie (Natriumaluminat)
beeinflusst sind.
FKZ 02WA0215 56
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.2.3.8 Partikelgrößen
6.2.3.8.1 Ergebnisse der Partikelanalyse mittels CIS
In diesem Kapitel sind die Partikelgrößenverteilungen sowohl des Belebtschlammes
(Abbildung 6.19 und Tabelle 6.18), als auch der Abläufe der Nachklärbecken (Abbildung
6.20) in Form von Häufigkeitsverteilungen dargestellt.
AFS PF SBBR MBBR
µm [%] [%] [%]
0-10 23,3 27,0 24,7 10-20 50,7 52,6 52,2
20-40 76,0 77,8 79,2
0
5
10
15
20
25
4-6 6-8 8-10 10-14 14-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-150 150-200 200-300 300-400 400-500 500-600
Bereich [µm]
Häu
figke
it [%
]
TSPFTSMBBRTSSBBR
Abbildung 6.19: Relative Häufigkeitsverteilung der Partikelgrößen der Belebtschlämme der SBBR-, MBBR-Versuchsanlagen und der Großkläranlage Pforzheim
Demnach konnten hinsichtlich der Partikelgrößen keine gravierenden Unterschiede
festgestellt werden. Die prozentuale Größenverteilung der Partikel der Belebtschlämme der
Versuchsanlagen als auch der Kläranlage Pforzheim sind annähernd gleich.
Betrachtet man allerdings Partikelgrößenbereiche so ist zu erkennen, dass die Größen-
verteilung der Partikel aus den Belebungsbecken der Versuchsanlagen eine größere
Linksschiefe aufweisen, als die Größenverteilung der Partikel aus der Belebung der
Kläranlage Pforzheim.
FKZ 02WA0215 57
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Dies ist daran zu erkennen, dass 83,5% der Belebtschlammpartikel der Anlage Pforzheim in
die Größenklasse 0-60 µm fallen, in der gleichen Größenklasse ergibt sich für die SBBR-
bzw. MBBR-Versuchsanlagen ein prozentualer Anteil von 86,0% bzw. 88,1%.
Tabelle 6.18: Größenverteilung der Partikel nach Größenklassen
PF SBBR MBBR
µm [%] [%] [%]
0-60 83,5 86,0 88,1
60-100 2,3 2,8 2,1
100-400 14,3 11,2 9,7
Analog dazu weisen 14,3% der Belebtschlammpartikel aus der KA Pforzheim eine Größe
zwischen 100 und 400 µm, jedoch nur 11,2 bzw. 9,7% der Belebtschlammpartikel der
Versuchsanlagen (Tabelle 6.18) auf.
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
4-6 6-8 8-10 10-14 14-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-150 150-200 200-300 300-400 400-500 500-600
Bereich [µm]
Häu
figke
it [%
]
AFSPFAFSMBBRAFSSBBR
AFS PF SBBR MBBR
µm [%] [%] [%]
0-10 54,7 39,1 36,1 10-20 87,6 74,8 68,9
20-40 100,0 97,0 96,3
Abbildung 6.20: Relative Häufigkeitsverteilung der Partikelgrößen im Ablauf der Nachklärbecken der SBBR-, MBBR-Versuchsanlagen und der Großkläranlage Pforzheim
FKZ 02WA0215 58
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
In Abbildung 6.20 sind die Ergebnisse der Partikelanalysen der Abläufe der Nachklärbecken
dargestellt. Daraus ersichtlich ist, dass annähernd 100% der Partikel kleiner als 40 µm sind,
d.h. die Belebtschlammpartikel mit einem Durchmesser > 40µm konnten vollständig in der
Nachklärung zurückgehalten werden.
Die Großanlage hat den höchsten Anteil an Feinstpartikeln (< 10µm) im Ablauf der Nach-
klärung. Die SBBR- und MBBR-Anlagen weisen ähnliche Partikelgrößenverteilungen im
Ablauf auf, und haben beide, im Vergleich zur Kläranlage Pforzheim, einen deutlich größeren
Anteil ab der Größenklasse 10-14 µm.
Partikel größer als 30 µm waren im Ablauf der Großanlage nicht festzustellen.
Bei der MBBR-Anlage sind ebenfalls Partikel größer als 50µm im Ablauf gemessen worden.
Eine Auswertung des Betriebstagebuchs ergab, dass diese Zeitpunkte größtenteils
zusammengefallen sind mit betriebstechnischen Problemen einhergingen.
6.2.3.8.2 Ergebnisse der Partikelanalyse mittels eines Granulometers
In Kapitel 5 wurden stabile hydraulische Verhältnisse im Hinblick auf die Wechselbeziehung
zwischen Nachklärbecken einerseits und Belebungsbecken andererseits nachgewiesen.
Mit den Erläuterungen in diesem Kapitel werden nun die hydraulischen Auswirkungen für
den Fall untersucht, dass anstatt drei nur ein Batch-Reaktor (mit gleichem Volumen) zur
Verfügung steht, mit der Folge einer deutlich höheren hydraulischen Belastung für die
Nachklärung.
Um zeitliche Unterschiede in der Partikelgrößenverteilung im Ablauf der Nachklärbecken
dokumentieren zu können, wurden zusätzlich zu den stichprobenartigen Partikelanalysen
mittels CIS online-Partikelmessungen mittels eines Granulometers der Firma CILAS
durchgeführt.
In den Abbildungen 6.21 und 6.22 werden die Ergebnisse der beiden Messverfahren
gegenübergestellt. Zu erkennen ist, dass sich das Ergebnis der Granulometer-Messung mit
der CIS-Messung nicht überlagert. Dieser Unterschied ergibt sich durch die verschiedenen
Bezugsgrößen der Messungen. Die Partikelmessung mittels CIS bezieht sich auf eine
Flächenverteilung, die Granulometer-Messung auf eine Anzahlverteilung.
FKZ 02WA0215 59
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
Partikelgröße [µm]
Sum
men
häuf
igke
it [%
CILAS MBBRCIS MBBR
Abbildung 6.21: Vergleich zwischen CIS- und Granulometer (CILAS)-Partikelgrößenmessung des Ablaufes der Nachklärung des MBBR
Die Partikelgrößenverteilung der Ablaufproben der Nachklärung der MBBR-Versuchsanlage
ist, unabhängig vom Zeitpunkt, konstant. Dies war im Unterschied zu der momentan
modifizierten SBBR-Anlage zu erwarten, da die MBBR-Anlage mit konstanter hydraulischer
Belastung betrieben wurde.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
Par ti kel gr öße [µ m]
Sum
men
häuf
igke
it [%
Ausserhalb der Pumpphase [CIL AS]W ährend der Pumpphase [CIL AS]Unmi ttelbar nach der Pumpphase [CIL AS]CIS
Abbildung 6.22: Vergleich der CILAS- und CIS-Partikelgrößenbestimmung sowie der zeitlichen Abhängigkeit der Partikelgrößenverteilung im Ablauf der Nachklärung des modifizierten SBBR
FKZ 02WA0215 60
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Während des Entleerens des SBBR kam es zu einer sprunghaften Veränderung der
Partikelgrößenverteilung (Abbildung 6.22).
6.2.3.9 Enzymaktivitäten der Belebtschlämme (TTC-Test)
Die Enzymaktivität der Belebtschlämme ausgedrückt in µg Formazan pro mg Schlamm-
trockenmasse ergab sich bei der Untersuchung der Proben von der Großkläranlage Pforz-
heim im Mittel eine Formazanproduktion von 13,2 µg Formazan/mg Schlammtrockenmasse.
Die Formazanproduktion der Belebtschlämme der MBBR-Versuchsanlage lag mit 13,8 µg
Formazan/ mgTS etwas höher. Die Enzymaktivität der Belebtschlämme der SBBR-
Versuchsanlage ergab sich zu 18,1 µg Formazan /mg TS.
Bei der Untersuchung der sessilen Biomasse konnte eine hohe Aktivität des Bewuchses der
SBBR-Versuchsanlage mit 41,5 µg Formazan /mgTS beobachtet werden, dies entspricht
einer etwa 2,3-fach höheren Aktivität gegenüber der suspendierten Biomasse in der
nachgeschalteten Nitrifikation der SBBR-Versuchsanlage.
Die Aktivität der sessilen Biomasse der MBBR-Versuchsanlage lag mit 14,9 µg Formazan
/mg TS nur unwesentlich höher als die Aktivität der suspendierten Biomasse.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
8.8 15.8 22.8 29.8 5.9 12.9 19.9 26.9 3.10 10.10 17.10 24.10 31.10 7.11 14.11 21.11 28.11 5.12 12.12 19.12
µg F
orm
azan
/ m
g Sc
hlam
mtro
cken
mas
se
KAPF MBBR SBBR Kaldnes BewuchsSBBR Bewuchs
Abbildung 6.23: Ergebnisse der Enzymaktivität (gleitende Mittelwerte)
FKZ 02WA0215 61
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.3 Nitrifikationsleistung und Phosphatelimination der MBBR-Versuchsanlage
Der verfahrenstechnische Betrieb der MBBR-Versuchsanlage wurde in 3 verschiedenen
Phasen unterteilt.
- In der ersten Phase wurde die MBBR-Anlage mit einem Kaldnesvolumen von 4 l
(5,7% Füllvolumen) betrieben bei einer Zulaufmenge von 4,5 l/h.
- In Phase 2 wurde das Kaldnesvolumen auf 20 l (28,3% Füllvolumen) erhöht, bei einer
gleichzeitigen Erhöhung des Zulaufs auf 8 l/h.
- In Phase 3 wurde die Zulaufmenge bei 8 l/h belassen, jedoch wurde das Kaldnes-
volumen um weitere 11 l auf 31 l (43,8% Füllvolumen) erhöht.
Bei der Betrachtung der abgebauten CSB-Frachten bzw. NH4-N-Frachten während der
einzelnen Versuchsphasen konnte beobachtet werden, dass sich mit der Erhöhung des
Füllvolumens - respektive der Aufwuchsfläche - eine Steigerung der Nitrifikationsleistung bei
gleichbleibendem CSB-Abbau ergab.
0
5
10
15
20
25
30
REF Phase 1 Phase 2 Phase 3
Abg
ebau
te F
rach
ten
[g/d
]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
[(gC
SB/d
)/(gN
H4-
N/d
)]CSB [g/d]NH4-N [g/d][gCSB/d]/[gNH4-N/d]
Abbildung 6.24: Abbauleistung des MBBR während der unterschiedlichen Untersuchungsphasen hinsichtlich NH4-N im Vergleich zur Referenzanlage
In Abbildung 6.24 sind die Ergebnisse der abgebauten CSB- und NH4-N-Frachten in [g/d]
und zusätzlich das Verhältnis zwischen abgebauter CSB-Fracht und abgebauter NH4-N-
Fracht dargestellt. Als Vergleichswerte wurden die Ergebnisse der Referenz-Versuchsanlage
den Ergebnissen der einzelnen Versuchsphasen gegenübergestellt.
FKZ 02WA0215 62
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Aus Abbildung 6.24 ist abzuleiten, dass die suspendierte Biomasse vornehmlich für die CSB-
Reduzierung verantwortlich ist (gleicher CSB-Abbau in allen Versuchsphasen des MBBR als
auch in der Referenzanlage). Durch die Erhöhung der sessilen Biomasse konnte eine
Steigerung der Nitrifikationsleistung erzielt werden (steigendes Füllvolumen führt zu einer
gesteigerten Nitrifikationsleistung).
Des weiteren konnte beobachtet werden, dass sich durch die Zugabe der Kaldnes-
Transportkörper das Puffervermögen der MBBR-Versuchsanlage gegenüber Stoßbe-
lastungen hinsichtlich NH4-N deutlich verbessert. Dies lässt sich durch den Vergleich der
Referenzanlage mit der MBBR-Versuchsanlage verdeutlichen. In Abbildung 6.25 sind die
Messergebnisse der ersten 25 Messtage dargestellt. Zu Beginn der Untersuchungen wurden
beide Anlagen mit relativ geringen Ammonium-Zulaufkonzentrationen beaufschlagt, die sich
ab dem 14. Messtag verdoppelten.
Danach wurde eine deutlich höhere NH4-N-Konzentration im Ablauf der Referenzanlage im
Vergleich zur MBBR-Versuchsanlage gemessen
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0 5 10 15 20 25
Messtag
mg
NH
4-N
/l
Zulaufkonzentration [mgNH4-N/]
Ablaufkonzentration MBBR Phase I [mgNH4-N/l]
Ablaufkonzentartion REF [mgNH4-N/l]
Abbildung 6.25: Zu- und Ablaufkonzentrationen der Referenz- und der MBBR-Versuchsanlage (Trendlinie als 2-periodisch gleitender Durchschnitt)
Analog zu den Beobachtungen hinsichtlich der Nitrifikationsleistung der sessilen Biomasse
ergaben sich bei der Betrachtung der Phosphatelimination ebenfalls steigende
Eliminationsraten bei gleichbleibender CSB-Elimination durch die Erhöhung der
suspendierten Aufwuchsflächen.
FKZ 02WA0215 63
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Durch die Erhöhung der sessilen Biomasse konnte die P-Elimination intensiviert werden
(siehe Abb. 6.26). Die suspendierte Biomasse ist, wie oben beschrieben, vornehmlich für die
CSB-Reduzierung verantwortlich.
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
REF Phase 1 Phase 2 Phase 3
abge
baut
e Fr
acht
PO
4-P
[mg/
d]
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
[(gC
SB/d
)/(gP
O4-
P/d)
]
PO4-P [mg/d][(gCSB/d)/(gPO4-P/d)]CSB [g/d]
26
10
12
14
16
18
20
22
24
CSB
[g/d
]
Abbildung 6.26: Abbauleistung des MBBR während der unterschiedlichen Untersuchungsphasen hinsichtlich PO4-P im Vergleich zur Referenzanlage
6.3.1 Weitergehende Untersuchungen in der SBBR-Anlage
6.3.1.1 Fädigkeit
Die Fädigkeitsstufen des suspendierten Schlammes in der SBBR-Anlage liegen zwischen 0
und 3. Im sessilen Schlamm hingegen sind lediglich die Fädigkeitsstufen 0 bis 2
festzustellen. Die Auswertung des Betriebshandbuchs ergab einen Zusammenhang
zwischen dem Anstieg der Fädigkeit einerseits und dem Zeitpunkt technischer
Unregelmäßigkeiten der SBBR-Anlage, andererseits. So führte insbesondere ein
unkontrolliertes Absinken des Austauschverhältnis (teilweise unter 10%) mit dem damit
verbundenen fehlenden Substratgradienten zu einem Anstieg der Fädigkeit.
6.3.1.2 P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnisse
Dieses Kapitel verdeutlicht exemplarisch die Unterschiede zwischen dem suspendiertem
Schlamm einerseits und dem sessilen Biofilm andererseits, im Hinblick auf das P-Aufnahme-
FKZ 02WA0215 64
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
/Rücklöseverhältnis. Sämtliche in diesem Kapitel beschriebenen Versuche wurden außerhalb
der Versuchsanlagen in einem separaten Batch Reaktor durchgeführt. Im Gegensatz zu den
in der Versuchsanlage und der Simulation dargelegten Szenarien gibt es hierbei keine
Schlamm- und/oder Nitratrückführung.
Die Reaktoren wurden mit Rohabwasser aus dem Ablauf der Vorklärung der Pforzheimer
Kläranlage beschickt. Bei sämtlichen Batch-Versuchen wurde dem kohlenstoffarmen
Rohabwasser Essigsäure in dem Maße zugegeben, dass das Substrat keinen
prozesslimitierenden Faktor darstellen konnte.
Die Verläufe in den Abbildungen 6.27 und 6.28 entsprechen den allgemeinen, bekannten
verfahrenstechnischen Erwartungen:
• Während der unbelüfteten Phase sind –mit Ausnahme der anaeroben Bereiche des
Biofilms- die Milieubedingungen durchweg anoxisch. Die Ammonium-Konzentration bleibt
konstant, gleichzeitig findet eine Denitrifikation statt und Phosphat kann auf Grund eines
ausreichenden Substratangebots simultan rückgelöst werden.
• Während der aeroben Phase findet eine Nitrifikation statt, einhergehend mit einer
Phosphataufnahme.
• Am Ende ist eine Netto-P-Elimination feststellbar.
a e r o b
0
2
4
6
8
1 0
1 2
1 4
1 6
1 8
0 1 2 3 4 5 6 7 8Z e i t [ h ]
Konz
. [m
g/l]
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
1 4 0
1 6 0
a n o x i s c h
HAc
[mg/
l]
P O 4 - PN H 4 - NN O 3 - NO r g a n i s c h e S ä u r e n
Abbildung 6.27: Phosphor[WJT1]-Aufnahme und Rücklöseversuch mit sessilem (TS = 2,9 g/l) Schlamm; (TSsuspendiert = 0,03 g/l)
Die Verläufe in Abb.6.27 sind auf Grund des geringen suspendierten Schlammgehaltes im
Wesentlichen auf den sessilen Schlamm zurückzuführen.
FKZ 02WA0215 65
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
anoxisch
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6 7 8Zeit [h]
Konz
. [m
g/l]
0
50
100
150
200
250
300
aerob
HAc
[mg/
l]
PO4-PNH4-NNO3-NOrganische Säuren
Abbildung 6.28: Phosphor-Aufnahme und Rücklöseversuch mit suspendiertem (TS = 1,57 g/l) und sessilem (TS = 2,9 g/l) Schlamm
Eine Erhöhung des suspendierten Schlammes von 0,03 g/l auf 1,57 g/l führt zu einem
proportional höheren P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnis, welches sich jedoch nicht in
einer erhöhten Netto-P-Elimination niederschlägt (Tabelle 6.19).
Tabelle 6.19: Vergleichende Gegenüberstellung der Verläufe aus den Abb.6.27 und 6.28
Versuch n. Abb.6.27 Versuch n. Abb.6.28
Sessil [g/l] 2,9 2,9 Trockensubstanz-
gehalt Suspendiert [g/l] 0,03 1,57
P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnis über
8h [1/gTS] 0,46 0,61
[mgNO3-N/(gTS)] 1,9 0,8 Denitrifikation
[mgNO3-N/l] 5,6 3,6
[mgPO4-P/(gTS)] 2,4 (3,2) 0,9 (2,5) Phosphorrücklösung
(P-Aufnahme) [mgPO4-P/l] 7,0 (9,5) 4,0 (11,0)
[mgHAc/(gTS)] 14,0 26,8 Aufnahme/ Verbrauch
organisoher Säuren
während der
unbelüfteten Phase2 [mgHAc/l] 41 119
2 Vor allen Dingen der Nitratgehalt aus dem unmittelbar vorangegangenen Zyklus führt zu Beginn des
nachfolgenden Zyklus zu einer anfänglichen anoxischen Phase. Die unbelüftete Phase setzt sich
somit aus der zunächst noch anoxischen und der –nach vollständiger Denitrifikation- anschließenden
anaeroben Phase zusammen.
FKZ 02WA0215 66
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Diese Aussage wird nun im Folgenden näher verifiziert. Hierzu wurden je 5 Batch-Versuche
mit sessilem Schlamm (mit TSsusp. <1,5g/l), suspendiertem Schlamm und einer Kombination
beider Schlämme (mit TSsusp. >1,5g/l) durchgeführt.
Unter den gleichen Versuchsbedingungen wurde für jeden der insgesamt 15 Versuche die P-
Rücklösung (in mg/l; x-Achse) in Abhängigkeit von der P-Aufnahme (in mg/l; y-Achse) in ein
zweidimensionales Koordinatenkreuz eingezeichnet. Auf Grundlage verschiedener Literatur-
stellen (z.B. OSWALD-SCHULZE-STIFTUNG, 1995) kann nun eine lineare Ausgleichsgerade
(Gl.10.2.4.2a) für jeden der 3 Fälle errechnet werden.
PAuf = a*PRück + b Gleichung 6.1
Die Gleichung 6.1 drückt über ihren Faktor a (wobei a >1) aus, dass mit einer Zunahme des
rückgelösten Phosphors eine erweiterte Phosphoraufnahme einhergeht.
Je größer der Faktor a, um so mehr übersteigt die aufnehmbare Phosphor-Fracht die bereits
zuvor zurückgelöste.
Die Konstante b ist ein Merkmal dafür, inwieweit die polyphosphatspeichernden Bakterien
Phosphat aufnehmen können, ohne welches zuvor zurückgelöst zu haben (PRück=0). Sie ist
somit abhängig vom Schlammalter und von der Verfügbarkeit leicht abbaubaren CSB.
Es ist bekannt, dass polyphosphatspeichernde Bakterien ihren Polyphosphatvorrat um so
mehr erhöhen (a-Faktor steigt), je stärker sie Stressbedingungen (Wechsel zwischen aerobe
und anaerobe Milieubedingungen) ausgesetzt werden.
Abbildung 6.29 zeigt, dass der suspendierte Schlamm einerseits die höchsten P-Aufnahme-
und Rücklöseraten aufweist, dass aber gleichzeitig der a-Faktor im Vergleich zu den
Untersuchungen mit dem sessilen Schlamm deutlich geringer ist. Je geringer der Anteil des
suspendierten Schlammes ist, um so höher ist der a-Faktor.
Dies zeigt, dass das Erinnerungsvermögen sessiler polyphosphatspeichernder Bakterien auf
Grund ihres höheren Alters stärker ausgeprägt ist, als das der Bakterien im suspendierten
Schlamm. Sie legen sich somit einen höheren Polyphosphatspeicher an (Memoryfunktion).
FKZ 02WA0215 67
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
a + b Faktoren
y = 1,2831x + 0,6696
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5
Maximale P-Rücklöserate [mgP/(gTS*h)]
Max
imal
e P-
Auf
nahm
erat
e [m
gP/(g
TS*h
)]
sessil und einem suspendiertem Anteil >1,5 g/l
sessil und einem suspendierten Anteil <1,5 g/l nur suspendiert
y = 1,0672x + 0,7358 y = 1,3475x + 0,4372
Abbildung 6.29: Ermittlung der a und b-Faktoren unterschiedlicher Schlämme
FKZ 02WA0215 68
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.4 Simulation der SBBR-Anlage
Auf Basis der in Tabelle 6.20 dargelegten Unterschiede wurden 3 Szenarien untersucht,
jeweils mit der Intention,
• die Einflüsse des sessilen Schlammes zu beurteilen,
• die optimale Dauer der einzelnen Milieubedingungen während eines SBBR-Zyklus
abzuschätzen und
• die Ablaufwerte der Anlage zu bewerten.
Die hier vorgestellten Ergebnisse sind nach einer simulierten Betriebsdauer von 200 Tagen
auf Grund der statischen Belastungsverhältnisse wiederkehrend und können daher als
aussagekräftig bezeichnet werden.
6.4.1 Die stofflichen Eliminationsraten
Beeinflusst durch das Austauschverhältnis, liegen unmittelbar nach der Befüllung des Batch-
Reaktors -im Vergleich zum Zulauf- veränderte Konzentrationsverhältnisse vor. Dabei ist
festzustellen, dass mit Ausnahme des Nitrats, sämtliche gemessenen Parameter verdünnt
werden. Beim Nitrat findet hingegen keine Verdünnung statt, da der Batch-Zyklus mit der
belüfteten Phase (Nitrifikation) endet und somit eine, im Verhältnis zum Zulauf, hohe
Nitratkonzentration aufweist (Abb. 6.30-6.35).
Der Bewuchs auf den Festbetten entwickelt sich gut. Die während der Simulation,
vorgegebene maximal mögliche Biofilmdicke von 500 µm wurde während der Simulation
nicht erreicht. Tatsächlich pendelte die maximale Biofilmdicke zwischen 430 und 450 µm (mit
TS = 43,8 g/m²), wodurch dem SBBR ein stabiles Gleichgewicht zwischen Bewuchs und
Abtrag bescheinigt wird. Dieses Ergebnis deckt sich mit den Erfahrungen von GONZÁLEZ-
MARTÍNEZ et al. (1991), die für halbtechnische Versuche mit einer SBBR-Anlage eine Bio-
filmdicke von 500 µm (TS = 43,3 g/m²) angeben.
Der TS-Gehalt im Belebungsbecken beträgt 3,0 g/l. Im SBB-Reaktor hingegen kann sich
lediglich ein suspendierter TS-Gehalt von 1,3 g/l einpendeln, da das Entleeren des Reaktors
während der aeroben Phase stattfindet und sich der Reaktor somit im volldurchmischten
Zustand befindet. Der organische Anteil des suspendierten Schlammes liegt bei 83% und
des sessilen Schlammes bei 75% (Medianwerte).
Die Phasen der Sedimentation und des Dekantierens wurden nicht in Ansatz gebracht, da
nach dem SBBR sich weitere Reinigungsstufen anschließen und ein Austausch
suspendierter Biomasse zwischen den einzelnen Verfahrensstufen grundsätzlich gewünscht
wird. Zudem sind somit kürzere Zyklen und höhere Durchsätze möglich.
FKZ 02WA0215 69
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Tabelle 6.20: Simulierte Szenarien
Fall Schlamm im
SBBR [g/l]1)
Zyklusdauer [min] 1. Zeile: Ablauf SBBR [mg/l]
2. Zeile: Ablauf Nachklärung [mg/l]
Sessil
Susp.
Anaerobe
Phase
Anox.
Phase
Aerobe
Phase
CSB TKN AFS PO4-P NO3-N/
NO2-N
NH4-N BSB5
I 3,5 1,3 90 40 110 21,26
20,00
13,13
0,50
--
2,96
0,03
0,03
3,07
10,80
12,82
0,17
< 0,50
< 0,50
II - 1,3 90 40 110 16,35
20,26
5,42
0,41
--
2,85
4,03
4,03
7,79
13,19
5,25
0,11
< 0,50
< 0,50
III 3,5 1,3 140 40 60 16,72
20,20
16,15
0,52
--
2,96
0,25
0,25
2,08
12,5
16,15
0,19
< 0,50
< 0,50
1) TS-Gehalt im nachgeschalteten Belebungsbecken liegt bei 3,0 g/l.
Aus den Abb. 6.30 bis 6.35 können für den Batch-Reaktor folgende Rückschlüsse gezogen
werden:
• Nach Befüllung des SBB-Reaktors stellen sich bis zum vollständigen Abbau der NOx-
Verbindungen (vornehmlich aus dem vorangegangenen Zyklus) zunächst anoxische
Verhältnisse ein. Mit dieser Denitrifikationsphase (Deni-Phase I) sinken die Kon-
zentrationen an kurzkettigen Fettsäuren und die der leicht abbaubaren organischen
Fraktionen. Bei einer NOx-N-Konzentration unter 1 mg/l beginnt parallel zur Deni-
Phase 1 eine PO4-P-Rücklösung. Offenbar stehen ab diesem Zeitpunkt dem System
mehr organische Säuren zur Verfügung, als sie im Rahmen der Denitrifikation
benötigt werden.
unbelüftete Phase Deni-Phase II belüftete Phase
0,0324,44
3,11
27,7035,16
46,98
115,52
6,03
19,19
0
20
40
60
80
100
120
140
1 12 23 34 45 56 67 78 89 100
111
122
133
144
155
166
177
188
199
210
221
232
Minuten
g/m
³
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5gO
2/m
³
PO4-Pleicht abbaubare organische Fraktionenorganische SäurengO2/m³
Abbildung 6.30: Fall I: SBBR mit suspendiertem und sessilem Schlamm
FKZ 02WA0215 70
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
• Nach der Deni-Phase 1 (ca. 30 Minuten nach Befüllung), stellen sich anaerobe
Milieubedingungen ein und die Konzentration an leicht abbaubaren organischen
Fraktionen nimmt ab. Fakultativ anaerobe Bakterien vergären hier leicht abbaubare
Fraktionen zu organischen Säuren. In den Fällen 1 und 3 bauen gleichzeitig aerobe
Acinetobacter-Arten in dieser für sie feindseligen Umgebung ihren Polyphosphat-
speicher ab, mit dem Ziel, die dadurch gewonnen Energie zu nutzen, um organische
Säuren als Reserverstoffe aufzunehmen. Bei einer solchen, gesteigerten PO4-P-
Rücklösung bleibt die Konzentration an organischen Säuren konstant auf niedrigem
Niveau (Abb. 6.30+6.34), da die parallel verlaufende Hydrolyse langsamer verläuft,
als die Acinetobacter organische Säuren „nachfragen“. Ist hingegen eine PO4-P-
Rücklösung kaum feststellbar (Fall 2, Abb. 6.32), steigt die Konzentration an
organischen Säuren.
• Unter anaeroben Bedingungen wird, in allen 3 Fällen organisch gebundener Stickstoff
hydrolisert, mit der Folge, dass die Ammoniumkonzentration steigt (Ammonifikation).
• Nach 90 Minuten (Fall 1+2), bzw. 140 Minuten (Fall 3), werden dem SBB-Reaktor
Schlamm und Nitrat aus den jeweiligen Rückläufen zugeführt. Die Nitrat-Kon-
zentration steigt zu diesen Zeitpunkten sprunghaft an, während die übrigen Kon-
zentrationsverläufe aufgrund der einhergehenden Verdünnung, einen Knick auf-
weisen (Abb. 6.30 bis 6.34). Die dadurch einsetzende Denitrifikation (Deni-Phase II)
ist bereits nach ca. 15 Minuten beendet. Die verbleibende Zeit der geplanten
anoxischen Phase von insgesamt 30 Minuten findet daher tatsächlich unter
anaeroben Bedingungen statt. Ab der 130 ten Minute schließt sich eine aerobe
Phase an, in der die phosphatakkumulierenden Bakterien gelöstes Phosphat
aufnehmen und als energiereiche Polyphosphatgranula speichern. Am Ende der
aeroben Phase des SBBR-Zyklus ist der Phosphor nahezu vollständig in dem
Belebtschlamm eingelagert (Tab. 6.21). Die nachgeschalteten Stufen der Nitrifikation
und Denitrifikation dienen vornehmlich der Stickstoffelimination. Aus diesem Grund
bezieht sich die nachfolgende P-Bilanz ausschließlich auf einen SBBR-Reaktor. Für
die beiden anderen SBB-Reaktoren gilt selbiges. Die folgende P-Bilanz gilt für Fall I:
Ausgangspunkt ist eine tägliche Fracht im Zulauf des SBBR von 121,50*10-6 kgP/d.
Das Modell berechnet einen P-Gehalt von rund 62,8 mg P/gTS (6,28%). Bei einer
berechneten spezifischen Schlammproduktion von 1,92 gTS/d für den SBB-Reaktor
können somit 120,77*10-6 kgP/d durch Schlammabzug aus dem System entfernt
werden. Unter Berücksichtigung der P-Fracht im Ablauf des SBBR von 0,73*10-6
kgP/d schließt sich die Bilanz.
FKZ 02WA0215 71
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
• Ein Vergleich der Fälle 1 und 2 (Abb. 6.30 und 6.32) zeigt, dass die Herausnahme
der Festbettreaktoren zu einem – im Hinblick auf den TS-Gehalt – überproportionalen
Absinken der PO4-P Rücklöserate führt (Tabelle 6.21).
unbelüftete Phase Deni-Phase II belüftete Phase
22,3624,06
20,8921,86
12,82
3,07
1,22
3,31
0
5
10
15
20
25
30
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109
121
133
145
157
169
181
193
205
217
229
241
Minuten
NH
4-N
[g/m
3]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
NO
3-N
[g/m
3]
NH4-N
NOx
Abbildung 6.31: Fall I: SBBR mit suspendiertem und sessilem Schlamm
unbelüftete Phase Deni-Phase II belüftete Phase
110,22
56,76 61,99
21,75
44,19
5,30 8,39 4,030
20
40
60
80
100
120
0 11 22 33 44 55 66 77 88 99 110
121
132
143
154
165
176
187
198
209
220
231
Minuten
g/m
3
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
gO2/
m3
leicht abbaubare Polymereorganische SäurenPO4-PgO2/m³
Abbildung 6.32: Fall II; SBBR mit suspendiertem Schlamm
• Die Szenarien 1 und 3 zeigen, dass mit der Dauer der anaeroben Phase im Batch-
Reaktor einerseits die Konzentration des rückgelösten Phosphors zunimmt (Abb.
6.30 und 6.34), andererseits die P-Rücklöserate pro TS und Zeiteinheit rückläufig ist,
FKZ 02WA0215 72
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
während sowohl die P-Aufnahmerate, als auch die inkorporierte P-Fracht deutlich
zunehmen (Tab. 6.21).
Eine Verlängerung der anaeroben Phase um 55%, bei einer gleichzeitigen Ver-
kürzung der aeroben Phase um 45%, führt zu einer Steigerung des P-Aufnahme/-
Rücklöseverhältnisses um 50%. Dies bestätigt, dass eine Verlängerung der an-
aeroben Phase sich im Vergleich zur vorangehenden P-Rücklösung überproportional
stark auf die P-Aufnahmefähigkeit der polyphosphatrspeichenden Bakterien auswirkt.
unbeüftete Phase Deni-Phase II belüftete Phase
18,35 19,23
16,5617,19
5,251,29
7,82 7,79
0
5
10
15
20
25
0 12 24 36 48 60 72 84 96 108
120
132
144
156
168
180
192
204
216
228
240
Zeit
NH
4-N
[g/m
3]
01
234
567
89
No3
-N [g
/m3]
NH4-N
NOx-N
Abbildung 6.33: Fall II; SBBR mit suspendiertem Schlamm
unbelüftete Phase Deni-Phase II belüftete Phase
3,44
40,77
35,01
40,40
0,2518,44
0
20
40
60
80
100
120
140
1 13 25 37 49 61 73 85 97 109
121
133
145
157
169
181
193
205
217
229
241
Minuten
g/m
3
00,20,40,60,811,21,41,61,82
DO
gO
2/m
3
PO4-Porganische SäurenO2leicht abaubare Polymere
114,94
25,47
Abbildung 6.34: Fall III: SBBR mit suspendiertem und sessilem Schlamm
FKZ 02WA0215 73
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
unbelüftete Phase Deni-Phase II belüftete Phase15,97
23,85
23,38
26,95
24,182,44
2,08
1,34
0
5
10
15
20
25
30
1 12 23 34 45 56 67 78 89 100
111
122
133
144
155
166
177
188
199
210
221
232
Minuten
NH
4-N
[g/m
3]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
NO
3-N
[g/m
3]
NH4-N
NOx-N
Abbildung 6.35: Fall III: SBBR mit suspendiertem und sessilen Schlamm
Tabelle 6.21: P-Aufnahme- und Rücklöseraten der drei simulierten Fälle
TS-Gehalt Aufnahme Rücklösung Aufnahme Rücklösung Verhältnis
[g/l] [mgP/(l*h)] [mgP/(gTS*h)] Aufnahme/Rücklösung
Fall 1 4,8 35,13 19,67 7,32 4,10 1,79
Fall 2 1,3 2,62 1,58 2,01 1,22 1,65
Fall 3 4,8 43,02 16,00 8,96 3,33 2,69
FKZ 02WA0215 74
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
6.5 Simulation der MBBR-Anlage
Auf Basis der in Tabelle 6.22 dargelegten Unterschiede wurden 3 unterschiedliche Be-
lastungszustände untersucht, jeweils mit dem Ziel,
• die Einflüsse der Menge an Kaldnes-Transportkörpern, respektive der daran wachsenden
sessilen Biomasse, auf die Reinigungsleistung hinsichtlich der Parameter CSB, NH4-N,
NO3-N und PO4-P zu beurteilen,
• die Einflüsse der Variation der Zulauffrachten auf die Reinigungsleistung hinsichtlich der
oben genannten Parameter zubewerten.
Die hier vorgestellten Ergebnisse sind nach einer simulierten Betriebsdauer von 120 Tagen
auf Grund der statischen Belastungsverhältnisse wiederkehrend und können daher als
aussagekräftig bezeichnet werden.
Tabelle 6.22: Simulierte Szenarien der MBBR-Versuchsanlage
Versuchs-
phase
Kaldnes-
Volumen [l]
Füllgrad
[%]
Biofilmdicke
[µm]
TSsusp.
[g/l] Zulauf Q
[l/h]
1 4 5,66 500 3 4,5
2 20 28,29 500 3 8
3 31 43,85 500 3 8
In Abbildung 6.36 sind die Ergebnisse der Simulation dargestellt, welche die Ergebnisse der
Laboranalysen hinsichtlich der dargestellten Parameter bestätigen.
Zu erkennen ist, dass die CSB-Ablaufkonzentration mit steigendem Kaldnes-Füllvolumen
abnimmt. Dieses Ergebnis ist allerdings nicht auf die Ablaufkonzentrationen bezüglich der
Parameter NH4-N, NO3-N und PO4-P übertragbar.
Unter Einbezug der Zuflussmenge und der sich daraus ergebenden Ablauf- und
Zulauffrachten ergibt sich ein etwas anderes Bild, ähnlich der Beobachtungen im Kapitel 6.3.
Die sich aus der Differenz der Zulauffracht und der Ablauffracht ergebende abgebaute CSB-
Fracht ist in allen 3 Versuchsphasen annähernd gleich (Tabelle 6.23), d.h. die Abbauleistung
hinsichtlich der CSB-Fracht ist unabhängig von der sessilen Biomasse an den Kaldnes-
Aufwuchskörpern. Mit steigendem Kaldnes-Füllvolumen ergibt sich dem entgegen eine
gesteigerte Abbauleistung hinsichtlich NH4-N und Eliminationsraten hinsichtlich PO4-P. Diese
Beobachtungen bestätigen die Versuchsergebnisse der verschiedenen Phasen.
FKZ 02WA0215 75
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
Phase 1
53,78
2,77
8,40
5,21
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
t [d]
[mg/
l]
CSB NH4-N
NO3-N PO4-P
Phase 2
49,67
5,347,60
1,97
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120
t [d]
[mg/
l]
CSB NH4-N
NO3-N PO4-P
Phase 3
47,31
4,08
9,79
2,410
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100
t [d]
[mg/
l]
120
CSB NH4-N
NO3-N PO4-P
Abbildung 6.36: Ergebnisse der Simulation der Phasen 1-3 des MBBR
FKZ 02WA0215 76
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 6. Ergebnisse
In Tabelle 6.23 sind die Ergebnisse der Simulation den Ergebnissen der Versuche gegen-
übergestellt. Zu erkennen ist die gute Übereinstimmung der Ergebnisse hinsichtlich der
Parameter CSB und NH4-N, deren Abweichung zueinander etwa im Bereich von +/- 10%
liegt. Größere Abweichungen ergaben sich beim Parameter PO4-P, die vorrangig auf
Probleme bei der PO4-P-Analytik zu Beginn der Phase 1 zurückzuführen sind.
Tabelle 6.23: Vergleich der Untersuchungsergebnisse mit den Ergebnissen der Simulation hinsichtlich der Abbauleistung bzw. Eliminationsrate ausgewählter Parameter
CSB NH4-N PO4-P CSB/NH4-N CSB/PO4-P
g/d g/d g/d [gCSB/gNH4-N] [gCSB/gPO4-P]
Simulation 22,73 2,12 0,15 10,72 155,90
Versuch 23,99 2,22 0,09 10,81 253,35 Phase1
Abweichung 5% 4% -54% 1% 38%
Simulation 23,02 3,70 0,29 6,23 80,47
Versuch 26,35 4,28 0,26 6,15 100,07 Phase2
Abweichung 13% 14% -9% -1% 20%
Simulation 23,43 3,79 0,21 6,19 109,93
Versuch 23,98 3,95 0,22 6,08 106,67 Phase3
Abweichung 2% 4% 5% -2% -3%
FKZ 02WA0215 77
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7 Diskussion
7.1 Bewertung der stofflichen Parameter - Betriebsergebnisse
Die in der AbwV für Anlagen der Größenklasse 5 (>100.000 EW) geforderten CSB-Ab-
laufwerte werden von allen vier Anlagen (Großanlage, MBBR, SBBR und konventionelle
Versuchsanlage) eingehalten. Im Mittel erreichen die jeweiligen Anlagen Ablaufwerte von 26
mg CSB/l (Großanlage), 38 mg CSB/l (MBBR), 54 mg CSB/l (SBBR) bzw. 44 mg CSB/l
(konventionelle Versuchsanlage) und unterschreiten danach die Mindestanforderung für den
Parameter CSB (75 mg CSB/l) um 65% (Großanlage), 49% (MBBR), 28% (SBBR) bzw. 41%
(konventionelle Versuchsanlage). Allerdings weist die Großanlage zwei signifikante
verfahrenstechnische Unterschiede hinsichtlich der P- und der N- Elimination zu den drei
Versuchsanlagen auf. Die Großanlage arbeitet einerseits mit physiko-chemischer P-
Elimination (Simultanfällung) verfügt jedoch andererseits nicht über eine gezielte biologische
P- Elimination. Insofern sind die P-Eliminationsleistungen nicht miteinander vergleichbar. Die
Großanlage ertüchtigt mittels einer externen Kohlenstoffquelle die erweiterte
Stickstoffelimination. Bei den Versuchsanlagen wurde auf eine externe C-Quelle zugunsten
einer vorgeschalteten Hydrolyse verzichtet. Diese erfolgt dadurch, indem das aus der
Vorklärung abfließende Abwasser, gemäß den Empfehlungen der ATV (1994), länger als
0,75 Stunden unter anaeroben Verhältnissen zwischengespeichert wird. Tabelle 6.11 zeigt
jedoch, dass die von WITT (1997) – m Rahmen einer stabilen P-Elimination – empfohlene
Konzentration an organischen Säuren, nicht eingehalten werde konnte.
Die NO3-N-Ganglinien der Abläufe der Versuchsanlagen vermitteln im Vergleich zur
Großanlage den Eindruck, dass hier die Denitrifikationsleistungen weitaus effizienter sind
und dies, obwohl bei der Referenz- und MBBR-Anlage im Gegensatz zu der Großanlage
keine externe Kohlenstoffquelle zur Verfügung gestellt wurde. Lediglich die Denitrifikation der
SBBR-Anlage wird zusätzlich gesteigert durch einen Bypass mit Rohabwasser. In dieser
Anlage werden die geringsten NO3-N-Ablaufkonzentrationen erreicht.
Allerdings liegen die NH4-N-Ablaufwerte der Versuchsanlagen deutlich über denen der
Großanlage (Abb.6.3), so dass letztlich bei den Versuchen deutlich weniger Ammonium
oxidiert wird. Die Nges-Abläufe verdeutlichen die Problematik (Kap. 6.2.1.4). Somit sind die
geringen NO3-N-Ablaufwerte der Versuchsanlagen letzten Endes auf die unzureichende
Nitrifikation zurückzuführen. Gründe für diese unzureichende Nitrifikation konnten bei den
FKZ 02WA0215 78
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Temperatur-, Sauerstoff, pH-Verläufen und Schlammbelastung nicht gefunden werden
(Kapitel 6).
Ausgehend davon, dass der zum Zellaufbau der Biomasse benötigte Phosphor, ca. einem
Prozent der zulaufenden BSB5-Fracht entspricht (ATV, 2000), kann nur dann von einer
erweiterten P-Elimination gesprochen werden, wenn das ∆P1ges/BSB5-Verhältnis oberhalb
0,01 liegt. Von einer gesicherten vermehrten biologischen Phosphorelimination kann daher
nur bei einem ∆Pges/BSB5-Verhältnis von größer 0,015 (MAIER, 1990), bzw. 0,02 (ATV,
2000) ausgegangen werden.
Die Ergebnisse aus den Versuchsanlagen mit dem Faktor 1,5 deuten auf die Möglichkeit
einer vermehrten biologischen Phosphorelimination hin.
Tabelle. 7.1: Einzuhaltende Randbedingungen für eine erweiterte biologische P-Elimination (Mittelwerte)
∆Pges
[mg/l]
∆Pges/BSB5
[--]
Nges/BSB5
[--]
∆Pges/TS
[mgP/gTS]
∆Pges/oTS
[mgP/gTS]
MBBR 2,52 0,015 0,75 1,331)
REF 2,54 0,015 0,78 1,15
SBBR 2,45 0,015 0,35 0,47
Simulation (Fall1) 6,97 0,043
0,23
0,84 0,93 1) ohne sessilen Anteil, oTSsessil nicht bestimmt;
Weitere Angaben:Großanlage hier nicht berücksichtigt, da dort P chemisch eliminiert wird
Im Hinblick auf die Konkurrenzvorteile der Denitrifikanten gegenüber den substrat-
speichernden Poly-P-Bakterien unter anoxischen Millieubedingungen (z.B. erläutert in
OSWALD-SCHULZE-STIFTUNG, 1995), spielt ebenfalls das Nges/BSB5-Verhältnis eine
wichtige Rolle.
Bei den Versuchen von MAIER (1990) konnte eine erweiterte biologische P-Elimination nur
bei einem Nges/BSB5-Verhältnis kleiner 0,2-0,25 erzielt werden. Das äquivalente Verhältnis
bei der Kläranlage Pforzheim liegt bei 0,23 (Ablauf Vorklärung = Zulauf Versuchsanlagen).
Ein Vergleich mit den Erfahrungen von MAIER (1990) bestätigt, dass damit auch diese
Voraussetzung für eine erweiterte biologische P-Elimination gegeben ist.
Eine Auswertung der hier gemessenen und in der Fachliteratur berichteten Werte
verdeutlicht jedoch, dass keine allgemein gültigen Aussagen hinsichtlich eines optimalen
Nges/BSB5-Verhältnisses möglich sind, sondern vielmehr ermittelte Daten zunächst nur für die
jeweils untersuchte Anlage gelten.
1 ∆Pges ist die Differenz der Fracht des Gesamtphosphors zwischen Zu- und Ablauf.
FKZ 02WA0215 79
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Tabelle 6.14 zeigt, dass der organische Anteil des Schlammes in der SBBR-Anlage am
Größten ist, wobei damit keine generelle Differenzierung zwischen aktiver und inaktiver
(mineralisierter) Biomasse möglich ist (MUDRACK et al., 1994). Allerdings testiert der TTC-
Test (Kap. 6.2.3.9) der SBBR-Anlage, die höchste Hydrogenaseaktivität. Tabelle 7.1 zeigt,
dass diese beiden Faktoren keine Rückschlüsse erlauben im Hinblick auf eine zu erwartende
Bio-P-Elimination. Vielmehr liegt das ∆Pges/TS-Verhältnis der SBBR-Anlage deutlich unter
dem der anderen Versuchsanlagen und dem der Simulationsergebnisse.
Dies verdeutlicht, dass die SBBR-Anlage einen vergleichsweise aktiven Belebtschlamm auf-
weist, ohne jedoch zu einer erhöhten P-Elimination beizutragen. Da alle Anlagen über
identische Zulaufverhältnisse verfügen, muss die Ursache hierfür auf die Verfahrenstechnik
zurückzuführen sein.
FKZ 02WA0215 80
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7.2 Bewertung der stofflichen Parameter - Simulation
Im Vergleich zur Großanlage sind die Ablaufwerte aus der SBBR-Simulation (Fall1) bei allen
gemessenen Parametern durchweg besser. Dies gilt auch hinsichtlich den Pges-Ablaufwerten,
wobei Phosphor bei der Simulation – im Gegensatz zur Großanlage – ausschließlich
„biologisch“ (gemäß ATV, 1994) eliminiert wird, indem die polyphosphatspeichernden
Bakterien abwechselnd aeroben und anaeroben Verhältnissen ausgesetzt werden. Die
Kalibrierung des Simulationsmodells erfolgte anhand vorab durchgeführter Batch-Versuche.
Die Simulation bestätigt, dass durch die anaerobe Behandlung des Rohabwassers der
Gehalt an leicht abbaubarem Substrat ansteigt und dadurch in dem Maße zur Verfügung
gestellt werden kann, dass unmittelbar nach Befüllung des SBB-Reaktors Denitrifikation und
P-Rücklösung parallel statt finden können. Die NO3-N-Ablaufkonzentrationen aus dem
simulierten SBB-Reaktor erfüllen mit rund 3 mg/l die Erwartungen. Die Ammonium-
Konzentration liegt zu diesem Zeitpunkt bei rund 12 mg/l. Die nachgeschalteten
Verfahrensschritte ermöglichen die Einhaltung der Anforderungen an Nges (Tabelle 6.20).
Folgt man nun den Darstellungen aus der Simulation, so deutet dies darauf hin, dass die
Hydrolyse in den Anaerobbecken der Versuchsanlagen zu einer deutlichen Ertüchtigung der
Nitrat-Elimination führt.
Dem zufolge kann Tabelle 7.1 derart interpretiert werden, dass lediglich bei der Simulation
(Fall 1) gesichert, von einer erweiterten biologischen P-Elimination gesprochen werden kann.
So sagt der Wert von 0,043 beispielsweise aus, dass die eliminierte Phosphormenge um den
Faktor 4,3 höher liegt als bei konventionellen Belebungsanlagen ohne Bio-P.
Die Kalibrierung des SBBR-Simulationsmodells erfolgte anhand gezielter Batch-Versuche in
dem der SBBR-Anlage vorgeschalteten Reaktor. Die zu diesem Zeitpunkt gemessenen
Verläufe werden somit durch die vorliegenden SBBR-Simulationsergebnisse wiedergegeben
(Abb. 6.30-6.35). Aufbauend auf den Ergebnissen von Fall I wurde dann die Versuchsanlage
betrieben. Demzufolge war bereits ca. 30 Minuten nach Vollfüllung des Reaktors eine
nahezu vollständige Denitrifikation festzustellen (Abb. 6.31). Die nachfolgende anaerobe
Kontaktzeit von ca. 60 Minuten erschien ausreichend, um die vorgegebene PO4-P-
Konzentration von < 2,0 mg/l zu erreichen (Abb. 6.30).
Auf den SBBR-Simulationsergebnissen aufbauend wurde die unbelüftete Phase der SBBR-
Versuchsanlage auf 90 Minuten festgelegt, von denen ca. 30 Minuten unter anoxischen und
ca. 60 Minuten unter anaeroben Bedingungen verlaufen. Damit wurde den Empfehlungen
nach ATV (1994 und 2000) bezüglich konventioneller Bio-P-Anlagen entsprochen, nach
denen eine anaerobe Kontaktzeit von 0,75 Minuten als verfahrenstechnisch ausreichend
FKZ 02WA0215 81
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
beschrieben wird. Auf die in der gleichen Quelle genannte anaerobe Mindestkontaktzeit bei
SBBR-Reaktoren von > 1,5h wurde somit, auf Basis der Vorversuche und mit dem Ziel,
durch Schaffung möglichst kurzer Zyklen den täglichen Durchfluss maximieren zu können,
verzichtet.
Erklärungen dafür, weshalb die Ergebnisse der SBBR-Anlage im Laufe der Zeit sich immer
mehr von denen der Simulation unterscheiden werden in der Tabelle 7.2 genannt.
Die anaerobe Kontaktzeit bei der MBBR- und der konventionellen Anlage beträgt ca. 2,25
Stunden (Kap. 4.3 u. 4.4) und erwies sich somit unter den gegebenen Rahmenbedingungen
als zweckmäßig.
Tabelle 7.1: Einflüsse auf Simulation und SBBR-Versuchsanlage im Hinblick auf die biologische P- Elimination
SBBR-Simulation SBBR-Versuchsanlage Zulaufparameter Konstante
Zulaufwerte
Schwankend; gemäß der
tatsächlichen Tagesganglinie
Verfahrenst. Stabilität der Anlage über die Zeit
Zu 100% vorhanden Zeitweise erhebliche instabile
Verhältnisse (Kapitel 6)
Biofilmdicke auf den Festbettreaktoren
Empfohlene Dicke im
Modell sichergestellt
Empfohlene Biofilmdicke als
arithmetisches Mittel eingehalten
Die Ergebnisse der MBBR-Versuchsanlage, als auch der MBBR-Simulationen belegen
übereinstimmend eine Abhängigkeit zwischen dem Gehalt an sessiler Biomasse einerseits,
sowie der Nitrifikation und biologischen Phosphorelimination andererseits. So führt in beiden
Fällen eine Erhöhung der Aufwuchsflächen zu einer gesteigerten Nitrifikations- und auch
Phosphorelimination. Lediglich die CSB-Abbaurate hinsichtlich der Fracht bleibt annähernd
konstant.
FKZ 02WA0215 82
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7.3 P-Aufnahme- und Rücklösegeschwindigkeiten
Die hier vorliegenden Untersuchungsergebnisse (Abb.6.29) zeigen, dass die Aufnahme- und
Rücklöseaktivitäten mit dem Gehalt an suspendiertem Schlamm zunehmen. Diese höheren
Aufnahme- und Rücklöseraten schlagen sich allerdings nicht in einer höheren Netto-P-
Elimination nieder.
Eine Betrachtung von Tabelle 6.27 lässt folgenden Schluss zu: Die Herausnahme des
sessilen Schlammes führt zu einer Abnahme der Biomasse von rund 35%, gleichzeitig nimmt
das P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnis um über 50% ab.
Die Simulation (vergl. Kapitel 7.2) bestätigt diesen Eindruck. So verringert sich durch die
Herausnahme der Festbetten der Schlammgehalt um rund 73%, mit der Folge, dass die PO4-
P-Konzentration im Ablauf des SBB-Reaktors überproportional ansteigt (Tabelle 6.20).
Die a-Faktoren (Gleichung 6.1) polyphosphatspeichender Bakterien aus der einschlägigen
Literatur liegen mit 1,05 bis 1,15 (SCHEER, 1994; RÖSKE et al., 1992; BOLL, 1988) für den
suspendierten Schlamm im hier ermittelten Wertebereich (a=1,0672; Abb. 6.29), für den
sessilen Schlamm jedoch deutlich unter den hier ermittelten Faktoren (a=1,3475; Abb. 6.29).
Dies bedeutet, dass das Verhältnis zwischen der Aufnahme- und Rücklösekinetik des hier
untersuchten sessilen Schlammes höher ist, als das der suspendierten Schlämme; sowohl
auf Basis der eigenen Untersuchungen als auch im Vergleich zur Literatur. Das P-Aufnahme-
/Rücklöseverhältnis bei den Versuchen mit ausschließlich suspendiertem Schlamm bleibt
über den gesamten Zeitraum annähernd konstant. Gleichzeitig ist beim sessilen Schlamm
eine Steigerung der Netto-P-Aufnahmefähigkeit über den Zeitraum von drei Monaten
festzustellen. Nach drei Monaten Versuchsdauer pendelt sich das P-Aufnahme-
/Rücklöseverhältnis auf hohem Niveau ein.
Auf Grund identischer Zulaufbedingungen, müssen diese Unterschiede auf die
differenzierten Verfahrensverläufe, auf das Alter des aktiven Anteils der Schlämme und auf
die damit einhergehende Struktur der Biomasse zurückzuführen sein. Diesbezügliche
Zusammenhänge konnten in der Literatur nicht gefunden und sollen mit Hilfe der folgenden
Überlegungen diskutiert werden:
• Das suspendierte Schlammalter von 11 Tagen kann in allen Versuchsanlagen
eingehalten werden. Nach BOLL (1988) liegt hinsichtlich einer erweiterten
biologischen P-Elimination das Optimum des suspendierten Schlammalters bei ca. 10
Tagen.
• Der sessile Schlamm ist geprägt durch sein höheres Alter und seine strukturelle
Heterogenität. Die gelartige Struktur des Biofilms lässt kaum einen konvektiven
FKZ 02WA0215 83
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Stofftransport zu (WINGENDER et al., 1997). In Abhängigkeit der unterschiedlichen
Diffusionskoeffizienten innerhalb des Biofilms bilden sich Konzentrationsgradienten
diverser Stoffe (z.B. Substrat, O2-Versorgung) heraus, welche letztlich auch Einfluss
auf die Milieubedingungen innerhalb des Biofilms haben. Die strukturelle
Heterogenität wird dadurch gefördert, dass ein Großteil der Oberfläche des Biofilms
als Bewuchs auf den Aufwuchsfächen festsitzt und somit von dieser Seite her kein
Austausch mit der liquiden Phase möglich ist.
Ab ca. 50 µm Schichtdicke nimmt die Sauerstoffkonzentration stark ab, so dass
anaerobe Verhältnisse entstehen können (HAMILTON et al., 1989). Die SBBR-
Simulation errechnete eine maximale Biofilmdicke von 45 µm, während bei den
Festbetten der SBBR-Anlage eine mittlere Filmdicke von 67 µm errechnet wurde.
Dies bedeutet, dass permanent anaerobe Verhältnisse bei der Simulation nicht
auszuschließen und bei dem praktischen Versuch mit hoher Wahrscheinlichkeit
vorhanden sind.
Im Vergleich dazu, ist der suspendierte Schlamm homogener strukturiert. Die
Partikelgrößen des hier untersuchten suspendierten Schlammes liegen zu rund 80%
unter 50 µm (Abb. 6.19). Die frei schwebende suspendierte Flocke wird unter
aeroben (anoxischen) Verhältnissen von jedem ihrer Ränder mit gelöstem
(gebundenem) Sauerstoff versorgt. Zusätzlich ist sie meist von wassergefüllten
Kanälen und Poren durchzogen (WINGENDER et al., 1997).
Da Biofilmdicke und Flockendurchmesser nahezu identisch sind, ist ein größerer
Anteil des suspendierten Flockenvolumens, auf Grund der am Stofftransport
beteiligten größeren spezifischen Oberfläche einerseits und dem gleichzeitig statt-
findenden zügigeren Stofftransport andererseits, aktiver.
• Wie die hier vorliegenden Ergebnisse belegen, schlägt sich die höhere und
schnellere P-Aufnahme- und Rücklösung des suspendierten Schlammes jedoch nicht
in einer gesteigerten Eliminationsrate nieder.
Vielmehr ist zu vermuten, dass das höhere Alter des aktiven Anteils des sessilen
Schlammes, beeinflusst durch die innerhalb kurzer Zeitabstände stattfindende
intermittierende Belüftung und dem damit einhergehenden zeitnahen Wechsel
zwischen aerobem und anaerobem Milieu über einen längeren Zeitraum, zu einem
ausgeprägteren „Memoryeffekt“ führt. Memoryeffekt deshalb, da die Bakterien in
“Erinnerung“ an die feindseligen anaeroben Milieubedingungen unter aeroben
Bedingungen ihren Phosphatspeicher vergrößern. Dies mit der Folge, dass das
Verhältnis zwischen Phosphoraufnahme und -rücklösung steigt (hoher a-Faktor).
FKZ 02WA0215 84
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7.4 Schlammparameter
Im Zuge der Implementierung der Verfahrensschritte einer erweiterten N- und biologischen
P-Elimination bei kommunalen Kläranlagen, wurden die Belebungsbeckenvolumina erhöht,
damit die Schlammbelastung etwa halbiert werden konnte, um somit ein Schlammalter von
etwa 11 Tagen erreichen zu können. Der damit verbundene Rückgang des Substratangebots
für die Mikroorganismen hatte einen unmittelbaren Einfluss auf die Population fädiger
Organismen (Abb.7.1).
Substratkonzentration S
Wac
hstu
msr
ate
µ
überwiegende Entwicklung
Organismus I Organismus II
Organismus II (flockig)
Organismus I(fädig)
KS,I KS,II
Abbildung 7. 1: Einfluss des Substratangebots auf die Population fädiger Organismen ( nach Mudrack et al., 1994)
Der fädige Organismus I erreicht seine halbmaximale Wachstumsgeschwindigkeit (µmax/2)
bereits bei einer viel geringeren Nährstoffkonzentration KS,I als der kompakt wachsende
Organismus II. Damit lässt sich erklären, weshalb in einem volldurchmischten
Belebungsbecken, in dem eine sehr niedrige Substratkonzentration vorliegt, die fädigen
Bakterien Wachstumsvorteile besitzen.
Gleichzeitig ist bekannt, dass bei einem Austauschverhältnis (fA) von über 40% und einer
Fülldauer kleiner 20% der Gesamtzyklusdauer (tF/tZ), ein ausgeprägter Konzentrations-
gradient erreicht werden kann (SCHREFF, 2001). Zu Beginn eines Zyklus, an dem die
Schlammbelastung am größten ist, können somit Wachstumsvorteile für die nichtfädigen
Bakterien geschaffen werden.
FKZ 02WA0215 85
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Dieser Ansatz wurde bei der Bemessung des SBB-Reaktors im Rahmen dieses Vorhabens
mit einem fA= 44% (Anteil Rohabwasser, ohne Schlamm-/Nitratrücklauf) und einem tF/tZ=
0,06 berücksichtigt.
Die nachgewiesenen Fädigkeitsstufen nach KUNST et al. (2000) in der SBBR-Anlage liegen
während des Normalbetriebs zwischen 0 und 2 für den sessilen, bzw. zwischen 0 und 1 für
den suspendierten Schlamm und deuten somit auf einen Schlammindex unter 100 ml/g hin.
Hinsichtlich der Partikelgrößenverteilungen der Schlämme in den Belebungsbecken gibt es
keine nennenswerten Unterschiede (Abbildung 6.19). Dies wird auch durch die Ergebnisse
der elektrophoretischen Beweglichkeit untermauert. Demnach liegen die Ladungseigen-
schaften der Schlämme aller 4 Anlagen in der Größenordnung zwischen –6,00 (µm/s)/(V/cm)
und –2,00 (µm/s)/(V/cm). Tendenziell kann somit auch die Aussage von SCHUSTER (1997)
bestätigt werden, nach dem zwischen -10 mV (-7,058 (µm/s)/(V/cm)) und –6 mV (-4,235
(µm/s)/(V/cm)) mit niedrigen Schlammindices zu rechnen ist.
Ergebnisse aus Partikelgrößenuntersuchungen suspendierter Schlämme im Ablauf von
Kläranlagen weisen hingegen deutliche Unterschiede, im Vergleich zu den Abläufen der
Versuchsanlagen mit sessilem Belebtschlamm auf. Diesbezügliche Untersuchungen an
suspendierten Schlämmen anderer Autoren (DEININGER et al., 2001; LORIG, 1983), als
auch Messungen im Ablauf der Großanlage Pforzheim schreiben Partikelgrößen bis 10µm
eine dominante Rolle zu, während Partikelgrößen >25µm kaum vorzufinden sind.
Die MBBR- und SBBR- Versuchsanlagen mit sessilem Bewuchs weisen demgegenüber
einen geringeren Anteil an Feinstpartikeln (< 10 µm) und gleichzeitig einen deutlich höheren
Anteil an Makroflocken (> 25 µm) auf (Abb. 6.20).
JEKEL (1987) beziffert bei einer Zunahme der Partikelgröße von 10 µm auf 100 µm eine
Abnahme der Sedimentationsdauer um den Faktor 10. Freilich sind hierbei Flockenverbände
mit dominierenden Fädigen (Fädigkeitsstufe > 3), als auch durch flockenbeschwerende
Fällmittel beeinflusste Schlämme nicht angesprochen.
Wie bereits in Kapitel 6.2.3.3 dargelegt, sind die Absetzeigenschaften des Pforzheimer
Schlammes dadurch geprägt, dass ein Teil des Schlammes sedimentiert, während der
andere Teil aufschwimmt. Da nun Schwimmschlamm zwangsläufig mit Schlammabtrieb
verbunden ist, ist bei den Schlammindexbestimmungen, bei denen Schwimmschlamm
auftrat, der Schlammindex pauschal auf 300 ml/gTS gesetzt worden.
Bei den nachfolgenden Messungen der Absetzgeschwindigkeiten hat sich nunmehr gezeigt,
dass der sedimentierfähige Anteil des Schlammes der Pforzheimer Großanlage, über höhere
Absetzgeschwindigkeiten verfügt, im Vergleich zu der MBBR- und SBBR-Anlage. Die
FKZ 02WA0215 86
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Absetzgeschwindigkeiten der MBBR und SBBR-Anlagen sind nahezu identisch (Abbildung
6.18).
Die Erkenntnis, dass durch Simultanfällung der Schlammindex mit einer steigenden
Sedimentationsgeschwindigkeit sinkt (ATV, 1994) kann, auf Grund der eben dargelegten
differenzierten Betrachtung der einzelnen Phasen des Schlammes der Großanlage (schnell
sedimentierter Schlamm einerseits und gleichzeitig aufschwimmendem Schlamm mit SVI =
300 ml/ gTS andererseits), in diesem Fall nicht bestätigt werden.
Gleichwohl erklärt die Simultanfällung die höheren Absetzgeschwindigkeiten des
sedimentierfähigen Anteils.
Der durchschnittliche Schlammindex der SBBR-Anlage von rund 87 ml/gTS liegt im Bereich
diverser Literaturangaben (MÜLLER, 1998; SCHLEGEL, 1997; WEBER, 1993). Die MBBR-
Anlage hat einen Schlammindex von rund 86 ml/gTS,
Allen Versuchsanlagen ist gemein, dass sie - im Gegensatz zur Großanlage - keine
Schwimmschlammprobleme hatten.
Der Schlammvolumenindex wurde bei der Simulation - auf Basis von Vorversuchen - mit 80
ml/gTS angesetzt und wird somit durch die gemessenen Werte der SBBR-Anlage bestätigt.
Tabelle 6.16 bescheinigt allen Anlagen eine effiziente Abscheideleistung.
FKZ 02WA0215 87
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7.5 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
7.5.1 Investitionskosten
Wie bereits in Kapitel 6.2.3.3 vorgestellt, ergeben sich bei den Versuchsanlagen mit sessiler
Biomasse im Vergleich zur Großanlage niedrigere Schlammindices. Die mittleren
Schlammindices der beiden Versuchsanlagen liegen mit 86 ml/gTS (MBBR) und 87 ml/gTS
(SBBR) sehr eng beieinander. Der „Schlammindexvorteil“ liegt somit bei den
Versuchsanlagen mit sessilem Bewuchs im Vergleich zur Großanlage (157 ml/gTS) bei rund
70 ml/gTS.
Um bei einem anstehenden Umbau bzw. einer Erweiterung die daraus resultierenden
wirtschaftlichen Vorteile bewerten zu können, werden folgende Überlegungen dargestellt:
Mit den beiden Formeln
qa = QBem. / ANB und qsv = qA* TSBB * ISV
können folgende Zusammenhänge dargestellt werden:
ANB = (QBem. *TSBB / qsv)* ISV Gleichung 7.1
Unter sonst identischen Betriebsbedingungen (Annahme: QBem. , TSBB und qsv bleiben
konstant; qsv deshalb, da der niedrigere Schlammindex an eine verkleinerte
Nachklärbeckenoberfläche weitergegeben werden soll) können durch eine Verbesserung der
Schlammindices die in Tabelle 7.2 dargestellten Einsparungen im Hinblick auf die nunmehr
erforderliche, verringerte Nachklärbeckenoberfläche erreicht werden. Dies bedeutet –
bezüglich der hier ermittelten Ergebnisse- eine potentielle und realisierbare Einsparung an
Nachklärbeckenoberfläche.
Tabelle 7.2: Verringerung der erforderlichen Nachklärbeckenoberfläche durch Verbesserung der Schlammindices
SVI (ml /g TS) Von 160 auf 100 Von 160 auf 80
Einsparung ANB (%) 37,5 50
FKZ 02WA0215 88
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Beide in Tabelle 7.2 betrachteten Szenarien zeigen die Möglichkeit der Freisetzung von
Nachklärbeckenvolumen. Aus Tabelle 7.3 können die damit verbundenen baulichen und
finanziellen Auswirkungen entnommen werden:
Das ursprüngliche Nachklärbeckenvolumen wird dem notwendigen Nachklärbeckenvolumen
gegenübergestellt.
Die wirtschaftlichen Schlussfolgerungen hängen nun davon ab, ob es sich um eine
bestehende Anlage , oder einen Neubau handelt.
Die beiden Abbildungen 7.2 und 7.3 wurden aus (ATV, 1995) entnommen und basieren auf
den Daten von BOHN (1993) und BECKEREIT (1998).
Tabelle 7.3: Potenzielle Einsparmöglichkeiten beim Neubau (im Bereich Nachklärbecken), bzw. Umbau (im Bereich Belebungsbecken) bestehender Abwasserreinigungsanlagen. 50%
ursprüngliches NKB Einsparpotenzial
NKB tatsächlich notwendige [DM]1)
m3 DM/m³ m3 DM/m³ NKB BB
5.000 530 2500 660 1.000.000 823.392
10.000 410 5000 540 1.400.000 1.460.691
20.000 330 10000 410 2.500.000 2.591.255
26.100 310 13050 390 3.001.500 3.229.387
1) Unter der Annahme, dass das freigesetzte Nachklärbeckenvolumen komplett als Belebungsbecken genutzt wird (ohne Maschinentechnik).
Steigt nun – unter sonst gleichbleibenden Bedingungen – die Fracht im Zulauf der Anlage, so
können entweder neue Beckenvolumina gebaut, oder freigewordenes Volumen als
Belebungsbecken genutzt werden. (Bei Rundbecken beispielsweise kann der Bau eines
Kombibeckens in Erwägung gezogen werden).
Abbildung 7. 2: Investitionskosten für Sedimentationsbecken; Kostenstand 1992 (BOHN,1993, BECKEREIT, 1998)
FKZ 02WA0215 89
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
Wie aus Abb. 7.3 entnommen werden kann, liegen die volumenspezifischen Baukosten pro
zu bauendes Belebungsbeckenvolumen gerade bei kleineren Bauvorhaben (< 5.000m³),
welche im Rahmen von Beckenerweiterungen maßgeblich sind, überproportional hoch. Aus
Tabelle 7.3 kann das daraus abgeleitete „Einsparpotenzial BB“ (ohne Maschinentechnik, da
diese Kosten bei einer Erweiterung des Belebungsbeckens ohnehin anfallen) entnommen
werden.
Abbildung 7. 3: Investitionskosten von Belebungsanlagen (BOHN,1993)
Die wirtschaftlichen Vorteile hinsichtlich den Investitionskosten bei einer Implementierung
von Festbetten oder Moving Bed, in einer bestehenden oder neu zu bauenden Anlage,
können auf Grund der im Rahmen dieser Arbeit nachgewiesenen Verbesserung des
Schlammindexes wie folgt zusammengefasst werden:
Deutliche Verringerung der notwendigen Nachklärbeckenoberfläche (nach A-131;ATV 2000).
Die vorliegenden Untersuchungen zeigen eine Verbesserung des Schlammindexes, mit dem
Ergebnis, dass ca. 50% des Nachklärbeckenvolumens eingespart werden können.
Bei dem bestehenden Nachklärbeckenvolumen der Kläranlage Pforzheim von rund
26.100 m³ könnte z.B. – unter Einhaltung der bestehenden Flächen und
Schlammvolumenbeschickung – ein Belebungsbeckenvolumen von 14.569 m³ ge-
schaffen werden. Im Vergleich zu einem Neubau könnten rund 3,497 Mio. DM (1,788
Mio. €) an Investitionskosten eingespart werden.
Im Falle eines anstehenden Neubaus von Nachklärbeckenvolumina könnten rund
3,478 Mio. DM (1,778 Mio. €) Investitionskosten eingespart werden.
FKZ 02WA0215 90
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7.6 Auswirkungen auf die Umsatzleistung
Der Einfluss des sessilen Bewuchses auf die Umsatzleistung wurde im Rahmen dieser
Arbeiten untersucht. Dabei konnten folgende Zusammenhänge festgestellt werden.
Suspendierte Biomasse hat einen überproportionalen Einfluss auf die CSB-Eliminationsrate,
während eine Erhöhung des sessilen Anteils eine Steigerung der Nitrifikation und
biologischen P-Elimination (durch ein gesteigertes P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnis) zur
Folge hat.
Der Trockensubstanzgehalt des sessilen Bewuchses findet rechnerisch keinen Eingang in
die Flächenbeschickung und Schlammvolumenbeschickung. Eine Steigerung des sessilen
Anteils hat somit auf das Nachklärbecken keine hydraulische Auswirkungen, sondern
ermöglicht vielmehr eine proportionale Erhöhung der Umsatzleistung im Bezug auf
Nitrifikation und Bio-P-Elimination.
Ebenfalls hat sich gezeigt, dass die sessile Biomasse über eine höherer Pufferkapazität
hinsichtlich der Stabilität der Nitrifikation verfügt. Demnach können höhere NH4-N-
Konzentrationen im Zulauf -bei gleichbleibendem Trockensubstanzgehalt- mittels sessiler
Biomasse effizienter umgesetzt werden.
FKZ 02WA0215 91
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
7.7 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung schwimmender Aufwuchs-körper
Durch das Einbringen der Kaldnes-Aufwuchskörper konnte die Nitrifikationsleistung im
aeroben Reaktionsbecken gesteigert werden. Bezogen auf die Aufwuchsfläche konnte eine
Nitrifikationsleistung von bis zu 0,5 gNO3-N/m² erzielt werden. Dieses Ergebnis bestätigt z.B.
Untersuchungen von Maurer, bei denen eine Nitrifikationsleistung von 0,532 gN/m²
Kaldnesfläche beobachtet wurde (Maurer et al.; 1999).
Durch diese Steigerung der Nitrifikationsleistung, als limitierender Faktor bei der Bemessung
einer Belebungsstufe, ist eine Einsparung an Beckenvolumen in Abhängigkeit vom
Füllvolumen der Kaldnesaufwuchskörper zu erzielen.
Ein weiteres Einsparungspotenzial ergibt sich durch die Verringerung des Nachklärbecken-
volumens durch die Verbesserung des Schlammvolumenindex als Folge des Einsatzes der
Kaldnesaufwuchskörper.
Tabelle 1: Bemessungsbespiel für eine konventionelle Belebungsanlage und einer MBBR-Anlage (Werte in Klammern gelten für MBBR-Anlage)
Stickstoffelimination mit
anaerober Schlammstabilisierung
Ausbaugröße EW 100.000
Zulauffracht zum BB (BSB5) kg/d 4.800
Qm m³/h 2.455
Qd m³/d 22.500
Schlammalter d 13
Rücklaufverhältnis - 0,66 (0,51)
Schlammindex ml/g 100 (85)
Eindickzeit h 2
In Tabelle 1 sind die Annahmen des Bemessungsbeispiels aufgelistet. Für die MBBR-Anlage
ergibt sich aufgrund des verbesserten Schlammindex von 100 ml/g (Annahme) auf 85 ml/g
ein geringeres Rücklaufverhältnis (RV = 0,51).
FKZ 02WA0215 92
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 7. Diskussion
050
100150200250
300350400
450500
3,50 3,56 3,67 3,79 3,96
TSBB gesamt [g/l]
Bec
kenv
olum
en [l
/EW
]
05
10152025
303540
4550
Auf
wuc
hsflä
che
[m²/E
W]
Füllv
olum
en [%
]
Belebungsbecken NKB Aufwuchsfläche Füllvolumen
konv
entio
nell
Abbildung 7. 4: Erforderliche Beckenvolumen von konventionellen Belebungsanlage und Belebungsanlagen mit schwimmenden Aufwuchskörpern
Durch die beiden genannten Faktoren, einerseits die verbesserte Nitrifikationsleisstung
andererseits die Verbesserung der Schlammvolumenindex, kann eine Verringerung des
aeroben Beckenvolumens um 48% und damit des ganzen Belebungsbeckens um 34% und
eine Reduzierung des Nachklärbeckenvolumens um 17% bei einem Füllvolumen von 40%
erzielt werden. Dies ergibt auf die Einheit Belebungs-/Nachklärbecken eine Volumen-
reduktion von ca. 31%.
In Abbildung 1 ist das mögliche Einsparungspotenzial im Hinblick auf die Beckenvolumina
[l/EW] in Abhängigkeit vom Füllvolumen [%] respektive der Aufwuchsfläche [EW/m²]
dargestellt.
FKZ 02WA0215 93
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 8. Zusammenfassung und Ausblick
8 Zusammenfassung und Ausblick
Ausgangspunkt des Vorhabens waren die Schwimm- und Blähschlammphänomene
bestehender Abwasserreinigungsanlagen seit Implementierung der Verfahrensstufen einer
erweiterten biologischen Phosphorelimination und der erweiterten Stickstoffelimination.
Das Vorhaben sollte demonstrieren, dass mittels Integration von Festbetten bzw.
schwimmenden Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen, einer vergleichsweise einfach zu
realisierenden Maßnahme, den Ursachen der Bläh- und Schwimmschlammbildung
erfolgreich begegnet und gleichzeitig Wirkungsgrad und Betriebsstabilität der Nachklärung
aufgrund der Reduzierung ihrer stofflichen Belastung, deutlich verbessert werden. Diese
daraus resultierende und aktivierte Überkapazität der Nachklärung sollte nachträgliche und
aufwendige strömungstechnische Korrekturen der Nachklärbecken erübrigen.
Drei halbtechnische Versuchsanlagen wurden betrieben. Dabei kamen bei der Konzeption
der Versuche nur solche Varianten in Frage, mit denen eine Ertüchtigung konventioneller
kommunaler Kläranlagen erreicht werden kann. Realisiert wurde eine konventionelle Bio-P-
Belebungsanlage als Referenz mit ausschließlich suspendiertem Schlamm und zwei
Anlagen mit einer aus sessilem und suspendiertem Schlamm geprägten Biozönose.
Bei den Anlagen mit sessilem Schlamm kamen zum einen schwimmende Aufwuchskörper
zum Einsatz, welche in einem Umlaufbecken anaeroben, anoxischen und aeroben
Milieubedingungen ausgesetzt wurden (MBBR).
Zum andern wurden Festbettreaktoren in einem SBR implementiert (SBBR). Der
Phasenverlauf des Reaktors war zunächst anaerob, dann anoxisch (beeinflusst durch den
Rücklauf des Nitrat/Schlammgemisches) und schließlich aerob. Im Gegensatz zu den
herkömmlichen SBR-Verfahren konnte auf die Phase des Dekantierens verzichtet werden,
da dem SBBR konventionelle Stufen der Nitrifikation und Denitrifikation nachgeschaltet
waren. Neben dem Einfluss sessiler Organismen, steht auch der hohe Substratgradient
unmittelbar nach Befüllung des Batch-Reaktors den Ursachen einer schlechten
Phasenseparation entgegen.
Im Mittelpunkt der Versuche standen die Moving-Bed-Biofilm-Anlage und die Sequencing-
Batch-Biofilm-Anlage. Die konventionelle Anlage diente lediglich als Referenz.
Die Versuchsanlagen wurden auf dem Gelände der Kläranlage Pforzheim betrieben. Das
Verfahrensschema der Pforzheimer Kläranlage beinhaltet statt einer erweiterten biologischen
FKZ 02WA0215 94
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 8. Zusammenfassung und Ausblick
Phosphorelimination, eine Simultanfällung. Daneben kommt bei der Großanlage eine externe
Kohlenstoffquelle zum Einsatz, ein weiterer wesentlicher Unterschied gegenüber den
halbtechnischen Anlagen und den Annahmen der Simulationen.
Mittels des Simulationsmodells GPS-X 4.0 sollten die Ergebnisse der SBBR- und MBBR-
Versuchsanlagen verifiziert werden. Die Ergebnisse der Simulation lieferten Ablaufwerte, die
auch die Eliminationsleistung der Großanlage übertreffen. Keine Aussage konnte allerdings
im Rahmen der Simulation hinsichtlich der Schlammeigenschaften getroffen werden.
Vielmehr fand der Schlammindex mit 80 ml/gTS, der durch die Betriebsergebnisse bestätigt
wurde, als eine konstante Größe Eingang in die Berechnungen der Simulation.
Zu anderen stofflichen Eliminationsleistung kamen indes die Versuchsanlagen. Diese
konnten nur selten über einen längeren Versuchszeitraum stabil gefahren werden, so dass
die über die jeweilige Versuchsdauern mittleren Ablaufwerte meist unbefriedigend waren.
Eine im Vergleich zur Großanlage vergleichbare Reinigungsleistung – mit Ausnahme des
CSB – konnte somit nicht stabil erreicht werden. Es ist allerdings eine Unterscheidung zu
treffen zwischen den in Kapitel 6 vorgestellten Ergebnissen und den daraus abgeleiteten
Möglichkeiten der Verfahrenstechnik selbst.
Die gewählte anaerobe Aufenthaltsdauer hat bei allen drei Versuchsanlagen nicht
ausgereicht, um dem System kurzkettige organische Verbindungen für eine weitergehende
Bio-P-Elimination zur Verfügung zu stellen.
Andererseits haben Batch-Versuche gezeigt, dass trotz des kohlenstoffarmen Rohabwassers
von einer gesteigerten Bio-P-Elimination ausgegangen werden kann (∆Pges/BSB5- und
Nges/BSB5-Verhältnise). Dies ist insbesondere auf den sessilen Schlamm – mit seinem
vergleichsweise hohen P-Aufnahme- und Rücklöseverhältnis – zurückzuführen.
Somit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass ein permanenter Wechsel zwischen
aeroben und anaeroben Milieubedingungen die P-Aufnahmerate polyphosphatspeichernder
sessiler Bakterien steigert.
Ebenfalls konnte dem sessilen Schlamm eine überproportionale Nitrifikationsleistung, als
auch ein positiver Einfluss auf das Puffervermögen gegenüber NH4-N Stoßbelastungen
nachgewiesen werden.
Im Vordergrund des Vorhabens standen die Schlammeigenschaften und die damit
einhergehenden Phasenseparation.
Abbildung 8.1 visualisiert den Einfluss diverser Parameter auf den Schlammindex.
FKZ 02WA0215 95
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 8. Zusammenfassung und Ausblick
Die Partikelgrößenverteilung im Ablauf der Nachklärung bei der Großanlage wies einen
deutlich geringeren mittleren Durchmesser auf, als die der MBBR und SBBR-Anlagen.
Vergleicht man die Ergebnisse der beiden durch sessilen Schlamm geprägten Anlagen, so
ist hier festzustellen, dass mit der Zunahme der Partikelgrößen im Ablauf der beiden Anlagen
höhere Sedimentationsgeschwindigkeiten mit einem niedrigerer Schlammindex einher
gingen.
Gleiches gilt für die Großanlage nicht. Der Schlamm der Großanlage war dadurch geprägt,
dass sich ein Teil des Schlammes sehr gut sedimentieren lies, gleichzeitig war jedoch auch
ein erheblicher Anteil von Schwimmschlamm zu beobachten.
Beeinflusst durch die Simultanfällung wies der sedimentierfähige Anteil hohe
Sedimentationsgeschwindigkeiten auf .
In allen Versuchsanlagen wurde ein AFS-Gehalt kleiner 20 mg/l im Ablauf der Nachklärung
erreicht.
Eine Differenzierung hinsichtlich der Wahl der Trägermaterialien im Hinblick auf eine
verbesserte Phasenseparation kann schwerlich abgeleitet werden. Beide Anlagen weisen
vergleichbare Partikelgrößenverteilungen und Schlammindices auf.
Gleichwohl stellt das Einbringen schwimmender Aufwuchskörper in eine bestehende Anlage
die deutlich einfacher zu realisierende Maßnahme dar.
Abbildung 8.1: Die Einflüsse der Parameter auf den Schlammindex.
Schl
amm
inde
x
Hyd
roph
ober
Ant
eil (
M.p
arvi
cella
;EPS
-Mat
rix)
Glü
hver
lust
Sedi
men
tatio
nsge
schw
indi
gkei
t
BSB 5
-Bel
astu
ng
Tem
pera
tur
Floc
keng
röße
Schl
amm
inde
x
Parti
kelg
röße
Floc
kend
icht
e
niedrig/klein
hoch/groß
FKZ 02WA0215 96
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 8. Zusammenfassung und Ausblick
Somit kann generell eine Empfehlung dahingehend gegeben werden, den Anteil sessilen
Schlammes im Belebungsbecken zu erhöhen.
Zusammenfassend können aus den Ergebnissen des Vorhabens folgende Schluss-
folgerungen gezogen resp. nachstehende Hinweise abgeleitet werden:
• Hinsichtlich der Verbesserung der Abtrennbarkeit der Belebtschlämme konnten die
postulierten Ergebnisse in vollem Umfange bestätigt werden.
• Im Vergleich zur Großanlage konnte eine signifikante Verringerung der Schlamm-
volumenindices von 157 ml/g auf 87 ml/g (SBBR) bzw. 86 ml/g (MBBR) mit
Aufwuchskörpern erreicht werden. Und dies ohne Dosierung von Fällungs-
/Flockungsmitteln; im Unterschied zur Groß-anlage.
• Für den speziellen Fall der Kläranlage Pforzheim wäre damit das Einbringen von
Aufwuchskörpern in die Belebung die letztlich anzuratende Maßnahme zur Lösung
der manifesten Blähschammproblematik.
• Die Feststellung der Verringerung oder hier auch Vermeidung von Blähschlamm
durch Integration von Aufwuchskörpern kann auch auf die Ergebnisse der
Referenzanlage übertragen werden. Obgleich auch hier eine tendenzielle
Verringerung der SVIs auf ca. 95 ml/g zu beobachten war. Parallel hierzu war jedoch
eine deutliche Schwimmschlammbildung und demzufolge insgesamt keine
Verbesserung der Abtrenneigenschaften zu konstatieren.
• Die sich aus den positiven Auswirkungen zufolge des Einbringens sessiler Biomasse
ergebenden wirtschaftlichen Potenziale sind, wie die in den Kapiteln 7.5 bis 7.7
dargelegten Abschätzungen zeigen, signifikant.
• Signifikant in Bezug auf die erforderlichen verminderten Volumina der Phasen-
separation, da diese Volumenfreisetzung auch ohne Beckenumnutzung zumindest zu
einer Betriebsstabilisierung beiträgt. Im Falle der Umnutzung von Reaktorvolumina
können diese zur Kapazitätssteigerung der Anlage herangezogen werden. Sowohl im
Hinblick auf eine höhere stoffliche Belastung, aber auch im Hinblick auf eine
weitergehende biologische Nährstoffelimination.
FKZ 02WA0215 97
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 8. Zusammenfassung und Ausblick
• Diese Wertung der Ergebnisse muss jedoch insbesondere im Vergleich der beiden
Anlagen mit schwimmenden Aufwuchskörpern (MBBR) einerseits und mit ortsfesten
Aufwuchskörpern (SBBR) andererseits differenziert werden.
• Die im Vorfeld und auch begleitend zu den SBBR-Dauerstromuntersuchungen
durchgeführten Batchuntersuchungen waren vielversprechend. Gleichwohl konnten
diese Ergebnisse im Anlagenbetrieb allenfalls kurzzeitig verifiziert werden. Diese
Erkenntnis ist jedoch keinesfalls als Manko der SBBR Technologie anzusehen.
Zumal die als Grundlage für die Generierung der Simulationsrechnungen
durchgeführten Batchuntersuchungen mit Aufwuchsblöcken die erwarteten
Ergebnisse zeigten.
• Anlagenbetrieb und Simulation der SBBR Anlage zeigen jedoch deutliche
Ergebnisunterschiede, die primär auf die Komplexität des Anlagenbetriebs mit drei
der eigentlichen Belebungsstufe vorgeschalteten SBBR Einheiten zurückzuführen
sind. Ein weiterer, für Anlagenbetreiber nicht unwesentlicher Aspekt resultiert aus der
Notwendigkeit der Kontrolle bzw. Regelung der Biofilmdicke auf den
Aufwuchsblöcken. Trotz gezielter Anordnung der Belüfterkerzen und mehrer
Versuche zur Optimierung des Energieeintrags über den Luftstrom konnte dieses
Problem nicht zufriedenstellend gelöst werden. Es ist dies neben der insgesamt
komplexen Systemsteuerung ein Problem was insbesondere beim Betrieb
halbtechnischer Demonstrationsanlagen vor Ort besonders zu Buche schlägt.
Im Vergleich hierzu stellt sich das Moving Bed Verfahren als verblüffend
unkomplizierte und effiziente Technologie dar.
• Der Aufwand an Zusatzmaßnahmen ist im Vergleich vernachlässigbar und
beschränkt sich auf das Einbringen der Aufwuchskörper sowie eines Siebes zu deren
Rückhalt in der Belebungsanlage. Der Bewuchs der Aufwuchskörper erfolgt
vornehmlich auf deren Innenseiten, wohingegen sich auf den Außenseiten aufgrund
der im Becken vorliegende Turbulenz ein nur dünner Biofilm ausbildet.
• Gleichwohl bleibt festzuhalten, dass die in der Literatur berichteten CSB Umsätze von
z.B. 30 g CSB/m²d (nach Ødegaard; 2000) nicht verifiziert werden konnten. Dennoch
stellen schwimmende Aufwuchskörper sehr wohl eine attraktive Technologie zur
Anlagensanierung dar. Vor dem Hintergrund der Ergebnisse im halbtechnischen
Maßstab insbesondere dann wenn es darum geht, die Phasenseparation zu
FKZ 02WA0215 98
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 8. Zusammenfassung und Ausblick
verbessern und parallel die Nitrifikation zu stabilisieren oder auch die
Nitrifikationsleistung der Anlage insgesamt zu verbessern.
• Perspektivisch gesehen sollte sich diese Technologie auch auf dem Sektor
kommunale Belebungsanlagen etablieren können. Diesbezüglich gilt es die noch
ausstehenden, in der Diskussion befindlichen großtechnischen Anwendungen
abzuwarten.
FKZ 02WA0215 99
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
9 Literatur
ABWASSERVERORDNUNG (2002)
Verordnung über Anforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer
(AbwV); Anhang 1; in: Bundesgesetzblatt, Jhrg. 2002, Teil I, Nr. 74.
ANDREOTOLLA, G., BORTONE, G., TILCHE, A. (1997)
Experimental validation of a simulation and design model for nitrogen removal
in sequencing batch reactors. Water Sci. and Tech., Vol.35(1), S. 113-120.
ARMBRUSTER, M. (2002)
Messung, Simulation, Begutachtung, Lösung; Firmenprospekt der Firma
Hydrograv;
www.hydrograv.com
ARNOLD, E., BÖHM, P., WILDERER, P.A. (2000)
Application of activated sludge and biofilm sequencing batch reactor
technology to treat reject water from sludge dewatering systems: A
comparison; Water Science and Technology; Vol. 41; No. 1; S. 115-122.
ABWASSERTECHNISCHE VEREINIGUNG (2000)
Arbeitsblatt A 131: Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen; Hennef.
ABWASSERTECHNISCHE VEREINIGUNG (1997)
Konstruktive Aspekte der Planung von Nachklärbecken für Belebungsanlagen
–horizontal durchströmte Rundbecken; Arbeitsbericht des ATV-Fachaus-
schusses 2.5 „Absetzverfahren“; in: Korrespondenz Abwasser; Jahrg. 44,
Nr.11; S. 2061-2064.
ABWASSERTECHNISCHE VEREINIGUNG (1995)
Kosten der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung; ATV-Handbuch
Betriebstechnik, Kosten und Rechtsgrundlagen der Abwasserreinigung; S.
488; Ernst und Sohn Verlag, Berlin.
FKZ 02WA0215 100
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
ABWASSERTECHNISCHE VEREINIGUNG (1994)
Merkblatt M 208: Biologische Phosphorentfernung bei Belebungsanlagen;
Hennef.
BECKEREIT, M. (1998)
Kosten der anaeroben Abwasserreinigung; Veröffentlichung des Institutes für
Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik Hannover; Band 71.
BEVER, J., STEIN, A., TEICHMANN, H. (1995)
Weitergehende Abwasserreinigung; 3. Auflage; Oldenbourg-Verlag.
BOHN, T. (1993)
Wirtschaftlichkeit und Kostenplanung von kommunalen Abwasserreinigungs-
anlagen; Expert Verlag
BOLL, R. (1988)
Beitrag zur erhöhten biologischen Phosphorelimination beim Belebtschlamm-
verfahren. Veröffentlichungen des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft der
TU Braunschweig, Heft 46.
BRENNER, A. (1997).
Use of computers for process design analysis and control: sequencing batch
reactor application; Water Sci. and Tech., Vol. 35(1), S. 95-104.
DUTTA, S. (2002)
Modelling and Simulation of Sequencing Batch Biofilm Reactor for Enhanced
Biological Phosphorous Removal with Post Denitrification and Nitrification in
Treatment of Municipal Wastewater; Diplomarbeit am Institut für
Siedlungswasserwirtschaft der Universität Karlsruhe (TH).
DEININGER, A., KREBS, D. (2001)
Prozesse in Nachklärbecken; in: Tagungsunterlagen des Seminars
„Feststoffabtrennung auf Kläranlagen- Theorie und Praxis-“; Universität der
Bundeswehr München; Institut für Wasserwesen.
FKZ 02WA0215 101
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
ERIKSSON, L., STEHEN, I., TENDAJ, M. (1992)
Evaluation of sludge properties at an activated sludge plant; Wat. Sci. Tech.
25, 251-265.
GONZÁLEZ-MARTÍNEZ, S., WILDERER, P.A. (1991)
Phosphate removal in a biofilm reactor; Water Sci. and Tech., Vol. 23(7-9); S.
1405-1415.
GUJER, W. (1999)
Siedlungswasserwirtschaft; Springer Verlag; Berlin Heidelberg.
GRÜNEBAUM, T. (2001)
Betrieb von Nachklärbecken von Belebungsanlagen; in: Tagungsunterlagen
des Seminars „Feststoffabtrennung auf Kläranlagen- Theorie und Praxis-“;
Universität der Bundeswehr München; Institut für Wasserwesen.
HAMILTON, W.A., CHARACKLIS, W. G (1989)
Relative activities of cells in suspension and in biofilms; in: Characklis, W. G.,
Wilderer, P. A. (Hrsg.): Structure and function of biofilms; John Wiley and
Sons, New York; S. 199-219.
HARVEY, P.J., SIVISTER, C.L. (2001)
Use of the suspended carrier process to upgrade wastewater treatment
facilities; Purac, Limited.
HOFFMANN, E., HILLIGARD, D. (1997)
Particle Size Analysis and Sedimentation Properties of Activated Sludge
Flocs; Water Science and Technology; Vol. 36; No. 4; S. 167-175.
JEKEL, M. (1987)
Flockung, Wasseraufbereitungstechnik für Ingenieure; in: DVGW-
Schriftenreihe Wasser; Nr. 206, Eschborn.
KANG, S. M., KISHIMOTO, M., SHIOYA, S., YOSHIDA, T., SUGA, K., TAGUCHI, H. (1989)
Dewatering characteristics of activated sludge and effect of extracellular
polymer; J. Ferment. Bioeng. 68; 117-122.
FKZ 02WA0215 102
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
KNOOP, S. (1997)
Untersuchungen zum Vorkommen von Microthrix parvicella in Kläranlagen mit
Nährstoffelimination; Veröffentlichungen des Institutes für Siedlungswasser-
wirtschaft und Abfalltechnik der Universität Hannover; Heft 101
KNORPP, K. (2001)
Charakterisierung des sessilen und suspendierten Schlammes einer
konventionellen Belebungsanlage mit vorgeschaltetem Sequencing Batch
Biofilm-Reaktor; Diplomarbeit am Institut für Siedlungswasserwirtschaft der
Universität Karlsruhe (TH).
KUNST, S., HELMER, C., KNOOP, S. (2000)
Betriebsprobleme auf Kläranlagen durch Blähschlamm, Schwimmschlamm,
Schaum; Springer Verlag; Berlin, Heidelberg
KÜHN, U. (1990)
Untersuchungen an Festkörpern in Belebungsanlagen; Diplomarbeit;
Botanisches Institut I, Universität Karlsruhe (TH)
LORIG, R. (1983)
Untersuchungen zum Einsatz der Partikelanalyse in der Abwassertechnik;
Diplomarbeit am Institut für Siedlungswasserwirtschaft der Universität
Karlsruhe(TH).
MAURER, M., FUX, C., SIEGRIST, H. (1999)
Nitrification and denitrification in moving bed biological treatment (MBBT) of
municipal wastewater, Internetveröffentlichung:
http://www.internal.eawag.ch/MBBT/mbbt.htm
MUDRACK, K., KUNST, S. (1994)
Biologie der Abwasserreinigung; 4. Auflage; Gustav Fischer Verlag; Stuttgart.
MÜLLER, N. (1998)
Implementing Biofilm carriers into activated sludge process –15 years of
experience; Wat. Sci. Tech. Vol. 37, No. 9, pp. 167-174.
FKZ 02WA0215 103
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
ØDEGAARD, H., GISVOLD, B., HELNESS, H., SJOVOLD, F., ZULIANG, L. (2000)
High rate biological/chemical treatment based on the moving bed biofilm
process combined with coagulation; in Chemical Water an Wastewater
Treatment, Springer-Verlag (2000)
OSWALD-SCHULZE-STIFTUNG (1995)
Vermehrte biologische Phosphorelimination in der Abwasserreinigung;
Abschlußbericht eines Erfahrungsaustausches deutschsprachiger Hoch-
schulen; Heft 19; Eigenverlag der Oswald-Schulze-Stiftung.
OECD (1981)
Test Guideline 303 A, Beschluß des Rates C(81)30 final, Paris 1981.
RESCH, H., STEINMANN, G.A. (1991)
Hinweise zur praktischen Handhabung der Bemessung von Nachklärbecken
nach dem ATV-Arbeitsblatt A 131. Korrespondenz Abwasser 38; Nr. 9; S.
1166-117.
RÖSKE, I., SCHÖNBORN, C. (1993)
Konkurrenz zwischen biologischen (mikrobiellen) und chemischen Prozessen
bei der Phosphateliminierung bei Belebtschlamm. Techn. Univ. Berlin –
Schriftenreihe Biologische Abwasserreinigung Band 3.
SCHEER, H. (1994)
Biologische Phosphorelimination: Bemessung und Modellierung in Theorie
und Praxis. Veröffentlichung des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft und
Abfalltechnik der Universität Hannover, Band 88.
SCHLEGEL, S. (1997)
Entwicklungen und Betriebserfahrungen in getauchten Festbetten, ATV
Seminar Einsatz von Biofilmreaktoren am 27/28.10.1997 in Oldenburg
SCHREFF, D. (2001)
Bestandsaufnahme und neue Entwicklungen bei der SBR-Technologie; in:
Einsatz der SBR-Technologie in der kommunalen und industriellen Abwasser-
FKZ 02WA0215 104
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
behandlung; Schriftenreihe des Fachgebiets Siedlungswasserwirtschaft der
Universität Kaiserslautern; Nr. 14.
SCHUSTER, C. (1997)
Analyse der Eigenschaften von belebtem Schlamm in biologischen
Kläranlagen; Internetveröffentlichung:
http://www.fh-meschede.de/public/schuster/schlamm.htm.
WARTCHOW, D. (1988)
Anwendung des kombinierten Festbett-Belebungsverfarens zur Nitrifikation;
Stuttgarter Berichte zur Siedlungswasserwirtschaft; Bd. 102;
Kommissionsverlag R. Oldenbourg, München
WEBER, W. (1993)
Betriebserfahrungen mit getauchten Festbetten; Manuskript Vortrag anläßlich
des ATV-Seminars Einsatz von Biofilmreaktoren.
WIESE, J., HANSEN, J. (2001)
Integrierte Betrachtung von Kanalnetz und SBR-Anlage; in: Einsatz der SBR-
Technolgie in der kommunalen und industriellen Abwasserbehandlung;
Schriftenreihe des Instituts für Siedlungswasserwirtschaft der Universität
Kaiserslautern; Nr. 14; S. 81-105.
WINGENDER, J., FLEMMING, H. (1997)
Theorie und Grundlagen der Biofilmtechnik; ATV-Seminar: Einsatz von
Biofilmreaktoren; Zentrum für Weiterbildung der Fachhochschule Oldenburg;
27./28. Oktober 1997.
WINKLER, U. (2001)
Betriebsoptimierung eines zur biologischen Phosphorelimination betriebenen
halbtechnischen Sequencing Batch Reaktor mit eingebauten Festbetten;
Diplomarbeit am Institut für Siedlungswasserwirtschaft der Universität
Karlsruhe (TH).
FKZ 02WA0215 105
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 9.Literatur
WITT, P. C. (1997)
Untersuchungen und Modellierungen der biologischen Phosphatelimination in
Kläranlagen; Schriftenreihe des Instituts Für Siedlungswasserwirtschaft der
Universität Karlsruhe (TH); Bd. 81; Oldenbourg Verlag, München.
ZETTL, U. (2001)
Einsatz der Dynamischen Simulation als Bemessungshilfe für Kläranlagen in
Weinbaugebieten; Schriftenreihe des Fachgebiets Siedlungswasserwirtschaft
der Universität Kaiserslautern; Nr. 14.
FKZ 02WA0215 106
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10 Anhang 10.1 Umlaufbecken mit Kaldness-Schwimmkörpern
10.2 Transportvorrichtung für den Kalnes-Transport
FKZ 02WA0215 106
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10.3 Festbett mit Aufwuchs eines SBB-Reaktors
FKZ 02WA0215 107
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10.4 Verwendete Abkürzungen statischer und variabler Parameter
10.4.1 Carbon-Nitrogen-Phosphorous library variables in GPS-X
State variables GPS-X cryptic symbols 1. Soluble inert organics (gCOD/m3) si2. Fermentable readily biodegradable (soluble) substrate (gCOD/m3) sf3. Volatile fatty acids, VFA (gCOD/m3) slf4. Particulate inert organics (gCOD/m3) xi5. Slowly biodegradable (stored, particulate) substrate (gCOD/m3) xs6. Active heterotrophic biomass (gCOD/m3) xbh7. Active autotrophic biomass (gCOD/m3) xba8. Polyphosphate accumulating biomass (gCOD/m3) xbp9. Unbiodegradable particulates from cell decay (gCOD/m3) xu10. Internal cell storage product (gCOD/m3) xsto11. Stored polyphosphate (g/m3) xpp12. Poly-hydroxy-alkanoates, PHA (gCOD/m3) xbt13. Stored glycogen (gCOD/m3) xgly14. Inert inorganic suspended solids (g/m3) xii15. Dissolved oxygen (gO2/m
3) so16. Nitrate and nitrite N (gN/m3) sno17. Free and ionised ammonia (gN/m3) snh18. Dinitrogen (gN/m3) snn19. Inorganic soluble phosphorous (gP/m3) sp20. Alkalinity (mole/m3) salk21. Metal-hyroxides (g/m3) xmeoh22. Metal-phosphate (g/m3) xmep23. Maximum biofilm thickness (mm) zbfilm
Composite variables1. Total suspended solids (gTSS/m3) x2. Volatile suspended solids (gVSS/m3) vss3. Total inorganic suspended solids (g/m3) xiss4. Filtered COD (gCOD/m3) scod5. Particulate COD (gCOD/m3) xcod6. Filtered TKN (gN/m3) stkn7. Particulate TKN (gN/m3) xtkn8. Filtered phosphorous (gP/m3) stp9. Particulate phosphorous (gP/m3) xtp10. Total nitrogen (gN/m3) tnl11. VSS/TSS (gVSS/gTSS) ivt12. XCOD/VSS (gCOD/gVSS) icv
ASM-2d stoichiometric Nutrient fractions
13. N content of inert soluble organic material (gN/gCOD) insi14. N content of fermentable biodegradable substrate (gN/gCOD) insf15. N content of inert particulate organic material (gN/gCOD) inxi16. N content of slowly biodegradable substrate (gN/gCOD) inxs17. N content of active biomass (gN/gCOD) inbm18. P content of inert soluble organic material (gP/gCOD) ipsi19. P content of fermentable substrate (gP/gCOD) ipsf20. P content of inert particulate organic material (gP/gCOD) ipxi21. P content of slowly biodegradable substrate (gP/gCOD) ipxs22. P content of active biomass (gP/gCOD) ipbm
FKZ 02WA0215 108
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10.5 Werte statischer und variabler Parameter
10.5.1 Report of the input data for different parameters and variables in the model (SBBR)
Scenario: san-imre (* indicates scenario value)=====================================================================Label: Influent(13,12)
Value UnitInfluent Composition
Influent Composition[inf]total COD 322 gCOD/m3[inf]total suspended solids 0 g/m3[inf]total TKN 47.1 gN/m3
Organic Variables[inf]active autotrophic biomass 0 gCOD/m3[inf]active poly-P accumulating biomass 0 gCOD/m3[inf]unbiodegradable particulates from cell d... 0 gCOD/m3[inf]internal cell storage product 0 gCOD/m3[inf]poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 0 gCOD/m3[inf]stored glycogen 0 gCOD/m3
Dissolved Oxygen[inf]dissolved oxygen 0 gO2/m3
Phosphorus Compounds[inf]soluble ortho-phosphate 7 gP/m3[inf]stored polyphosphate 0 gP/m3[inf]stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3
Nitrogen Compounds[inf]nitrate and nitrite 4.23 gN/m3[inf]dinitrogen 0 gN/m3
Alkalinity[inf]alkalinity 6.7 mole/m3
Metal Precipitates[inf]metal-hydroxides 0 g/m3[inf]metal-phosphates 0 g/m3
/ Influent Stoichiometry /TSSCOD Model Coefficients
[inf]inert fraction of soluble COD 0.05 -[inf]VFA fraction of soluble COD 0.155 -[inf]substrate fraction of particulate COD 0 -[inf]heterotrophic fraction of particulate COD 0 -[inf]VSS/TSS ratio 0 gVSS/gTSS
Local Model Selection[inf]local model for composite variables .true.[inf]local biological model ASM2d
Influent Fractions[inf]XCOD/VSS ratio 0 gCOD/gVSS
[inf]BOD5/BODultimate ratio 0.66 -ASM2d Nutrient Fractions
[inf]N content of active biomass 0 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0 gN/gCOD[inf]N content of fermentable substrate 5.04e-02 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of fermentable substrate 0 gP/gCOD
Flow DataFlow Type
[inf]flow type DataData
[inf]influent flow 1.17 m3/d
State VariablesInorganic Suspended Solids
[inf]inert inorganic suspended solids 0 g/m3Organic Variables
[inf]soluble inert organic material 16.1 gCOD/m3[inf]readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3
FKZ 02WA0215 109
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[inf]fermentable readily biodegradable subs... 256 gCOD/m3[inf]volatile fatty acids 49.9 gCOD/m3[inf]particulate inert organic material 0 gCOD/m3[inf]slowly biodegradable substrate 0 gCOD/m3[inf]active heterotrophic biomass 0 gCOD/m3[inf]active autotrophic biomass 0 gCOD/m3[inf]active poly-P accumulating biomass 0 gCOD/m3[inf]unbiodegradable particulates from cell... 0 gCOD/m3[inf]internal cell storage product 0 gCOD/m3[inf]poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 0 gCOD/m3[inf]stored glycogen 0 gCOD/m3
Dissolved Oxygen[inf]dissolved oxygen 0 gO2/m3
Phosphorus Compounds[inf]soluble ortho-phosphate 7 gP/m3[inf]stored polyphosphate 0 gP/m3[inf]stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3
Nitrogen Compounds[inf]free and ionized ammonia 34.2 gN/m3[inf]soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[inf]particulate biodegradable organic nitr... 0 gN/m3[inf]nitrate and nitrite 4.23 gN/m3[inf]soluble unbiodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[inf]dinitrogen 0 gN/m3
Alkalinity[inf]alkalinity 6.7 mole/m3
Metal Precipitates[inf]metal-hydroxides 0 g/m3[inf]metal-phosphates 0 g/m3
=====================================================================Label: Sludge Recycle Tank(15,15) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[sludge]maximum volume 0.005 m3
Local Environment Selection[sludge]use local settings for O2 solubility .false.
/ Operational /Aeration Control
[sludge]DO controller .false.
Initial ConcentrationsInitial Concentrations
[sludge]inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[sludge]soluble inert organic material 30 gCOD/m3[sludge]readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[sludge]particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[sludge]slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[sludge]active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[sludge]active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[sludge]unbiodegradable particulates from cel... 0 gCOD/m3[sludge]dissolved oxygen 2 gO2/m3[sludge]free and ionized ammonia 2 gN/m3[sludge]soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[sludge]particulate biodegradable organic nit... 0 gN/m3[sludge]nitrate and nitrite 20 gN/m3[sludge]dinitrogen 0 gN/m3[sludge]alkalinity 7 mole/m3[sludge]polyphosphate accumulating biomass 0 gCOD/m3[sludge]poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 0 gCOD/m3[sludge]stored polyphosphate 0 gP/m3[sludge]volatile fatty acids 0 gCOD/m3[sludge]soluble ortho-phosphate 0 gP/m3[sludge]soluble unbiodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[sludge]fermentable readily biodegradable sub... 0 gCOD/m3[sludge]stored glycogen 0 gCOD/m3[sludge]stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[sludge]metal-hydroxides 0 g/m3[sludge]metal-phosphate 0 g/m3[sludge]internal cell storage product 0 gCOD/m3
...
FKZ 02WA0215 110
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
=====================================================================Label: SBBR1(16,11) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[sbbr1]number of biofilm layers plus one 6[sbbr1]volume setup method Volume
[sbbr1]maximum volume 1.01e-02 m3[sbbr1](1)volume fractions 1 -
Biofilm Related Parameters[sbbr1]specific surface of media 150 1/m[sbbr1]water displaced by media 8.84e-02 m3/m3[sbbr1]specific density of media 940 kg/m3[sbbr1]attached liquid film thickness 5e-05 m[sbbr1]maximum biofilm thickness 5e-04 m[sbbr1](1)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[sbbr1](1)dry material content of biofilm 0.1
Speed[sbbr1]soluble integration period 0.05 d[sbbr1]soluble integration length 0.05 d
High concentration inhibition[sbbr1]heterotrophic high concentration inhib... 3e+04 gCOD/m3[sbbr1]autotrophic high concentration inhibition 1e+05 gCOD/m3
Local Environment Selection[sbbr1]use local settings for O2 solubility .false.
/ Operational /Aeration Control
[sbbr1]DO controller .true.[sbbr1](1)DO setpoint 3
Controller Setup[sbbr1]controller form Velocity[sbbr1]controller type PID
* [sbbr1sbbr1]controller sampling time 0.001 d[sbbr1]proportional gain 100[sbbr1]integral time 0.1 d[sbbr1]derivative time 0 d[sbbr1]control cell (0 to control all) 0[sbbr1]controller effect on DO - direct .true.[sbbr1]derivative kick protection .false.[sbbr1]derivative filtering .false.[sbbr1]cutoff frequency 1e+05 1/d
Aeration Control Tuning[sbbr1]tuning .false.
Aeration Setup[sbbr1]aeration method Diffused[sbbr1](1)oxygen mass transfer coefficient 100 1/d[sbbr1](1)distribution of air flow to aeratio... 1 -
General[sbbr1](1)alpha factor (for KLa) 0.6 -[sbbr1]temperature coefficient for Kla 1.02 -
Diffused[sbbr1](1)oxygen transfer efficiency 0.07 -
Mass TransportDiffusion of Components in Water:
[sbbr1]diffusion constant for soluble inert o... 1e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for fermentable re... 1e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for volatile fatty ... 2e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for dissolved oxygen 2.5e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for free and ionize... 2.5e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for dinitrogen 1.9e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for nitrate and nit... 2e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for soluble ortho-p... 1.5e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for alkalinity 2e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for readily biodegr... 1e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for soluble biodegr... 1e-05 cm2/s[sbbr1]diffusion constant for soluble unbiode... 1e-05 cm2/s
Effect of Biofilm on Diffusion[sbbr1]reduction in diffusion in biofilm 0.5 -
Solids[sbbr1]attachment rate 0.5 m/d[sbbr1]detachment rate 0.07 kg/m2/d[sbbr1]anoxic shear reduction factor 1[sbbr1]internal solids exchange rate 2e-05 m/d
/ Composite Variable Stoichiometry /Organic Fractions
FKZ 02WA0215 111
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[sbbr1]XCOD/VSS 1.48 gCOD/gVSS
Nutrient Fractions[sbbr1]N content of inert soluble organic mat... 0.01 gN/gCOD[sbbr1]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[sbbr1]N content of inert particulate organic... 0.03 gN/gCOD[sbbr1]N content of slowly biodegradable subs... 0.04 gN/gCOD[sbbr1]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[sbbr1]P content of inert soluble organic mat... 0 gP/gCOD[sbbr1]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD[sbbr1]P content of inert particulate organic... 0.01 gP/gCOD[sbbr1]P content of slowly biodegradable subs... 0.01 gP/gCOD[sbbr1]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD
/ Model Stoichiometry /Active Heterotrophic Biomass
[sbbr1]heterotrophic yield 0.63 gCOD/gCOD
Active Poly-P Accumulating Biomass[sbbr1]poly-P accumulating biomass yield 0.63 gCOD/gCOD
[sbbr1]poly-P requirement (PO4 release) per P... 0.4 gP/gCOD[sbbr1]PHA requirement for poly-P storage 0.2 gCOD/gP[sbbr1]maximum ratio of poly-P in poly-P accu... 0.34 gP/gCOD
Active Autotrophic Biomass[sbbr1]autotrophic yield 0.24 gCOD/gN
Hydrolysis[sbbr1]fraction of inert COD generated in bio... 0.1 gCOD/gCOD
[sbbr1]production of soluble inerts in hydrol... 0 gCOD/gCOD
/ Kinetic /Active Heterotrophic Biomass
[sbbr1]heterotrophic maximum specific growth ... 6 1/d[sbbr1]lysis and decay rate constant 0.4 1/d[sbbr1]denitrification reduction factor 0.8 -[sbbr1]fermentable substrate half saturation ... 4 gCOD/m3[sbbr1]volatile fatty acids half saturation c... 4 gCOD/m3
Active Poly-P Accumulating Biomass[sbbr1]rate constant for storage of PHA 3 1/d[sbbr1]rate constant for storage of poly-P 1.5 1/d[sbbr1]maximum specific growth rate of poly-P... 1 1/d[sbbr1]poly-P accumulating biomass lysis rate 0.02 1/d[sbbr1]poly-P lysis rate 0.02 1/d[sbbr1]PHA lysis rate 0.02 1/d[sbbr1]reduction factor for anoxic activity 0.8 -[sbbr1]volatile fatty acids half saturation c... 4 gCOD/m3[sbbr1]phosphorus half saturation coefficien... 0.2 gP/m3[sbbr1]poly-phosphate half saturation coeffic... 0.01 gCOD/gCOD
[sbbr1]inhibition coefficient for poly-P storage 0.02 gP/gCOD[sbbr1]PHA half saturation coefficient 0.01 gCOD/gCOD
General Half-Saturation Coefficients[sbbr1]oxygen half saturation coefficient 0.5 gO2/m3[sbbr1]nitrate half saturation coefficient 0.5 gN/m3[sbbr1]ammonium (as a nutrient) half saturati... 0.05 gN/m3[sbbr1]phosphate (as a nutrient) half saturat... 0.01 gP/m3[sbbr1]alkalinity half saturation coefficient 0.1 mole/m3
Active Autotrophic Biomass[sbbr1]autotrophic maximum specific growth rate 1.5 1/d[sbbr1]autotrophic decay rate 0.15 1/d[sbbr1]oxygen half saturation coefficient for... 0.5 gO2/m3[sbbr1]ammonium (as a substrate) half saturat... 1 gN/m3[sbbr1]alkalinity half saturation coefficient... 0.5 moleHCO3-/m3
Hydrolysis[sbbr1]hydrolysis rate 3 1/d[sbbr1]anoxic hydrolysis reduction factor 0.6 -[sbbr1]anaerobic hydrolysis reduction factor 0.1[sbbr1]slowly biodegradable substrate half sa... 0.1 -
Fermentation[sbbr1]fermentation maximum rate 3 1/d[sbbr1]fermentable substrate half saturation ... 4 gCOD/m3
Phosphorus Precipitation[sbbr1]phosphorus precipitation with metal hy... 1 m3/g/d[sbbr1]redissolution of phosphates rate constant 0.6 1/d
FKZ 02WA0215 112
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[sbbr1]alkalinity half saturation coefficient... 0.5 moleHCO3-/m3
Temperature[sbbr1]Temperature coefficient for muh 1.07 -[sbbr1]Temperature coefficient for bh 1.07 -[sbbr1]Temperature coefficient for qpha 1.04 -[sbbr1]Temperature coefficient for qpp 1.04 -[sbbr1]Temperature coefficient for upao 1.04 -[sbbr1]Temperature coefficient for bpao 1.07 -[sbbr1]Temperature coefficient for bpp 1.07 -[sbbr1]Temperature coefficient for bpha 1.07 -[sbbr1]Temperature coefficient for muaut 1.11 -[sbbr1]Temperature coefficient for baut 1.12 -[sbbr1]Temperature coefficient for kh 1.04 -[sbbr1]Temperature coefficient for qfe 1.07 -
Initial Volume[sbbr1]start with full tank .true.
Media Initial Volume[sbbr1](1)reactor portion filled by media 0.5 m3/m3
Initial Concentration ProfilesFrom Liquid Film Towards Media
[sbbr1](1)inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[sbbr1](2)inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[sbbr1](3)inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[sbbr1](4)inert inorganic suspended solids 0 g/m3[sbbr1](1)soluble inert organic material 30 gCOD/m3[sbbr1](2)soluble inert organic material 30 gCOD/m3[sbbr1](3)soluble inert organic material 30 gCOD/m3[sbbr1](4)soluble inert organic material 0 gCOD/m3[sbbr1](1)fermentable readily biodegradable ... 5 gCOD/m3[sbbr1](2)fermentable readily biodegradable ... 5 gCOD/m3[sbbr1](3)fermentable readily biodegradable ... 5 gCOD/m3[sbbr1](4)fermentable readily biodegradable ... 0 gCOD/m3[sbbr1](1)volatile fatty acids 5 gCOD/m3[sbbr1](2)volatile fatty acids 5 gCOD/m3[sbbr1](3)volatile fatty acids 5 gCOD/m3[sbbr1](4)volatile fatty acids 0 gCOD/m3[sbbr1](1)particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[sbbr1](2)particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[sbbr1](3)particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[sbbr1](4)particulate inert organic material 0 gCOD/m3[sbbr1](1)slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[sbbr1](2)slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[sbbr1](3)slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[sbbr1](4)slowly biodegradable substrate 0 gCOD/m3[sbbr1](1)active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[sbbr1](2)active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[sbbr1](3)active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[sbbr1](4)active heterotrophic biomass 0 gCOD/m3[sbbr1](1)active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[sbbr1](2)active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[sbbr1](3)active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[sbbr1](4)active autotrophic biomass 0 gCOD/m3[sbbr1](1)dissolved oxygen 2 gO2/m3[sbbr1](2)dissolved oxygen 2 gO2/m3[sbbr1](3)dissolved oxygen 2 gO2/m3[sbbr1](4)dissolved oxygen 0 gO2/m3[sbbr1](1)free and ionized ammonia 2 gN/m3[sbbr1](2)free and ionized ammonia 2 gN/m3[sbbr1](3)free and ionized ammonia 2 gN/m3[sbbr1](4)free and ionized ammonia 0 gN/m3[sbbr1](1)dinitrogen 0 gN/m3[sbbr1](2)dinitrogen 0 gN/m3[sbbr1](3)dinitrogen 0 gN/m3[sbbr1](4)dinitrogen 0 gN/m3[sbbr1](1)nitrate and nitrite 20 gN/m3[sbbr1](2)nitrate and nitrite 20 gN/m3[sbbr1](3)nitrate and nitrite 20 gN/m3[sbbr1](4)nitrate and nitrite 0 gN/m3[sbbr1](1)soluble ortho-phosphate 5 gP/m3[sbbr1](2)soluble ortho-phosphate 5 gP/m3[sbbr1](3)soluble ortho-phosphate 5 gP/m3[sbbr1](4)soluble ortho-phosphate 0 gP/m3[sbbr1](1)active poly-P accumulating biomass 200 gCOD/m3[sbbr1](2)active poly-P accumulating biomass 200 gCOD/m3[sbbr1](3)active poly-P accumulating biomass 200 gCOD/m3
FKZ 02WA0215 113
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[sbbr1](4)active poly-P accumulating biomass 0 gCOD/m3[sbbr1](1)stored poly-phosphate 100 gP/m3[sbbr1](2)stored poly-phosphate 100 gP/m3[sbbr1](3)stored poly-phosphate 100 gP/m3[sbbr1](4)stored poly-phosphate 0 gP/m3[sbbr1](1)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 100 gCOD/m3[sbbr1](2)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 100 gCOD/m3[sbbr1](3)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 100 gCOD/m3[sbbr1](4)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 0 gCOD/m3[sbbr1](1)metal-hydroxides 1 g/m3[sbbr1](1)metal-phosphates 1 g/m3[sbbr1](1)alkalinity 7 mole/m3[sbbr1](1)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[sbbr1](2)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[sbbr1](3)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[sbbr1](4)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[sbbr1](1)unbiodegradable particulates from c... 0 gCOD/m3[sbbr1](2)unbiodegradable particulates from c... 0 gCOD/m3[sbbr1](3)unbiodegradable particulates from c... 0 gCOD/m3[sbbr1](4)unbiodegradable particulates from c... 0 gCOD/m3[sbbr1](1)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[sbbr1](2)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[sbbr1](3)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[sbbr1](4)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[sbbr1](1)particulate biodegradable organic n... 0 gN/m3[sbbr1](2)particulate biodegradable organic n... 0 gN/m3[sbbr1](3)particulate biodegradable organic n... 0 gN/m3[sbbr1](4)particulate biodegradable organic n... 0 gN/m3[sbbr1](1)soluble unbiodegradable organic nit... 0 gN/m3[sbbr1](2)soluble unbiodegradable organic nit... 0 gN/m3[sbbr1](3)soluble unbiodegradable organic nit... 0 gN/m3[sbbr1](4)soluble unbiodegradable organic nit... 0 gN/m3[sbbr1](1)stored glycogen 0 gCOD/m3[sbbr1](2)stored glycogen 0 gCOD/m3[sbbr1](3)stored glycogen 0 gCOD/m3[sbbr1](4)stored glycogen 0 gCOD/m3[sbbr1](1)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[sbbr1](2)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[sbbr1](3)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[sbbr1](4)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[sbbr1](1)internal cell storage product 0 gCOD/m3[sbbr1](2)internal cell storage product 0 gCOD/m3[sbbr1](3)internal cell storage product 0 gCOD/m3[sbbr1](4)internal cell storage product 0 gCOD/m3
=====================================================================Label: DN/N tank(18,13) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[nit]number of reactors 3[nit]volume setup method Individual Vo...
[nit](1)individual volumes 9.44e-03 m3[nit](2)individual volumes 1.85e-02 m3[nit](3)individual volumes 1.85e-02 m3
/ Operational /Aeration Control
[nit]DO controller .true.[nit](1)DO setpoint 0[nit](2)DO setpoint 3[nit](3)DO setpoint 3
Controller Setup[nit]controller form Velocity[nit]controller type PID[nitnit]controller sampling time 0.001 d[nit]proportional gain 100
* [nit]integral time 0.05 d[nit]derivative time 0 d[nit]control cell (0 to control all) 0[nit]controller effect on DO - direct .true.[nit]derivative kick protection .false.[nit]derivative filtering .false.[nit]cutoff frequency 1e+05 1/d
Aeration Control Tuning[nit]tuning .false.
Aeration Setup[nit]aeration method Diffused
FKZ 02WA0215 114
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[nit](1)oxygen mass transfer coefficient (cle... 0 1/d[nit](2)oxygen mass transfer coefficient (cle... 100 1/d[nit](3)oxygen mass transfer coefficient (cle... 100 1/d
Diffused[nit](1)oxygen transfer efficiency 0.07 -
Pumped Flow Control[nitrec]pumped flow 0.026 m3/d[blank]controller .false.
/ Composite Variable Stoichiometry /Organic Fractions
[nit]XCOD/VSS 1.48 gCOD/gVSS
Nutrient Fractions[nit]N content of inert soluble organic material 0.01 gN/gCOD[nit]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[nit]N content of inert particulate organic m... 0.02 gN/gCOD[nit]N content of slowly biodegradable substrate 0.04 gN/gCOD[nit]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[nit]P content of inert soluble organic material 0 gP/gCOD[nit]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD[nit]P content of inert particulate organic m... 0.01 gP/gCOD[nit]P content of slowly biodegradable substrate 0.01 gP/gCOD[nit]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD
/ Model Stoichiometry /Active Heterotrophic Biomass
[nit]heterotrophic yield 0.63 gCOD/gCOD
Active Poly-P Accumulating Biomass[nit]poly-P accumulating biomass yield 0.63 gCOD/gCOD
[nit]poly-P requirement (PO4 release) per PHA... 0.4 gP/gCOD[nit]PHA requirement for poly-P storage 0.2 gCOD/gP[nit]maximum ratio of poly-P in poly-P accumu... 0.34 gP/gCOD
Active Autotrophic Biomass[nit]autotrophic yield 0.24 gCOD/gN
Hydrolysis[nit]fraction of inert COD generated in bioma... 0.1 gCOD/gCOD
[nit]production of soluble inerts in hydrolysis 0 gCOD/gCOD
/ Kinetic /Active Heterotrophic Biomass
[nit]heterotrophic maximum specific growth rate 6 1/d[nit]lysis and decay rate constant 0.4 1/d[nit]denitrification reduction factor 0.8 -[nit]fermentable substrate half saturation co... 4 gCOD/m3[nit]volatile fatty acids half saturation coe... 4 gCOD/m3
Active Poly-P Accumulating Biomass[nit]rate constant for storage of PHA 3 1/d[nit]rate constant for storage of poly-P 1.5 1/d[nit]maximum specific growth rate of poly-P a... 1 1/d[nit]poly-P accumulating biomass lysis rate 0.2 1/d[nit]poly-P lysis rate 0.2 1/d[nit]PHA lysis rate 0.2 1/d[nit]reduction factor for anoxic activity 0.8 -[nit]volatile fatty acids half saturation coe... 4 gCOD/m3[nit]phosphorus half saturation coefficient ... 0.2 gP/m3[nit]poly-phosphate half saturation coefficie... 0.01 gCOD/gCOD
[nit]inhibition coefficient for poly-P storage 0.02 gP/gCOD[nit]PHA half saturation coefficient 0.01 gCOD/gCOD
General Half-Saturation Coefficients[nit]oxygen half saturation coefficient 0.2 gO2/m3[nit]nitrate half saturation coefficient 0.5 gN/m3[nit]ammonium (as a nutrient) half saturation... 0.05 gN/m3[nit]phosphate (as a nutrient) half saturatio... 0.01 gP/m3[nit]alkalinity half saturation coefficient 0.1 mole/m3
Active Autotrophic Biomass[nit]autotrophic maximum specific growth rate 1 1/d[nit]autotrophic decay rate 0.15 1/d[nit]oxygen half saturation coefficient for a... 0.5 gO2/m3[nit]ammonium (as a substrate) half saturatio... 1 gN/m3[nit]alkalinity half saturation coefficient f... 0.5 moleHCO3-/m3
Hydrolysis
FKZ 02WA0215 115
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[nit]hydrolysis rate 3 1/d[nit]anoxic hydrolysis reduction factor 0.6 -[nit]anaerobic hydrolysis reduction factor 0.1[nit]slowly biodegradable substrate half satu... 0.1 -
Fermentation[nit]fermentation maximum rate 3 1/d[nit]fermentable substrate half saturation co... 4 gCOD/m3
Phosphorus Precipitation[nit]phosphorus precipitation with metal hydr... 1 m3/g/d[nit]redissolution of phosphates rate constant 0.6 1/d[nit]alkalinity half saturation coefficient f... 0.5 moleHCO3-/m3
Temperature[nit]Temperature coefficient for muh 1.07 -[nit]Temperature coefficient for bh 1.07 -[nit]Temperature coefficient for qpha 1.04 -[nit]Temperature coefficient for qpp 1.04 -[nit]Temperature coefficient for upao 1.04 -[nit]Temperature coefficient for bpao 1.07 -[nit]Temperature coefficient for bpp 1.07 -[nit]Temperature coefficient for bpha 1.07 -[nit]Temperature coefficient for muaut 1.11 -[nit]Temperature coefficient for baut 1.12 -[nit]Temperature coefficient for kh 1.04 -[nit]Temperature coefficient for qfe 1.07 -
Initial Volume[nit]start with full tank .true.
Initial ConcentrationsInitial Concentrations
[nit](1)inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[nit](2)inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[nit](3)inert inorganic suspended solids 1e+03 g/m3[nit](1)soluble inert organic material 30 gCOD/m3[nit](2)soluble inert organic material 30 gCOD/m3[nit](3)soluble inert organic material 30 gCOD/m3[nit](1)fermentable readily biodegradable s... 5 gCOD/m3[nit](2)fermentable readily biodegradable s... 5 gCOD/m3[nit](3)fermentable readily biodegradable s... 5 gCOD/m3[nit](1)volatile fatty acids 5 gCOD/m3[nit](2)volatile fatty acids 5 gCOD/m3[nit](3)volatile fatty acids 5 gCOD/m3[nit](1)particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[nit](2)particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[nit](3)particulate inert organic material 1e+03 gCOD/m3[nit](1)slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[nit](2)slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[nit](3)slowly biodegradable substrate 100 gCOD/m3[nit](1)active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[nit](2)active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[nit](3)active heterotrophic biomass 500 gCOD/m3[nit](1)active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[nit](2)active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[nit](3)active autotrophic biomass 100 gCOD/m3[nit](1)dissolved oxygen 2 gO2/m3[nit](2)dissolved oxygen 2 gO2/m3[nit](3)dissolved oxygen 2 gO2/m3[nit](1)free and ionized ammonia 2 gN/m3[nit](2)free and ionized ammonia 2 gN/m3[nit](3)free and ionized ammonia 2 gN/m3[nit](1)dinitrogen 0 gN/m3[nit](2)dinitrogen 0 gN/m3[nit](3)dinitrogen 0 gN/m3[nit](1)nitrate and nitrite 20 gN/m3[nit](2)nitrate and nitrite 20 gN/m3[nit](3)nitrate and nitrite 20 gN/m3[nit](1)soluble ortho-phosphate 5 gP/m3[nit](2)soluble ortho-phosphate 5 gP/m3[nit](3)soluble ortho-phosphate 5 gP/m3[nit](1)active poly-P accumulating biomass 200 gCOD/m3[nit](2)active poly-P accumulating biomass 200 gCOD/m3[nit](3)active poly-P accumulating biomass 200 gCOD/m3[nit](1)stored poly-phosphate 100 gP/m3[nit](2)stored poly-phosphate 100 gP/m3[nit](3)stored poly-phosphate 100 gP/m3[nit](1)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 100 gCOD/m3[nit](2)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 100 gCOD/m3[nit](3)poly-hydroxy-alkanoates (PHA) 100 gCOD/m3
FKZ 02WA0215 116
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[nit](1)metal-hydroxides 1 g/m3[nit](2)metal-hydroxides 1 g/m3[nit](3)metal-hydroxides 1 g/m3[nit](1)metal-phosphates 1 g/m3[nit](2)metal-phosphates 1 g/m3[nit](3)metal-phosphates 1 g/m3[nit](1)alkalinity 7 mole/m3[nit](2)alkalinity 7 mole/m3[nit](3)alkalinity 7 mole/m3[nit](1)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[nit](2)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[nit](3)readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[nit](1)unbiodegradable particulates from cel... 0 gCOD/m3[nit](2)unbiodegradable particulates from cel... 0 gCOD/m3[nit](3)unbiodegradable particulates from cel... 0 gCOD/m3[nit](1)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[nit](2)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[nit](3)soluble biodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[nit](1)particulate biodegradable organic nit... 0 gN/m3[nit](2)particulate biodegradable organic nit... 0 gN/m3[nit](3)particulate biodegradable organic nit... 0 gN/m3[nit](1)soluble unbiodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[nit](2)soluble unbiodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[nit](3)soluble unbiodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[nit](1)stored glycogen 0 gCOD/m3[nit](2)stored glycogen 0 gCOD/m3[nit](3)stored glycogen 0 gCOD/m3[nit](1)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[nit](2)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[nit](3)stored polyphosphate (releasable) 0 gP/m3[nit](1)internal cell storage product 0 gCOD/m3[nit](2)internal cell storage product 0 gCOD/m3[nit](3)internal cell storage product 0 gCOD/m3
=====================================================================Label: MLSScontrol(19,11) ... Value UnitControl Variable
[was1]controller .true.* [was1]controller sampling time 5e-04 d
control variable (CV) with label xnit[was1]high limit 3.01e+03 unit[was1]low limit 2.99e+03 unit
Manipulated Variable
manipulated variable (MV) with label wasflow[was1]MV setting when CV is at low limit 0 unit
* [was1]MV setting when CV is at high limit 10 unit[wasflow]MV initial value 0 unit
=====================================================================Label: Clarifier(19,13) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[eff]surface 0.292 m2[eff]maximum water level (height) 0.382 m[eff]feed point from bottom 0.1 m
Model Dimensions[eff]number of layers 10
/ Operational /Underflow
[ras]underflow rate 4.39e-02 m3/d[ras]proportional underflow .false.[blank]controller .false.[blank]setpoint for control variable 1
Pumped Flow[was]pumped flow 0 m3/d[blank]controller .false.
Model Parameters[eff]sludge blanket threshold concentration 5e+03 gTSS/m3[eff]critical sludge blanket level 0.1 m
/ Settling /Double Exponential Parameters
[eff]maximum settling velocity 274 m/d[eff]maximum Vesilind settling velocity 451 m/d[eff]hindered zone settling parameter 1.98e-04 m3/gTSS
FKZ 02WA0215 117
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[eff]flocculant zone settling parameter 2.45e-03 m3/gTSS[eff]non-settleable fraction 0.001 -[eff]maximum non-settleable solids 20 gTSS/m3
Flow Distribution[eff]quiescent zone maximum upflow velocity 100 m/d[eff]complete mix maximum upflow velocity 300 m/d
Initial Volume[eff]start full .true.
Initial ConcentrationsSolubles
[eff]soluble inert organic material 30 gCOD/m3[eff]readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3[eff]dissolved oxygen 2 gO2/m3[eff]nitrate and nitrite N 20 gN/m3[eff]free and ionized ammonia 2 gN/m3[eff]soluble biodegradable nitrogen 0 gN/m3[eff]dinitrogen 0 gN/m3[eff]alkalinity 7 mole/m3[eff]volatile fatty acids 0 gCOD/m3[eff]soluble ortho-phosphate 0 gP/m3[eff]alkalinity 7 mole/m3[eff]dinitrogen 0 gN/m3[eff]soluble unbiodegradable organic nitrogen 0 gN/m3[eff]fermentable readily biodegradable substrate 0 gCOD/m3
Total Suspended Solids[eff](1)suspended solids 10 g/m3[eff](2)suspended solids 20 g/m3[eff](3)suspended solids 40 g/m3[eff](4)suspended solids 70 g/m3[eff](5)suspended solids 200 g/m3[eff](6)suspended solids 300 g/m3[eff](7)suspended solids 350 g/m3[eff](8)suspended solids 350 g/m3[eff](9)suspended solids 2e+03 g/m3[eff](10)suspended solids 4e+03 g/m3
=====================================================================Label: System ... Value UnitSimulation Setup
Model ParametersGlobal Model for Influent Composite Calculations
global composite model ASM2dSVI correlation coefficients
SVI correlation coeff. 1 710SVI correlation coeff. 2 -4.67SVI correlation coeff. 3 0.018SVI correlation coeff. 4 2.66e-04SVI correlation coeff. 5 -2.85e-06SVI correlation coeff. 6 2.5e-08SVI correlation coeff. 7 -1.62e-04SVI correlation coeff. 8 4.9e-03SVI correlation coeff. 9 6.47e-04
Integration ControlIntegration Settings
numerical solver Runge-Kutta-F...initial number of integration steps 50minimum integration step size 1e-30 dmaximum integration step size 0.1 d
FKZ 02WA0215 118
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10.5.2 Report of the input data for different parameters and variables in the model (MBBR)
10.5.2.1 (MBBR Phase 1) =======================================================================================Label: Inflow(14,13) ... Value Unit/ Influent Stoichiometry /
COD Fractions Model Coefficients[inf]VSS/TSS ratio 0.6 gVSS/gTSS
[inf]soluble fraction of total COD 0.35 -Organic Fractions
[inf]inert fraction of soluble COD 0.1 -[inf]VFA fraction of soluble COD 0.2 -[inf]substrate fraction of particulate COD 0.75 -[inf]unbiodegradable fraction of particulate COD 0 -[inf]heterotrophic biomass fraction of partic... 0 -[inf]autotrophic biomass fraction of particul... 0 -[inf]polyP biomass fraction of particulate COD 0 -[inf]PHA fraction of particulate COD 0 -[inf]stored fraction of particulate COD 0 -[inf]glycogen fraction of particulate COD 0 -
Phosphorus Fractions[inf]ortho-phosphate fraction of soluble phos... 0.9 -[inf]xpp fraction of particulate phosphorus 0 -[inf]xppr fraction of particulate phosphorus 0 -
Nitrogen Fractions[inf]ammonium fraction of soluble TKN 0.9 -[inf]inert fraction of soluble TKN 0 -
Metal Precipitates[inf]metal-hydroxide fraction of inorganic su... 0 -[inf]metal-phosphate fraction of inorganic su... 0 -
Local Model Selection[inf]local model for composite variables .true.[inf]local biological model ASM2d
Influent Fractions[inf]XCOD/VSS ratio 2.2 gCOD/gVSS
[inf]BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Mantis Nutrient Fractions
[inf]N content of active biomass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM1 Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.086 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.06 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM2d Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0.02 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0.04 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.01 gN/gCOD[inf]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0.01 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0.01 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
ASM3 Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0.02 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0.04 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.01 gN/gCOD[inf]N content of soluble substrate 0.03 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0.01 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0.01 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of soluble substrate 0.01 gP/gCOD
New General Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.068 gN/gCOD
FKZ 02WA0215 119
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[inf]N content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.068 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
=======================================================================================Label: MBBR(16,13) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[outflow]number of biofilm layers plus one 6[outflow]tanks in series 3[outflow]parallel tanks 1[outflow]volume setup method Individual Vo...
[outflow](1)individual volumes 9.25 L[outflow](2)individual volumes 18.6 L[outflow](3)individual volumes 43.1 L
[outflow]maximum volume 1e+03 m3[outflow](1)volume fractions 0.333 -[outflow](2)volume fractions 0.333 -[outflow](3)volume fractions 0.333 -
Biofilm Related Parameters[outflow]specific surface of media 500 m2/m3[outflow]water displaced by media 0.27 m3/m3[outflow]specific density of media 950 kg/m3[outflow]attached liquid film thickness 0.05 mm[outflow]maximum biofilm thickness 1 mm[outflow](1)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](2)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](3)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](1)dry material content of biofilm 0.1 -[outflow](2)dry material content of biofilm 0.1 -[outflow](3)dry material content of biofilm 0.1 -
Speed[outflow]soluble integration period 0.05 d[outflow]soluble integration length 0.005 d
High concentration inhibition[outflow]heterotrophic high concentration inh... 3e+04 gCOD/m3[outflow]autotrophic high concentration inhib... 5e+03 gCOD/m3
Local Environment Selection[outflow]use local settings for O2 solubility .false.
Oxygen Solubility (if individual settings are used)[outflow]tank depth 0 m[outflow]liquid temperature 20 C[outflow]air temperature 20 C[outflow]oxygen fraction in air 0.21 -
/ Operational /Aeration Control
[outflow]DO controller .true.[outflow](1)DO setpoint 0[outflow](2)DO setpoint 0[outflow](3)DO setpoint 3.6
Controller Setup[outflow]controller form Velocity[outflow]controller type PID[outflowoutflow]controller sampling time 0.001 d[outflow]proportional gain 100[outflow]integral time 0.1 d[outflow]derivative time 0 d[outflow]control cell (0 to control all) 0[outflow]controller effect on DO - direct .true.[outflow]derivative kick protection .false.[outflow]derivative filtering .false.[outflow]cutoff frequency 1e+05 1/d
Aeration Control Tuning[outflow]tuning .false.[outflow]fractional step size 0.1 -[outflow]time of step 0.5 d[outflow]maximum possible dead time 100 d
Aeration Setup[outflow]aeration method Diffused[outflow](1)oxygen mass transfer coefficient 0 1/d[outflow](2)oxygen mass transfer coefficient 0 1/d[outflow](3)oxygen mass transfer coefficient 100 1/d[outflow](1)aeration power 200 kW[outflow](2)aeration power 200 kW[outflow](3)aeration power 200 kW
FKZ 02WA0215 120
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]total air flow (@STP) into tank 1e+05 m3/d[outflow](1)distribution of air flow to aerat... 0.333 -[outflow](2)distribution of air flow to aerat... 0.333 -[outflow](3)distribution of air flow to aerat... 0.333 -
General[outflow](1)alpha factor (for KLa) 0.6 -[outflow](2)alpha factor (for KLa) 0.7 -[outflow](3)alpha factor (for KLa) 0.7 -[outflow]beta factor (for DO saturation) 0.95 -[outflow]temperature coefficient for Kla 1.02 -
Kla[outflow](1)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](2)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](3)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](1)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d[outflow](2)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d[outflow](3)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d
Mechanical[outflow]specific OC 1.3 kgO2/kWh
Diffused[outflow](1)oxygen transfer efficiency 0.07 -[outflow](2)oxygen transfer efficiency 0.07 -[outflow](3)oxygen transfer efficiency 0.07 -
Pumped Flow Control[pump]pumped flow 0.822 L/d[blank]controller .false.[blank]setpoint for control variable 1
Controller Setup[blank]controller form Velocity[blank]controller type PIDcontrol variable blank[blankpump]controller sampling time 999 d[blank]proportional gain 1[blank]integral time 0.01 d[blank]derivative time 0 d[blank]controller effect on control var - direct .true.[blank]derivative kick protection .false.[blank]derivative filtering .false.[blank]cutoff frequency 1e+05 1/d[pump]minimum pumped flow 0 m3/d[pump]maximum pumped flow 100 m3/d
Pumped Flow Control Tuning[blank]tuning .false.[blank]fractional step size 0.1 -[blank]time of step 0.5 d[blank]maximum possible dead time 100 d
Internal Flow Distribution[outflow](1)influent fractions 1 -[outflow](2)influent fractions 0 -[outflow](3)influent fractions 0 -[outflow](1)influent fractions #2 0 -[outflow](2)influent fractions #2 1 -[outflow](3)influent fractions #2 0 -[outflow](1)recycle fractions 1 -[outflow](2)recycle fractions 0 -[outflow](3)recycle fractions 0 -[outflow]internal recycle
From To Flow(L/d)3 2 247
[outflow]internal recycle with carrierFrom To Flow()3 1 0
[outflow](1)Flow from tank # with carrier 0[outflow](2)Flow from tank # with carrier 0[outflow](3)Flow from tank # with carrier 0
/ Composite Variable Stoichiometry /Organic Fractions
[outflow]XCOD/VSS 1.48 gCOD/gVSS
[outflow]BOD5/BODultimate ratio 0.66 gBOD/gBOD
Nutrient Fractions[outflow]N content of inert soluble organic m... 0.01 gN/gCOD[outflow]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[outflow]N content of inert particulate organ... 0.02 gN/gCOD[outflow]N content of slowly biodegradable su... 0.04 gN/gCOD
FKZ 02WA0215 121
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[outflow]P content of inert soluble organic m... 0 gP/gCOD[outflow]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of inert particulate organ... 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of slowly biodegradable su... 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD
/ Model Stoichiometry /Active Heterotrophic Biomass
[outflow]heterotrophic yield 0.55 gCOD/gCOD
Active Poly-P Accumulating Biomass[outflow]poly-P accumulating biomass yield 0.55 gCOD/gCOD
[outflow]poly-P requirement (PO4 release) per... 0.2 gP/gCOD[outflow]PHA requirement for poly-P storage 0.2 gCOD/gP[outflow]maximum ratio of poly-P in poly-P ac... 0.34 gP/gCOD
Active Autotrophic Biomass[outflow]autotrophic yield 0.48 gCOD/gN
Hydrolysis[outflow]fraction of inert COD generated in b... 0.1 gCOD/gCOD
[outflow]production of soluble inerts in hydr... 0 gCOD/gCOD
/ Kinetic /Active Heterotrophic Biomass
[outflow]heterotrophic maximum specific growt... 7 1/d[outflow]lysis and decay rate constant 0.5 1/d[outflow]denitrification reduction factor 0.8 -[outflow]fermentable substrate half saturatio... 4 gCOD/m3[outflow]volatile fatty acids half saturation... 4 gCOD/m3
Active Poly-P Accumulating Biomass[outflow]rate constant for storage of PHA 3 1/d[outflow]rate constant for storage of poly-P 3.5 1/d[outflow]maximum specific growth rate of poly... 1.5 1/d[outflow]poly-P accumulating biomass lysis rate 0.2 1/d[outflow]poly-P lysis rate 0.2 1/d[outflow]PHA lysis rate 0.2 1/d[outflow]reduction factor for anoxic activity 0.8 -[outflow]volatile fatty acids half saturation... 4 gCOD/m3[outflow]phosphorus half saturation coeffici... 0.2 gP/m3[outflow]poly-phosphate half saturation coeff... 0.01 gCOD/gCOD
[outflow]inhibition coefficient for poly-P st... 0.02 gP/gCOD[outflow]PHA half saturation coefficient 0.01 gCOD/gCOD
General Half-Saturation Coefficients[outflow]oxygen half saturation coefficient 0.2 gO2/m3[outflow]nitrate half saturation coefficient 0.5 gN/m3[outflow]ammonium (as a nutrient) half satura... 0.05 gN/m3[outflow]phosphate (as a nutrient) half satur... 0.01 gP/m3[outflow]alkalinity half saturation coefficient 0.1 mole/m3
Active Autotrophic Biomass[outflow]autotrophic maximum specific growth ... 0.75 1/d[outflow]autotrophic decay rate 0.2 1/d[outflow]oxygen half saturation coefficient f... 0.5 gO2/m3[outflow]ammonium (as a substrate) half satur... 1 gN/m3[outflow]alkalinity half saturation coefficie... 0.5 moleHCO3-/m3
Hydrolysis[outflow]hydrolysis rate 3 1/d[outflow]anoxic hydrolysis reduction factor 0.5 -[outflow]anaerobic hydrolysis reduction factor 0.36[outflow]slowly biodegradable substrate half ... 0.1 -
Fermentation[outflow]fermentation maximum rate 3 1/d[outflow]fermentable substrate half saturatio... 4 gCOD/m3
Phosphorus Precipitation[outflow]phosphorus precipitation with metal ... 1 m3/g/d[outflow]redissolution of phosphates rate con... 0.6 1/d[outflow]alkalinity half saturation coefficie... 0.5 moleHCO3-/m3
Temperature[outflow]Temperature coefficient for muh 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bh 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for qpha 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for qpp 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for upao 1.04 -
FKZ 02WA0215 122
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]Temperature coefficient for bpao 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bpp 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bpha 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for muaut 1.11 -[outflow]Temperature coefficient for baut 1.12 -[outflow]Temperature coefficient for kh 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for qfe 1.07 -
=======================================================================================Label: Discharge(18,13) ... Value Unit=======================================================================================Label: User ... Value Unit=======================================================================================Label: System ... Value Unit/ Simulation Setup /
Timestopping time 0 dcommunication interval 0.05 d(1)date and time at t=0 1994 yr(2)date and time at t=0 11 m(3)date and time at t=0 1 d(4)date and time at t=0 0 h(5)date and time at t=0 0 min(6)date and time at t=0 0 sinitial time 0 d
Roundinground seconds to full minutes .false.round minutes to quarter hours .false.
Repeat Runsnumber of reruns 0
DDEclipboard format Xltablewait for DDE transactions 10 msec
Consistency Checkshow process warnings .true.
Process Warningswrite process warnings into file .false.process warnings only once per run .true.
Input Filesinput file extension (in offline mode) datreplace failed data with form value .false.plant #1 name (for data file) blank
Data Filesplant #2 name (for data file) blankplant #3 name (for data file) blankplant #4 name (for data file) blankplant #5 name (for data file) blankplant #6 name (for data file) blankplant #7 name (for data file) blankplant #8 name (for data file) blankplant #9 name (for data file) blankplant #10 name (for data file) blank
Output Filesuse global alarm file .false.alarm file name blank
Real Time Synchronized Modereal time synchronized mode .false.real time acceleration factor 1
/ Model Parameters /Global Model for Influent Composite Calculations
global composite model MantisMantisMantis StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
TwoStepMantisTwoStepMantis StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -
FKZ 02WA0215 123
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
Nutrient FractionsN content of active biomass 0.068 gN/gCOD
ASM1ASM1 StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.086 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.06 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM2dASM2d StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of particulate inert material 0.02 gN/gCODN content of particulate substrate 0.04 gN/gCODN content of soluble inert material 0.01 gN/gCODN content of fermentable substrate 0.03 gN/gCODP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of particulate inert material 0.01 gP/gCODP content of particulate substrate 0.01 gP/gCODP content of soluble inert material 0 gP/gCODP content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
ASM3ASM3 StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of particulate inert material 0.02 gN/gCODN content of particulate substrate 0.04 gN/gCODN content of soluble inert material 0.01 gN/gCODN content of soluble substrate 0.03 gN/gCODP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of particulate inert material 0.01 gP/gCODP content of particulate substrate 0.01 gP/gCODP content of soluble inert material 0 gP/gCODP content of soluble substrate 0.01 gP/gCOD
New GeneralNew General StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCODN content of soluble inert material 0.068 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ReducedReduced StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD
FilamentousStoichiometricFractions for Composite Variables
particulate COD to VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5 TO BODUltimate ratio 0.66 -Nitrogen Content Fractions
N content of active biomass 0.086 gN/gCODFacultative Aerobic Floc-Forming Organisms
FKZ 02WA0215 124
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
A3DXGeneral Stoichiometric ParametersFractions for Composite Variables
Particulate COD to VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5 to BODu ratio 0.66 -Nitrogen Content Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of fermentable substrate (SF) 0.03 gN/gCODN content of inert soluble COD (SI) 0.01 gN/gCODN content of inert particulate COD (XI) 0.02 gN/gCODN content of slowly biodegradable substrate (XS) 0.04 gN/gCOD
Phosphorus Content FractionsP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of fermentable substrate (SF) 0.01 gP/gCODP content of inert soluble COD (SI) 0 gP/gCODP content of inert particulate COD (XI) 0.01 gP/gCODP content of slowly biodegradable substrate (... 0.01 gP/gCOD
/ Physical /Oxygen Solubility (layout-wide settings)
tank depth 0 mliquid temperature 20 Cair temperature 20 Coxygen fraction in air 0.21 -elevation above sea level 0 mbarometric pressure at sea level 1 atmbase temperature 20 Cacceleration of gravity 9.81 m/s2
/ Steady-State /Steady-State Parameters
number of retries on iteration 0error limit on individual variables 1e-10iteration termination criteria 10maximum number of iterations 100000maximum number of unsuccessful iterations 20000
Iteration Search Setupforce iteration even if model converged .false.contract constant 0.982expand constant 1maximum step size in one iteration 0.5damping factor on final approach 1initial perturbation 0.05convergence output interval 200steady-state loop counter initial value 0
Trim Parametersprint value of dsum 1e+10 ddisplay improved iterations only .true.iteration output interval in trim 50000
/ Optimizer /Static
number of optimized parameters 1number of data points (at least 2) 2048parameter tolerance 1e-06objective function tolerance -1e+10scaled termination value for objective function 0.1maximum number of optimizer iterations 200detailed statistical report .false.solution report to file .false.
Optimizer Settingsscaled step size in initial guess 0.2reflection constant 0.95contraction constant 0.45expansion constant 1.9shrink constant 0.5
DynamicDPE timewindow 1e+10 d
Maximum Likelihooderror distribution Normalestimate standard deviations of errors .true.(1)standard deviations of errors 1 unit(2)standard deviations of errors 1 unit(3)standard deviations of errors 1 unit(4)standard deviations of errors 1 unit(5)standard deviations of errors 1 unit(6)standard deviations of errors 1 unit(7)standard deviations of errors 1 unit(8)standard deviations of errors 1 unit
FKZ 02WA0215 125
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
(9)standard deviations of errors 1 unit(10)standard deviations of errors 1 unituse specified standard deviations as reference .false.level of significance 0.05 -heteroscedasticity model .false.(1)heteroscedasticity parameters 0 -(2)heteroscedasticity parameters 0 -(3)heteroscedasticity parameters 0 -(4)heteroscedasticity parameters 0 -(5)heteroscedasticity parameters 0 -(6)heteroscedasticity parameters 0 -(7)heteroscedasticity parameters 0 -(8)heteroscedasticity parameters 0 -(9)heteroscedasticity parameters 0 -(10)heteroscedasticity parameters 0 -
Derivative Informationreport objective function gradient and Hessian .false.report model sensitivity coefficients .false.finite-difference relative perturbation size 1e-07
Confidence Limitsprinting of confidence limits .false.confidence level for confidence limits 0.95 -treat the different target variables as one t... .false.
Significance of the Regressionlevel of significance for significance of reg... 0.05 -
Lack of Fitlack of fit test .false.level of significance for lack of fit test 0.05 -replication sum of squares User Suppliedrelative tolerance used to detect repeat meas... 1e-04 -
User Supplied Replication Sum of Squaresnumber of target variables 1(1)replication sum of squares 1(1)degrees of freedom for replication sum of ... 5
PortmanteauPortmanteau test on weighted residuals .false.level of significance for portmanteau test 0.05 -maximum number of lags used in portmanteau test 20
/ Matlab Link /Matlab Link
Matlab link control .true.Diagnostics
show messages in log window .false.print Matlab output in log window .false.
/ On-Line Operation /On-Line Run
on-line run .false.wait for all data to synchronize .false.waiting period 2 h
Data Transfersend data to simulator module .false.max number of control and output variables 100max number of datapoints 100
Adaptive Data Filter (ADF)max number of ADF coefficients 128
Databasedata base type GPS-Xsampling rate from data base 60 s
CommunicationG2 communication mode .false.network port 22041GFX input mode .false.GFX output mode .false.GFX files in PC format .false.output into Matlab format .false.send warnings to log window .true.send optimizer status to log window .true.send DPE status to log window .true.
/ Numerical /Bounding
number of iterations in IMPL operator 30error bound in IMPL operator 1e-06bottom bound on flows 1e-10 m3/dtop bound on flows 1e+10 m3/dbottom bound on initial concentrations 1e-06 g/m3top bound on initial concentrations 1e+10 g/m3bottom bound on concentrations 0 g/m3
FKZ 02WA0215 126
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
top bound on concentrations 1e+10 g/m3bottom bound on derivatives -1e+33 g/m3/dtop bound on derivatives 1e+33 g/m3/dbottom bound on volumes 1e-10 m3ignore dilution rate below this volume 1e-04 m3ignore dilution rate below this layer thickness 1e-04 mtop bound on volumes 1e+10 m3bottom bound on parameters 1e-10top bound on parameters 1e+10top bound on integers 999999initial iteration on loops 100protect against division by zero 1e-10top bound on exponential (xmin) 1e+03 g/m3
Speedsmooth pump discharge at discontinuities .false.smoothing period 1e-05 dsmooth factor (logistic parameter) 15smooth at flow changes larger than 50 %
/ Miscellaneous /General
pi 3.14controller tuning array size 3000controller sampling time 999 dcontroller damping in steady-state 1e+03 d
SVI correlation coefficientsSVI correlation coeff. 1 710SVI correlation coeff. 2 -4.67SVI correlation coeff. 3 0.018SVI correlation coeff. 4 2.66e-04SVI correlation coeff. 5 -2.85e-06SVI correlation coeff. 6 2.5e-08SVI correlation coeff. 7 -1.62e-04SVI correlation coeff. 8 4.9e-03SVI correlation coeff. 9 6.47e-04
/ Operating Cost /Energy Cost
energy pricing Constant PriceConstant Price
energy price 0.07 $/KWhTime-Based Pricing
number of price levels 2(1)energy price 0 $/KWh(2)energy price 0 $/KWh(1)price level starting hour (24-hour clock) 6(2)price level starting hour (24-hour clock) 18
/ Integration Control /Integration Settings
numerical solver Runge-Kutta-F...initial number of integration steps 50minimum integration step size 1e-30 dmaximum integration step size 0.1 d
FKZ 02WA0215 127
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10.5.2.2 (MBBR Phase 2) =======================================================================================Label: Inflow(14,13) ... Value Unit/ Influent Stoichiometry /
COD Fractions Model Coefficients[inf]VSS/TSS ratio 0.6 gVSS/gTSS
[inf]soluble fraction of total COD 0.35 -Organic Fractions
[inf]inert fraction of soluble COD 0.1 -[inf]VFA fraction of soluble COD 0.2 -[inf]substrate fraction of particulate COD 0.75 -[inf]unbiodegradable fraction of particulate COD 0 -[inf]heterotrophic biomass fraction of partic... 0 -[inf]autotrophic biomass fraction of particul... 0 -[inf]polyP biomass fraction of particulate COD 0 -[inf]PHA fraction of particulate COD 0 -[inf]stored fraction of particulate COD 0 -[inf]glycogen fraction of particulate COD 0 -
Phosphorus Fractions[inf]ortho-phosphate fraction of soluble phos... 0.9 -[inf]xpp fraction of particulate phosphorus 0 -[inf]xppr fraction of particulate phosphorus 0 -
Nitrogen Fractions[inf]ammonium fraction of soluble TKN 0.9 -[inf]inert fraction of soluble TKN 0 -
Metal Precipitates[inf]metal-hydroxide fraction of inorganic su... 0 -[inf]metal-phosphate fraction of inorganic su... 0 -
Local Model Selection[inf]local model for composite variables .true.[inf]local biological model ASM2d
Influent Fractions[inf]XCOD/VSS ratio 2.2 gCOD/gVSS
[inf]BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Mantis Nutrient Fractions
[inf]N content of active biomass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM1 Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.086 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.06 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM2d Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0.02 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0.04 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.01 gN/gCOD[inf]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0.01 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0.01 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
ASM3 Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0.02 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0.04 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.01 gN/gCOD[inf]N content of soluble substrate 0.03 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0.01 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0.01 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of soluble substrate 0.01 gP/gCOD
New General Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.068 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD
FKZ 02WA0215 128
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD=======================================================================================Label: MBBR(16,13) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[outflow]number of biofilm layers plus one 6[outflow]tanks in series 3[outflow]parallel tanks 1[outflow]volume setup method Individual Vo...
[outflow](1)individual volumes 9.25 L[outflow](2)individual volumes 18.6 L[outflow](3)individual volumes 43.1 L
[outflow]maximum volume 1e+03 m3[outflow](1)volume fractions 0.333 -[outflow](2)volume fractions 0.333 -[outflow](3)volume fractions 0.333 -
Biofilm Related Parameters[outflow]specific surface of media 500 m2/m3[outflow]water displaced by media 0.27 m3/m3[outflow]specific density of media 950 kg/m3[outflow]attached liquid film thickness 0.05 mm[outflow]maximum biofilm thickness 1 mm[outflow](1)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](2)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](3)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](1)dry material content of biofilm 0.1 -[outflow](2)dry material content of biofilm 0.1 -[outflow](3)dry material content of biofilm 0.1 -
Speed[outflow]soluble integration period 0.05 d[outflow]soluble integration length 0.005 d
High concentration inhibition[outflow]heterotrophic high concentration inh... 3e+04 gCOD/m3[outflow]autotrophic high concentration inhib... 5e+03 gCOD/m3
Local Environment Selection[outflow]use local settings for O2 solubility .false.
Oxygen Solubility (if individual settings are used)[outflow]tank depth 0 m[outflow]liquid temperature 20 C[outflow]air temperature 20 C[outflow]oxygen fraction in air 0.21 -
/ Operational /Aeration Control
[outflow]DO controller .true.[outflow](1)DO setpoint 0[outflow](2)DO setpoint 0[outflow](3)DO setpoint 3.6
Controller Setup[outflow]controller form Velocity[outflow]controller type PID[outflowoutflow]controller sampling time 0.001 d[outflow]proportional gain 100[outflow]integral time 0.1 d[outflow]derivative time 0 d[outflow]control cell (0 to control all) 0[outflow]controller effect on DO - direct .true.[outflow]derivative kick protection .false.[outflow]derivative filtering .false.[outflow]cutoff frequency 1e+05 1/d
Aeration Control Tuning[outflow]tuning .false.[outflow]fractional step size 0.1 -[outflow]time of step 0.5 d[outflow]maximum possible dead time 100 d
Aeration Setup[outflow]aeration method Diffused[outflow](1)oxygen mass transfer coefficient 0 1/d[outflow](2)oxygen mass transfer coefficient 0 1/d[outflow](3)oxygen mass transfer coefficient 100 1/d[outflow](1)aeration power 200 kW[outflow](2)aeration power 200 kW[outflow](3)aeration power 200 kW[outflow]total air flow (@STP) into tank 1e+05 m3/d[outflow](1)distribution of air flow to aerat... 0.333 -[outflow](2)distribution of air flow to aerat... 0.333 -
FKZ 02WA0215 129
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow](3)distribution of air flow to aerat... 0.333 -General
[outflow](1)alpha factor (for KLa) 0.6 -[outflow](2)alpha factor (for KLa) 0.7 -[outflow](3)alpha factor (for KLa) 0.7 -[outflow]beta factor (for DO saturation) 0.95 -[outflow]temperature coefficient for Kla 1.02 -
Kla[outflow](1)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](2)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](3)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](1)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d[outflow](2)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d[outflow](3)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d
Mechanical[outflow]specific OC 1.3 kgO2/kWh
Diffused[outflow](1)oxygen transfer efficiency 0.07 -[outflow](2)oxygen transfer efficiency 0.07 -[outflow](3)oxygen transfer efficiency 0.07 -
Pumped Flow Control[pump]pumped flow 0.822 L/d[blank]controller .false.[blank]setpoint for control variable 1
Controller Setup[blank]controller form Velocity[blank]controller type PIDcontrol variable blank[blankpump]controller sampling time 999 d[blank]proportional gain 1[blank]integral time 0.01 d[blank]derivative time 0 d[blank]controller effect on control var - direct .true.[blank]derivative kick protection .false.[blank]derivative filtering .false.[blank]cutoff frequency 1e+05 1/d[pump]minimum pumped flow 0 m3/d[pump]maximum pumped flow 100 m3/d
Pumped Flow Control Tuning[blank]tuning .false.[blank]fractional step size 0.1 -[blank]time of step 0.5 d[blank]maximum possible dead time 100 d
Internal Flow Distribution[outflow](1)influent fractions 1 -[outflow](2)influent fractions 0 -[outflow](3)influent fractions 0 -[outflow](1)influent fractions #2 0 -[outflow](2)influent fractions #2 1 -[outflow](3)influent fractions #2 0 -[outflow](1)recycle fractions 1 -[outflow](2)recycle fractions 0 -[outflow](3)recycle fractions 0 -[outflow]internal recycle
From To Flow(L/d)3 2 247
[outflow]internal recycle with carrierFrom To Flow()3 1 0
[outflow](1)Flow from tank # with carrier 0[outflow](2)Flow from tank # with carrier 0[outflow](3)Flow from tank # with carrier 0
/ Composite Variable Stoichiometry /Organic Fractions
[outflow]XCOD/VSS 1.48 gCOD/gVSS
[outflow]BOD5/BODultimate ratio 0.66 gBOD/gBOD
Nutrient Fractions[outflow]N content of inert soluble organic m... 0.01 gN/gCOD[outflow]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[outflow]N content of inert particulate organ... 0.02 gN/gCOD[outflow]N content of slowly biodegradable su... 0.04 gN/gCOD[outflow]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[outflow]P content of inert soluble organic m... 0 gP/gCOD[outflow]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
FKZ 02WA0215 130
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]P content of inert particulate organ... 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of slowly biodegradable su... 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD
/ Model Stoichiometry /Active Heterotrophic Biomass
[outflow]heterotrophic yield 0.55 gCOD/gCOD
Active Poly-P Accumulating Biomass[outflow]poly-P accumulating biomass yield 0.55 gCOD/gCOD
[outflow]poly-P requirement (PO4 release) per... 0.2 gP/gCOD[outflow]PHA requirement for poly-P storage 0.2 gCOD/gP[outflow]maximum ratio of poly-P in poly-P ac... 0.34 gP/gCOD
Active Autotrophic Biomass[outflow]autotrophic yield 0.45 gCOD/gN
Hydrolysis[outflow]fraction of inert COD generated in b... 0.1 gCOD/gCOD
[outflow]production of soluble inerts in hydr... 0 gCOD/gCOD
/ Kinetic /Active Heterotrophic Biomass
[outflow]heterotrophic maximum specific growt... 7 1/d[outflow]lysis and decay rate constant 0.4 1/d[outflow]denitrification reduction factor 0.8 -[outflow]fermentable substrate half saturatio... 4 gCOD/m3[outflow]volatile fatty acids half saturation... 4 gCOD/m3
Active Poly-P Accumulating Biomass[outflow]rate constant for storage of PHA 3 1/d[outflow]rate constant for storage of poly-P 3.5 1/d[outflow]maximum specific growth rate of poly... 1.5 1/d[outflow]poly-P accumulating biomass lysis rate 0.2 1/d[outflow]poly-P lysis rate 0.2 1/d[outflow]PHA lysis rate 0.2 1/d[outflow]reduction factor for anoxic activity 0.8 -[outflow]volatile fatty acids half saturation... 4 gCOD/m3[outflow]phosphorus half saturation coeffici... 0.2 gP/m3[outflow]poly-phosphate half saturation coeff... 0.01 gCOD/gCOD
[outflow]inhibition coefficient for poly-P st... 0.02 gP/gCOD[outflow]PHA half saturation coefficient 0.01 gCOD/gCOD
General Half-Saturation Coefficients[outflow]oxygen half saturation coefficient 0.2 gO2/m3[outflow]nitrate half saturation coefficient 0.5 gN/m3[outflow]ammonium (as a nutrient) half satura... 0.05 gN/m3[outflow]phosphate (as a nutrient) half satur... 0.01 gP/m3[outflow]alkalinity half saturation coefficient 0.1 mole/m3
Active Autotrophic Biomass[outflow]autotrophic maximum specific growth ... 0.87 1/d[outflow]autotrophic decay rate 0.2 1/d[outflow]oxygen half saturation coefficient f... 0.5 gO2/m3[outflow]ammonium (as a substrate) half satur... 1 gN/m3[outflow]alkalinity half saturation coefficie... 0.5 moleHCO3-/m3
Hydrolysis[outflow]hydrolysis rate 3 1/d[outflow]anoxic hydrolysis reduction factor 0.5 -[outflow]anaerobic hydrolysis reduction factor 0.1[outflow]slowly biodegradable substrate half ... 0.1 -
Fermentation[outflow]fermentation maximum rate 3 1/d[outflow]fermentable substrate half saturatio... 4 gCOD/m3
Phosphorus Precipitation[outflow]phosphorus precipitation with metal ... 1 m3/g/d[outflow]redissolution of phosphates rate con... 0.6 1/d[outflow]alkalinity half saturation coefficie... 0.5 moleHCO3-/m3
Temperature[outflow]Temperature coefficient for muh 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bh 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for qpha 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for qpp 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for upao 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for bpao 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bpp 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bpha 1.07 -
FKZ 02WA0215 131
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]Temperature coefficient for muaut 1.11 -[outflow]Temperature coefficient for baut 1.12 -[outflow]Temperature coefficient for kh 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for qfe 1.07 -
=======================================================================================Label: Discharge(18,13) ... Value Unit=======================================================================================Label: User ... Value Unit=======================================================================================Label: System ... Value Unit/ Simulation Setup /
Timestopping time 0 dcommunication interval 0.05 d(1)date and time at t=0 1994 yr(2)date and time at t=0 11 m(3)date and time at t=0 1 d(4)date and time at t=0 0 h(5)date and time at t=0 0 min(6)date and time at t=0 0 sinitial time 0 d
Roundinground seconds to full minutes .false.round minutes to quarter hours .false.
Repeat Runsnumber of reruns 0
DDEclipboard format Xltablewait for DDE transactions 10 msec
Consistency Checkshow process warnings .true.
Process Warningswrite process warnings into file .false.process warnings only once per run .true.
Input Filesinput file extension (in offline mode) datreplace failed data with form value .false.plant #1 name (for data file) blank
Data Filesplant #2 name (for data file) blankplant #3 name (for data file) blankplant #4 name (for data file) blankplant #5 name (for data file) blankplant #6 name (for data file) blankplant #7 name (for data file) blankplant #8 name (for data file) blankplant #9 name (for data file) blankplant #10 name (for data file) blank
Output Filesuse global alarm file .false.alarm file name blank
Real Time Synchronized Modereal time synchronized mode .false.real time acceleration factor 1
/ Model Parameters /Global Model for Influent Composite Calculations
global composite model MantisMantisMantis StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
TwoStepMantisTwoStepMantis StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODASM1
FKZ 02WA0215 132
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
ASM1 StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.086 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.06 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM2dASM2d StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of particulate inert material 0.02 gN/gCODN content of particulate substrate 0.04 gN/gCODN content of soluble inert material 0.01 gN/gCODN content of fermentable substrate 0.03 gN/gCODP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of particulate inert material 0.01 gP/gCODP content of particulate substrate 0.01 gP/gCODP content of soluble inert material 0 gP/gCODP content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
ASM3ASM3 StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of particulate inert material 0.02 gN/gCODN content of particulate substrate 0.04 gN/gCODN content of soluble inert material 0.01 gN/gCODN content of soluble substrate 0.03 gN/gCODP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of particulate inert material 0.01 gP/gCODP content of particulate substrate 0.01 gP/gCODP content of soluble inert material 0 gP/gCODP content of soluble substrate 0.01 gP/gCOD
New GeneralNew General StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCODN content of soluble inert material 0.068 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ReducedReduced StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD
FilamentousStoichiometricFractions for Composite Variables
particulate COD to VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5 TO BODUltimate ratio 0.66 -Nitrogen Content Fractions
N content of active biomass 0.086 gN/gCODFacultative Aerobic Floc-Forming OrganismsA3DXGeneral Stoichiometric ParametersFractions for Composite Variables
FKZ 02WA0215 133
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
Particulate COD to VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5 to BODu ratio 0.66 -Nitrogen Content Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of fermentable substrate (SF) 0.03 gN/gCODN content of inert soluble COD (SI) 0.01 gN/gCODN content of inert particulate COD (XI) 0.02 gN/gCODN content of slowly biodegradable substrate (XS) 0.04 gN/gCOD
Phosphorus Content FractionsP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of fermentable substrate (SF) 0.01 gP/gCODP content of inert soluble COD (SI) 0 gP/gCODP content of inert particulate COD (XI) 0.01 gP/gCODP content of slowly biodegradable substrate (... 0.01 gP/gCOD
/ Physical /Oxygen Solubility (layout-wide settings)
tank depth 0 mliquid temperature 20 Cair temperature 20 Coxygen fraction in air 0.21 -elevation above sea level 0 mbarometric pressure at sea level 1 atmbase temperature 20 Cacceleration of gravity 9.81 m/s2
/ Steady-State /Steady-State Parameters
number of retries on iteration 0error limit on individual variables 1e-10iteration termination criteria 10maximum number of iterations 100000maximum number of unsuccessful iterations 20000
Iteration Search Setupforce iteration even if model converged .false.contract constant 0.982expand constant 1maximum step size in one iteration 0.5damping factor on final approach 1initial perturbation 0.05convergence output interval 200steady-state loop counter initial value 0
Trim Parametersprint value of dsum 1e+10 ddisplay improved iterations only .true.iteration output interval in trim 50000
/ Optimizer /Static
number of optimized parameters 1number of data points (at least 2) 2048parameter tolerance 1e-06objective function tolerance -1e+10scaled termination value for objective function 0.1maximum number of optimizer iterations 200detailed statistical report .false.solution report to file .false.
Optimizer Settingsscaled step size in initial guess 0.2reflection constant 0.95contraction constant 0.45expansion constant 1.9shrink constant 0.5
DynamicDPE timewindow 1e+10 d
Maximum Likelihooderror distribution Normalestimate standard deviations of errors .true.(1)standard deviations of errors 1 unit(2)standard deviations of errors 1 unit(3)standard deviations of errors 1 unit(4)standard deviations of errors 1 unit(5)standard deviations of errors 1 unit(6)standard deviations of errors 1 unit(7)standard deviations of errors 1 unit(8)standard deviations of errors 1 unit(9)standard deviations of errors 1 unit(10)standard deviations of errors 1 unituse specified standard deviations as reference .false.
FKZ 02WA0215 134
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
level of significance 0.05 -heteroscedasticity model .false.(1)heteroscedasticity parameters 0 -(2)heteroscedasticity parameters 0 -(3)heteroscedasticity parameters 0 -(4)heteroscedasticity parameters 0 -(5)heteroscedasticity parameters 0 -(6)heteroscedasticity parameters 0 -(7)heteroscedasticity parameters 0 -(8)heteroscedasticity parameters 0 -(9)heteroscedasticity parameters 0 -(10)heteroscedasticity parameters 0 -
Derivative Informationreport objective function gradient and Hessian .false.report model sensitivity coefficients .false.finite-difference relative perturbation size 1e-07
Confidence Limitsprinting of confidence limits .false.confidence level for confidence limits 0.95 -treat the different target variables as one t... .false.
Significance of the Regressionlevel of significance for significance of reg... 0.05 -
Lack of Fitlack of fit test .false.level of significance for lack of fit test 0.05 -replication sum of squares User Suppliedrelative tolerance used to detect repeat meas... 1e-04 -
User Supplied Replication Sum of Squaresnumber of target variables 1(1)replication sum of squares 1(1)degrees of freedom for replication sum of ... 5
PortmanteauPortmanteau test on weighted residuals .false.level of significance for portmanteau test 0.05 -maximum number of lags used in portmanteau test 20
/ Matlab Link /Matlab Link
Matlab link control .true.Diagnostics
show messages in log window .false.print Matlab output in log window .false.
/ On-Line Operation /On-Line Run
on-line run .false.wait for all data to synchronize .false.waiting period 2 h
Data Transfersend data to simulator module .false.max number of control and output variables 100max number of datapoints 100
Adaptive Data Filter (ADF)max number of ADF coefficients 128
Databasedata base type GPS-Xsampling rate from data base 60 s
CommunicationG2 communication mode .false.network port 22041GFX input mode .false.GFX output mode .false.GFX files in PC format .false.output into Matlab format .false.send warnings to log window .true.send optimizer status to log window .true.send DPE status to log window .true.
/ Numerical /Bounding
number of iterations in IMPL operator 30error bound in IMPL operator 1e-06bottom bound on flows 1e-10 m3/dtop bound on flows 1e+10 m3/dbottom bound on initial concentrations 1e-06 g/m3top bound on initial concentrations 1e+10 g/m3bottom bound on concentrations 0 g/m3top bound on concentrations 1e+10 g/m3bottom bound on derivatives -1e+33 g/m3/dtop bound on derivatives 1e+33 g/m3/d
FKZ 02WA0215 135
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
bottom bound on volumes 1e-10 m3ignore dilution rate below this volume 1e-04 m3ignore dilution rate below this layer thickness 1e-04 mtop bound on volumes 1e+10 m3bottom bound on parameters 1e-10top bound on parameters 1e+10top bound on integers 999999initial iteration on loops 100protect against division by zero 1e-10top bound on exponential (xmin) 1e+03 g/m3
Speedsmooth pump discharge at discontinuities .false.smoothing period 1e-05 dsmooth factor (logistic parameter) 15smooth at flow changes larger than 50 %
/ Miscellaneous /General
pi 3.14controller tuning array size 3000controller sampling time 999 dcontroller damping in steady-state 1e+03 d
SVI correlation coefficientsSVI correlation coeff. 1 710SVI correlation coeff. 2 -4.67SVI correlation coeff. 3 0.018SVI correlation coeff. 4 2.66e-04SVI correlation coeff. 5 -2.85e-06SVI correlation coeff. 6 2.5e-08SVI correlation coeff. 7 -1.62e-04SVI correlation coeff. 8 4.9e-03SVI correlation coeff. 9 6.47e-04
/ Operating Cost /Energy Cost
energy pricing Constant PriceConstant Price
energy price 0.07 $/KWhTime-Based Pricing
number of price levels 2(1)energy price 0 $/KWh(2)energy price 0 $/KWh(1)price level starting hour (24-hour clock) 6(2)price level starting hour (24-hour clock) 18
/ Integration Control /Integration Settings
numerical solver Runge-Kutta-F...initial number of integration steps 50minimum integration step size 1e-30 dmaximum integration step size 0.1 d
FKZ 02WA0215 136
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
10.5.2.3 (MBBR Phase 3) =======================================================================================Label: Inflow(14,13) ... Value Unit/ Influent Stoichiometry /
COD Fractions Model Coefficients[inf]VSS/TSS ratio 0.6 gVSS/gTSS
[inf]soluble fraction of total COD 0.35 -Organic Fractions
[inf]inert fraction of soluble COD 0.1 -[inf]VFA fraction of soluble COD 0.2 -[inf]substrate fraction of particulate COD 0.75 -[inf]unbiodegradable fraction of particulate COD 0 -[inf]heterotrophic biomass fraction of partic... 0 -[inf]autotrophic biomass fraction of particul... 0 -[inf]polyP biomass fraction of particulate COD 0 -[inf]PHA fraction of particulate COD 0 -[inf]stored fraction of particulate COD 0 -[inf]glycogen fraction of particulate COD 0 -
Phosphorus Fractions[inf]ortho-phosphate fraction of soluble phos... 0.9 -[inf]xpp fraction of particulate phosphorus 0 -[inf]xppr fraction of particulate phosphorus 0 -
Nitrogen Fractions[inf]ammonium fraction of soluble TKN 0.9 -[inf]inert fraction of soluble TKN 0 -
Metal Precipitates[inf]metal-hydroxide fraction of inorganic su... 0 -[inf]metal-phosphate fraction of inorganic su... 0 -
Local Model Selection[inf]local model for composite variables .true.[inf]local biological model ASM2d
Influent Fractions[inf]XCOD/VSS ratio 2.2 gCOD/gVSS
[inf]BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Mantis Nutrient Fractions
[inf]N content of active biomass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM1 Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.086 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.06 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM2d Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0.02 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0.04 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.01 gN/gCOD[inf]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0.01 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0.01 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
ASM3 Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[inf]N content of particulate inert material 0.02 gN/gCOD[inf]N content of particulate substrate 0.04 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.01 gN/gCOD[inf]N content of soluble substrate 0.03 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD[inf]P content of particulate inert material 0.01 gP/gCOD[inf]P content of particulate substrate 0.01 gP/gCOD[inf]P content of soluble inert material 0 gP/gCOD[inf]P content of soluble substrate 0.01 gP/gCOD
New General Nutrient Fractions[inf]N content of active biomass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD[inf]N content of soluble inert material 0.068 gN/gCOD[inf]P content of active biomass 0.021 gP/gCOD
FKZ 02WA0215 137
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[inf]P content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD=======================================================================================Label: MBBR(16,13) ... Value Unit/ Physical /
Dimensions[outflow]number of biofilm layers plus one 6[outflow]tanks in series 3[outflow]parallel tanks 1[outflow]volume setup method Individual Vo...
[outflow](1)individual volumes 9.25 L[outflow](2)individual volumes 18.6 L[outflow](3)individual volumes 43.1 L
[outflow]maximum volume 1e+03 m3[outflow](1)volume fractions 0.333 -[outflow](2)volume fractions 0.333 -[outflow](3)volume fractions 0.333 -
Biofilm Related Parameters[outflow]specific surface of media 500 m2/m3[outflow]water displaced by media 0.27 m3/m3[outflow]specific density of media 950 kg/m3[outflow]attached liquid film thickness 0.05 mm[outflow]maximum biofilm thickness 1 mm[outflow](1)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](2)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](3)density of biofilm 1.02e+03 kg/m3[outflow](1)dry material content of biofilm 0.1 -[outflow](2)dry material content of biofilm 0.1 -[outflow](3)dry material content of biofilm 0.1 -
Speed[outflow]soluble integration period 0.05 d[outflow]soluble integration length 0.005 d
High concentration inhibition[outflow]heterotrophic high concentration inh... 3e+04 gCOD/m3[outflow]autotrophic high concentration inhib... 5e+03 gCOD/m3
Local Environment Selection[outflow]use local settings for O2 solubility .false.
Oxygen Solubility (if individual settings are used)[outflow]tank depth 0 m[outflow]liquid temperature 20 C[outflow]air temperature 20 C[outflow]oxygen fraction in air 0.21 -
/ Operational /Aeration Control
[outflow]DO controller .true.[outflow](1)DO setpoint 0[outflow](2)DO setpoint 0[outflow](3)DO setpoint 3.6
Controller Setup[outflow]controller form Velocity[outflow]controller type PID[outflowoutflow]controller sampling time 0.001 d[outflow]proportional gain 100[outflow]integral time 0.1 d[outflow]derivative time 0 d[outflow]control cell (0 to control all) 0[outflow]controller effect on DO - direct .true.[outflow]derivative kick protection .false.[outflow]derivative filtering .false.[outflow]cutoff frequency 1e+05 1/d
Aeration Control Tuning[outflow]tuning .false.[outflow]fractional step size 0.1 -[outflow]time of step 0.5 d[outflow]maximum possible dead time 100 d
Aeration Setup[outflow]aeration method Diffused[outflow](1)oxygen mass transfer coefficient 0 1/d[outflow](2)oxygen mass transfer coefficient 0 1/d[outflow](3)oxygen mass transfer coefficient 100 1/d[outflow](1)aeration power 200 kW[outflow](2)aeration power 200 kW[outflow](3)aeration power 200 kW[outflow]total air flow (@STP) into tank 1e+05 m3/d[outflow](1)distribution of air flow to aerat... 0.333 -[outflow](2)distribution of air flow to aerat... 0.333 -
FKZ 02WA0215 138
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow](3)distribution of air flow to aerat... 0.333 -General
[outflow](1)alpha factor (for KLa) 0.6 -[outflow](2)alpha factor (for KLa) 0.7 -[outflow](3)alpha factor (for KLa) 0.7 -[outflow]beta factor (for DO saturation) 0.95 -[outflow]temperature coefficient for Kla 1.02 -
Kla[outflow](1)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](2)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](3)minimum oxygen mass transfer coef... 0 1/d[outflow](1)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d[outflow](2)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d[outflow](3)maximum oxygen mass transfer coef... 300 1/d
Mechanical[outflow]specific OC 1.3 kgO2/kWh
Diffused[outflow](1)oxygen transfer efficiency 0.07 -[outflow](2)oxygen transfer efficiency 0.07 -[outflow](3)oxygen transfer efficiency 0.07 -
Pumped Flow Control[pump]pumped flow 0.822 L/d[blank]controller .false.[blank]setpoint for control variable 1
Controller Setup[blank]controller form Velocity[blank]controller type PIDcontrol variable blank[blankpump]controller sampling time 999 d[blank]proportional gain 1[blank]integral time 0.01 d[blank]derivative time 0 d[blank]controller effect on control var - direct .true.[blank]derivative kick protection .false.[blank]derivative filtering .false.[blank]cutoff frequency 1e+05 1/d[pump]minimum pumped flow 0 m3/d[pump]maximum pumped flow 100 m3/d
Pumped Flow Control Tuning[blank]tuning .false.[blank]fractional step size 0.1 -[blank]time of step 0.5 d[blank]maximum possible dead time 100 d
Internal Flow Distribution[outflow](1)influent fractions 1 -[outflow](2)influent fractions 0 -[outflow](3)influent fractions 0 -[outflow](1)influent fractions #2 0 -[outflow](2)influent fractions #2 1 -[outflow](3)influent fractions #2 0 -[outflow](1)recycle fractions 1 -[outflow](2)recycle fractions 0 -[outflow](3)recycle fractions 0 -[outflow]internal recycle
From To Flow(L/d)3 2 247
[outflow]internal recycle with carrierFrom To Flow()3 1 0
[outflow](1)Flow from tank # with carrier 0[outflow](2)Flow from tank # with carrier 0[outflow](3)Flow from tank # with carrier 0
/ Composite Variable Stoichiometry /Organic Fractions
[outflow]XCOD/VSS 1.48 gCOD/gVSS
[outflow]BOD5/BODultimate ratio 0.66 gBOD/gBOD
Nutrient Fractions[outflow]N content of inert soluble organic m... 0.01 gN/gCOD[outflow]N content of fermentable substrate 0.03 gN/gCOD[outflow]N content of inert particulate organ... 0.02 gN/gCOD[outflow]N content of slowly biodegradable su... 0.04 gN/gCOD[outflow]N content of active biomass 0.07 gN/gCOD[outflow]P content of inert soluble organic m... 0 gP/gCOD[outflow]P content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
FKZ 02WA0215 139
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]P content of inert particulate organ... 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of slowly biodegradable su... 0.01 gP/gCOD[outflow]P content of active biomass 0.02 gP/gCOD
/ Model Stoichiometry /Active Heterotrophic Biomass
[outflow]heterotrophic yield 0.55 gCOD/gCOD
Active Poly-P Accumulating Biomass[outflow]poly-P accumulating biomass yield 0.55 gCOD/gCOD
[outflow]poly-P requirement (PO4 release) per... 0.2 gP/gCOD[outflow]PHA requirement for poly-P storage 0.2 gCOD/gP[outflow]maximum ratio of poly-P in poly-P ac... 0.34 gP/gCOD
Active Autotrophic Biomass[outflow]autotrophic yield 0.48 gCOD/gN
Hydrolysis[outflow]fraction of inert COD generated in b... 0.1 gCOD/gCOD
[outflow]production of soluble inerts in hydr... 0 gCOD/gCOD
/ Kinetic /Active Heterotrophic Biomass
[outflow]heterotrophic maximum specific growt... 7 1/d[outflow]lysis and decay rate constant 0.5 1/d[outflow]denitrification reduction factor 0.8 -[outflow]fermentable substrate half saturatio... 4 gCOD/m3[outflow]volatile fatty acids half saturation... 4 gCOD/m3
Active Poly-P Accumulating Biomass[outflow]rate constant for storage of PHA 3 1/d[outflow]rate constant for storage of poly-P 3.5 1/d[outflow]maximum specific growth rate of poly... 1.5 1/d[outflow]poly-P accumulating biomass lysis rate 0.2 1/d[outflow]poly-P lysis rate 0.2 1/d[outflow]PHA lysis rate 0.2 1/d[outflow]reduction factor for anoxic activity 0.8 -[outflow]volatile fatty acids half saturation... 4 gCOD/m3[outflow]phosphorus half saturation coeffici... 0.2 gP/m3[outflow]poly-phosphate half saturation coeff... 0.01 gCOD/gCOD
[outflow]inhibition coefficient for poly-P st... 0.02 gP/gCOD[outflow]PHA half saturation coefficient 0.01 gCOD/gCOD
General Half-Saturation Coefficients[outflow]oxygen half saturation coefficient 0.2 gO2/m3[outflow]nitrate half saturation coefficient 0.5 gN/m3[outflow]ammonium (as a nutrient) half satura... 0.05 gN/m3[outflow]phosphate (as a nutrient) half satur... 0.01 gP/m3[outflow]alkalinity half saturation coefficient 0.1 mole/m3
Active Autotrophic Biomass[outflow]autotrophic maximum specific growth ... 0.75 1/d[outflow]autotrophic decay rate 0.2 1/d[outflow]oxygen half saturation coefficient f... 0.5 gO2/m3[outflow]ammonium (as a substrate) half satur... 1 gN/m3[outflow]alkalinity half saturation coefficie... 0.5 moleHCO3-/m3
Hydrolysis[outflow]hydrolysis rate 3 1/d[outflow]anoxic hydrolysis reduction factor 0.5 -[outflow]anaerobic hydrolysis reduction factor 0.1[outflow]slowly biodegradable substrate half ... 0.1 -
Fermentation[outflow]fermentation maximum rate 3 1/d[outflow]fermentable substrate half saturatio... 4 gCOD/m3
Phosphorus Precipitation[outflow]phosphorus precipitation with metal ... 1 m3/g/d[outflow]redissolution of phosphates rate con... 0.6 1/d[outflow]alkalinity half saturation coefficie... 0.5 moleHCO3-/m3
Temperature[outflow]Temperature coefficient for muh 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bh 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for qpha 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for qpp 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for upao 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for bpao 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bpp 1.07 -[outflow]Temperature coefficient for bpha 1.07 -
FKZ 02WA0215 140
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
[outflow]Temperature coefficient for muaut 1.11 -[outflow]Temperature coefficient for baut 1.12 -[outflow]Temperature coefficient for kh 1.04 -[outflow]Temperature coefficient for qfe 1.07 -
=======================================================================================Label: Discharge(18,13) ... Value Unit=======================================================================================Label: User ... Value Unit=======================================================================================Label: System ... Value Unit/ Simulation Setup /
Timestopping time 0 dcommunication interval 0.05 d(1)date and time at t=0 1994 yr(2)date and time at t=0 11 m(3)date and time at t=0 1 d(4)date and time at t=0 0 h(5)date and time at t=0 0 min(6)date and time at t=0 0 sinitial time 0 d
Roundinground seconds to full minutes .false.round minutes to quarter hours .false.
Repeat Runsnumber of reruns 0
DDEclipboard format Xltablewait for DDE transactions 10 msec
Consistency Checkshow process warnings .true.
Process Warningswrite process warnings into file .false.process warnings only once per run .true.
Input Filesinput file extension (in offline mode) datreplace failed data with form value .false.plant #1 name (for data file) blank
Data Filesplant #2 name (for data file) blankplant #3 name (for data file) blankplant #4 name (for data file) blankplant #5 name (for data file) blankplant #6 name (for data file) blankplant #7 name (for data file) blankplant #8 name (for data file) blankplant #9 name (for data file) blankplant #10 name (for data file) blank
Output Filesuse global alarm file .false.alarm file name blank
Real Time Synchronized Modereal time synchronized mode .false.real time acceleration factor 1
/ Model Parameters /Global Model for Influent Composite Calculations
global composite model MantisMantisMantis StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
TwoStepMantisTwoStepMantis StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODASM1
FKZ 02WA0215 141
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
ASM1 StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.086 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.06 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ASM2dASM2d StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of particulate inert material 0.02 gN/gCODN content of particulate substrate 0.04 gN/gCODN content of soluble inert material 0.01 gN/gCODN content of fermentable substrate 0.03 gN/gCODP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of particulate inert material 0.01 gP/gCODP content of particulate substrate 0.01 gP/gCODP content of soluble inert material 0 gP/gCODP content of fermentable substrate 0.01 gP/gCOD
ASM3ASM3 StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of particulate inert material 0.02 gN/gCODN content of particulate substrate 0.04 gN/gCODN content of soluble inert material 0.01 gN/gCODN content of soluble substrate 0.03 gN/gCODP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of particulate inert material 0.01 gP/gCODP content of particulate substrate 0.01 gP/gCODP content of soluble inert material 0 gP/gCODP content of soluble substrate 0.01 gP/gCOD
New GeneralNew General StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCODN content of soluble inert material 0.068 gN/gCODP content of active biomass 0.021 gP/gCODP content of endogenous/inert mass 0.021 gP/gCOD
ReducedReduced StoichiometryOrganic Fractions
XCOD/VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5/BODultimate ratio 0.66 -Nutrient Fractions
N content of active biomass 0.068 gN/gCODN content of endogenous/inert mass 0.068 gN/gCOD
FilamentousStoichiometricFractions for Composite Variables
particulate COD to VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5 TO BODUltimate ratio 0.66 -Nitrogen Content Fractions
N content of active biomass 0.086 gN/gCODFacultative Aerobic Floc-Forming OrganismsA3DXGeneral Stoichiometric ParametersFractions for Composite Variables
FKZ 02WA0215 142
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
Particulate COD to VSS ratio 1.48 gCOD/gVSS
BOD5 to BODu ratio 0.66 -Nitrogen Content Fractions
N content of active biomass 0.07 gN/gCODN content of fermentable substrate (SF) 0.03 gN/gCODN content of inert soluble COD (SI) 0.01 gN/gCODN content of inert particulate COD (XI) 0.02 gN/gCODN content of slowly biodegradable substrate (XS) 0.04 gN/gCOD
Phosphorus Content FractionsP content of active biomass 0.02 gP/gCODP content of fermentable substrate (SF) 0.01 gP/gCODP content of inert soluble COD (SI) 0 gP/gCODP content of inert particulate COD (XI) 0.01 gP/gCODP content of slowly biodegradable substrate (... 0.01 gP/gCOD
/ Physical /Oxygen Solubility (layout-wide settings)
tank depth 0 mliquid temperature 20 Cair temperature 20 Coxygen fraction in air 0.21 -elevation above sea level 0 mbarometric pressure at sea level 1 atmbase temperature 20 Cacceleration of gravity 9.81 m/s2
/ Steady-State /Steady-State Parameters
number of retries on iteration 0error limit on individual variables 1e-10iteration termination criteria 10maximum number of iterations 100000maximum number of unsuccessful iterations 20000
Iteration Search Setupforce iteration even if model converged .false.contract constant 0.982expand constant 1maximum step size in one iteration 0.5damping factor on final approach 1initial perturbation 0.05convergence output interval 200steady-state loop counter initial value 0
Trim Parametersprint value of dsum 1e+10 ddisplay improved iterations only .true.iteration output interval in trim 50000
/ Optimizer /Static
number of optimized parameters 1number of data points (at least 2) 2048parameter tolerance 1e-06objective function tolerance -1e+10scaled termination value for objective function 0.1maximum number of optimizer iterations 200detailed statistical report .false.solution report to file .false.
Optimizer Settingsscaled step size in initial guess 0.2reflection constant 0.95contraction constant 0.45expansion constant 1.9shrink constant 0.5
DynamicDPE timewindow 1e+10 d
Maximum Likelihooderror distribution Normalestimate standard deviations of errors .true.(1)standard deviations of errors 1 unit(2)standard deviations of errors 1 unit(3)standard deviations of errors 1 unit(4)standard deviations of errors 1 unit(5)standard deviations of errors 1 unit(6)standard deviations of errors 1 unit(7)standard deviations of errors 1 unit(8)standard deviations of errors 1 unit(9)standard deviations of errors 1 unit(10)standard deviations of errors 1 unituse specified standard deviations as reference .false.
FKZ 02WA0215 143
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
level of significance 0.05 -heteroscedasticity model .false.(1)heteroscedasticity parameters 0 -(2)heteroscedasticity parameters 0 -(3)heteroscedasticity parameters 0 -(4)heteroscedasticity parameters 0 -(5)heteroscedasticity parameters 0 -(6)heteroscedasticity parameters 0 -(7)heteroscedasticity parameters 0 -(8)heteroscedasticity parameters 0 -(9)heteroscedasticity parameters 0 -(10)heteroscedasticity parameters 0 -
Derivative Informationreport objective function gradient and Hessian .false.report model sensitivity coefficients .false.finite-difference relative perturbation size 1e-07
Confidence Limitsprinting of confidence limits .false.confidence level for confidence limits 0.95 -treat the different target variables as one t... .false.
Significance of the Regressionlevel of significance for significance of reg... 0.05 -
Lack of Fitlack of fit test .false.level of significance for lack of fit test 0.05 -replication sum of squares User Suppliedrelative tolerance used to detect repeat meas... 1e-04 -
User Supplied Replication Sum of Squaresnumber of target variables 1(1)replication sum of squares 1(1)degrees of freedom for replication sum of ... 5
PortmanteauPortmanteau test on weighted residuals .false.level of significance for portmanteau test 0.05 -maximum number of lags used in portmanteau test 20
/ Matlab Link /Matlab Link
Matlab link control .true.Diagnostics
show messages in log window .false.print Matlab output in log window .false.
/ On-Line Operation /On-Line Run
on-line run .false.wait for all data to synchronize .false.waiting period 2 h
Data Transfersend data to simulator module .false.max number of control and output variables 100max number of datapoints 100
Adaptive Data Filter (ADF)max number of ADF coefficients 128
Databasedata base type GPS-Xsampling rate from data base 60 s
CommunicationG2 communication mode .false.network port 22041GFX input mode .false.GFX output mode .false.GFX files in PC format .false.output into Matlab format .false.send warnings to log window .true.send optimizer status to log window .true.send DPE status to log window .true.
/ Numerical /Bounding
number of iterations in IMPL operator 30error bound in IMPL operator 1e-06bottom bound on flows 1e-10 m3/dtop bound on flows 1e+10 m3/dbottom bound on initial concentrations 1e-06 g/m3top bound on initial concentrations 1e+10 g/m3bottom bound on concentrations 0 g/m3top bound on concentrations 1e+10 g/m3bottom bound on derivatives -1e+33 g/m3/dtop bound on derivatives 1e+33 g/m3/d
FKZ 02WA0215 144
Integration von Aufwuchskörpern in Belebungsanlagen 10. Anhang
bottom bound on volumes 1e-10 m3ignore dilution rate below this volume 1e-04 m3ignore dilution rate below this layer thickness 1e-04 mtop bound on volumes 1e+10 m3bottom bound on parameters 1e-10top bound on parameters 1e+10top bound on integers 999999initial iteration on loops 100protect against division by zero 1e-10top bound on exponential (xmin) 1e+03 g/m3
Speedsmooth pump discharge at discontinuities .false.smoothing period 1e-05 dsmooth factor (logistic parameter) 15smooth at flow changes larger than 50 %
/ Miscellaneous /General
pi 3.14controller tuning array size 3000controller sampling time 999 dcontroller damping in steady-state 1e+03 d
SVI correlation coefficientsSVI correlation coeff. 1 710SVI correlation coeff. 2 -4.67SVI correlation coeff. 3 0.018SVI correlation coeff. 4 2.66e-04SVI correlation coeff. 5 -2.85e-06SVI correlation coeff. 6 2.5e-08SVI correlation coeff. 7 -1.62e-04SVI correlation coeff. 8 4.9e-03SVI correlation coeff. 9 6.47e-04
/ Operating Cost /Energy Cost
energy pricing Constant PriceConstant Price
energy price 0.07 $/KWhTime-Based Pricing
number of price levels 2(1)energy price 0 $/KWh(2)energy price 0 $/KWh(1)price level starting hour (24-hour clock) 6(2)price level starting hour (24-hour clock) 18
/ Integration Control /Integration Settings
numerical solver Runge-Kutta-F...initial number of integration steps 50minimum integration step size 1e-30 dmaximum integration step size 0.1 d
FKZ 02WA0215 145