Entfernung von Algen und organischem Gesamtkohlenstoff in Entsalzungsanlagen

• 1. Einleitung
• 2. Vorbehandlung von Meerwasser mit Algen und Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC)
• 3. Behandlung von Abwasser mit hohem Phosphor- und TOC-Gehalt mittels DAF und MBR
• 4. Zusammenfassung

1. Vermehrung schädlicher Algen und Vorhandensein von organischem Gesamtkohlenstoff (TOC)

Bestimmte Umweltbedingungen, wie beispielsweise warmes Wetter, begünstigen das Algenwachstum in Oberflächengewässern.

In anderen Fällen entsteht Algenwachstum durch eine unsachgemäße Entsorgung von Abwasser in die Umwelt. Algen wachsen bei Vorhandensein von Nährstoffen (Stickstoff und Phosphor) sowie bei geeigneten Lichtverhältnissen, pH-Werten und Temperaturen. Mit steigender Phosphorkonzentration in einem Gewässer nimmt auch das Wachstum dieser Algen zu.

Die Eindämmung der Ausbreitung schädlicher Algen stellt eine große ökologische Herausforderung dar. Es ist unerlässlich, die Phosphorkonzentration zu senken, da dies der Hauptfaktor ist, der zu diesem Problem beiträgt. Darüber hinaus müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die wachsenden Algenkolonien zu beseitigen.

Es gibt chemische Zusatzstoffe, die in Gewässer eingeleitet werden können, um das Algenwachstum zu verhindern, doch auf diese Weise wird der schwimmende grüne Teppich aus Feststoffen nicht beseitigt. Wirksamer ist es, diese physikalisch zu entfernen und die Phosphorkonzentration im Wasser zu senken. Ein Verfahren, das gute Ergebnisse bei der Eindämmung von Algenblüten liefert, ist die Flotation gelöstengelöstem Luft (DAF).

Der Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) ist ein direkter Maßstab für den in einer Wasserprobe enthaltenen organischen Kohlenstoff, der sowohl gelöste organische Stoffe als auch Schwebstoffe umfasst. Im Gegensatz zu BSB und CSB unterscheidet der TOC nicht zwischen biologisch abbaubarem und nicht biologisch abbaubarem organischem Material, sondern misst lediglich die Gesamtmenge an organischem Kohlenstoff in einer Probe.

2. Vorbehandlung von Meerwasser in Entsalzungsanlagen

Bei der Meerwasserentsalzung ist eine geeignete Vorbehandlung erforderlich, da verhindert werden muss, dass Algen, TOC, Kohlenwasserstoffe, Öle und Fette in die Entsalzungsmembranen gelangen.

Die für die Meerwasserentsalzung eingesetzten Membransysteme sind anfällig für Verschmutzungen und Verstopfungen durch diese Verunreinigungen, da diese ihre Lebensdauer und Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Um diese Probleme zu vermeiden, muss das Meerwasser vor dem Eintritt in die Umkehrosmoseanlage einer Vorbehandlung unterzogen werden.

Desinfektion, mechanische Siebung und pH-Wert-Einstellung

Die Desinfektion durch Oxidation wird eingesetzt, um biologisches Wachstum zu verhindern, das zu einer Verschmutzung von Filtern und Membranen führt. Aufgrund seiner geringen Kosten und seiner Wirksamkeit ist Chlor das am häufigsten verwendete Oxidationsmittel; allerdings ist ein anschließender Entchlorungsprozess erforderlich, um Restchlor im Durchfluss zu vermeiden, da dieses Oxidationsmittel die Membranen angreift. Zudem ist zu beachten, dass die Reaktionsprodukte (Chloramine, Trihalogenmethane usw.) in bestimmten Konzentrationen toxisch sind.

Beim Siebverfahren wird ein Netz oder ein Gitter in die Meerwasserzulaufleitung eingesetzt. Pflanzen und andere Abfälle bleiben in den Gittern hängen und werden mit einem Rechen oder ähnlichen Werkzeugen entfernt.

Der pH-Wert von Meerwasser ist in der Regel alkalisch, doch die Leistung von Umkehrosmosemembranen ist bei niedrigen pH-Werten optimal. Es ist unerlässlich, den pH-Wert des Wassers zwischen 5,5 und 6,0 zu halten. Dies wird durch die Zugabe eines Säuerungsmittels erreicht, das die Ausfällung von Salzen verhindert und zudem die Flockenbildung fördert. Die Einstellung des pH-Werts ist sowohl für die Algenbekämpfung als auch für die Entfernung des gesamten organischen Kohlenstoffs von Vorteil.

Es wird nicht empfohlen, bei einem pH-Wert unter 5,5 zu arbeiten, da die Zellen dabei aufbrechen und intrazelluläre Substanzen freisetzen, die an den Membranen haften bleiben und sogar mit dem Permeat austreten können.

Gerinnung und Ausflockung

Der Hauptzweck des Koagulations- und Flockungsprozesses besteht darin, Trübungen und Schwebstoffe zu entfernen. Während dieses Prozesses wird dem Wasser ein Koagulierungsmittel zugesetzt, um die Polarität der elektrisch geladenen Partikel (Kolloide) zu neutralisieren. Die Art des Koagulierungsmittels und seine optimale Dosierung werden durch die Durchführung eines Jar-Tests mit dem Wasser ermittelt. Die am häufigsten verwendeten Koagulierungsmittel sind Aluminiumverbindungen, Eisensalze (Eisensulfat, Eisenchlorid) und Aluminiumsalze (PAC und Aluminiumsulfat).

Die Algenzellen müssen vollständig destabilisiert werden, damit die Aufbereitung ihre maximale Wirksamkeit entfalten kann. Dies wird durch die richtige Dosierung von Koagulierungs- und Flockungsmitteln sowie durch die Einstellung eines pH-Werts erreicht, der für die verabreichte Koagulierungsmitteldosis optimal ist.

Flotation mit gelöstem Luft (DAF)

In der Flotationsstufe werden Partikel, Algenzellen, Öle und Fette an die Oberfläche getrieben und entfernt. Auch die in der Koagulations- und Flockungsstufe gebildeten Flocken werden entfernt.

DAF-Anlagen haben bei Entsalzungsprozessen zur Trinkwassergewinnung an Beliebtheit gewonnen, da sie den Platzbedarf reduzieren, die Betriebs- und Wartungskosten senken und gleichzeitig die Reinigungsergebnisse verbessern.

Bei SIGMADAF haben wir spezielle DAF-Anlagen für diese Anwendung (SEADAF) entwickelt, die die Prinzipien der Flotation und Sedimentation mittels gelöster Luft mit einer optimalen Anlagenkonstruktion verbinden.         

Die für den Bau dieser Anlagen verwendeten Materialien müssen der starken Korrosion durch Meersalze (im Wesentlichen NaCl) standhalten. Daher wird für den Bau des Tanks und der Auskleidungen in der Regel Polypropylen verwendet, während für die Metallteile Edelstahl der Güteklasse AISI 316L zum Einsatz kommt. Diese Materialien gewährleisten eine lange Lebensdauer dieser DAF-Systeme.

Die Effizienz der Algenentfernung mit einem System, das Koagulation und Flockung, pH-Regulierung, ein DAF-System und Schwerkraftfiltration umfasst, liegt bei über 99 %. Wird zusätzlich ein Ultrafiltrationsmembransystem (UF) eingesetzt, nähert sich die Leistung 100 %.

3. Aufbereitung von Wasser mit hohem Phosphorgehalt und hohem Gehalt an organischem Kohlenstoff mittels DAF und MBR

Wie wir zu Beginn des Artikels bereits erwähnt haben, muss die Einleitung von Phosphor in die Umwelt vermieden werden, da dieser zum unkontrollierten Wachstum von Algenkolonien beiträgt.

Häufig trifft man auf Abwasser mit einem hohen Phosphorgehalt, sei es in kolloidaler Form oder in Lösung, sowie auf eine hohe TOC-Konzentration. Dies ist typischerweise bei kommunalen Abwässern und bei Abwässern aus landwirtschaftlichen Betrieben der Fall.

Um das Abwasser ordnungsgemäß zu reinigen, ist ein Koagulations-/Flockungsprozess erforderlich, bei dem der pH-Wert eingestellt und Ca(OH)_₂ zugesetzt wird, falls weiterhin Phosphor in gelöster Form vorhanden ist.

Das vorbehandelte Abwasser wird einer Zweitbehandlung zugeführt, die aus einem biologischen Belüftungssystem und einer Abscheidung von Schlamm und Schwebstoffen besteht.

Membranbioreaktoren (MBR) bieten eine hohe Effizienz bei der Behandlung geringer bis mittlerer Durchflussmengen mit hohen TOC-Konzentrationen. Ein MBR-Reaktor besteht aus einem aeroben Bioreaktor mit einer Belüftungsanlage und einer Ultrafiltrationsmembrananlage (UF), in der die Biomasse abgetrennt und rezirkuliert wird.

Da die Biomasse vollständig in der Membran zurückgehalten und in den Reaktor zurückgeführt wird, werden im Inneren des Reaktors sehr hohe Konzentrationen erreicht (die fünfmal höher sind als bei herkömmlichen Systemen).

Diese Ergebnisse werden durch kurze Verweildauern, eine außergewöhnliche Abbaukapazität, einen minimalen Platzbedarf und eine bemerkenswerte Qualität des gereinigten Abwassers erzielt.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der höheren Biomassekonzentration ergibt, ist die Möglichkeit, Schwankungen der Schadstoffbelastung abzufedern, ohne die Biomasse zu schädigen. Kurzzeitige Schwankungen von bis zu 10 g/l BSB am Reaktoreinlauf haben kaum Einfluss auf den Prozess. Dank dieser Pufferkapazität wird eine gleichbleibende Qualität des behandelten Abwassers gewährleistet.

In einem MBR-System kann eine Sauerstoffzufuhrrate von 200 mg O₂/l/h erreicht werden, ein Wert, der weit über dem liegt, der in herkömmlichen Reaktoren erzielt wird. Durch die vollständige Suspension der Mikroorganismen (ohne Flockenbildung) entsteht eine große Oberfläche, die es ermöglicht, dass der im Medium strömende Sauerstoff von den Mikroorganismen direkt auf dem kürzesten Weg aufgenommen wird. Dies erleichtert es den Bakterien, eine hohe Stoffwechselrate zu erreichen.

Die Durchmischung des Reaktorvolumens erfolgt im Belüftungssystem mittels Feinstblasendiffusoren. In dieser Phase kommt der Bildung kleiner Blasen, die sich mit dem gesamten Volumen vermischen, besondere Bedeutung zu.

In einem System mit eingetauchten Membranen erfolgt die kontinuierliche Umwälzung des Reaktorvolumens durch die Ultrafiltrationsmembrankammer, die an den Belüftungsreaktor angeschlossen ist. In dieser Kammer werden die UF-Membranen entweder direkt in die Biomasse eingetaucht oder außerhalb in geeigneten Behältern unter Einsatz einer Zwischenpumpe angeordnet. Am häufigsten werden Membranpakete verwendet, die in einem Behälter eingetaucht sind.

MBR-Anlagen sind eine Weiterentwicklung der Belebtschlammanlagen, da sie den biologischen Abbauprozess mit der Fest-Flüssig-Trennung durch Membranfiltration kombinieren. MBR-Anlagen gehören zu den effizientesten Technologien für die Behandlung von Abwasser mit hohen Phosphor- und TOC-Belastungen. 

4. Zusammenfassung

Ein Überschuss an Nährstoffen (vor allem Phosphor) und organischem Gesamtkohlenstoff (TOC) in bestimmten Abwässern oder im Meerwasser kann erhebliche Umweltprobleme verursachen, da dies in Abwässern zur Eutrophierung führt, was wiederum Sauerstoffmangel und das Absterben von Wasserpflanzen und -tieren zur Folge hat, und bei Entsalzungsanlagen zur Verstopfung der Umkehrosmosemembranen.

In diesem Artikel werden Behandlungslösungen vorgestellt, die auf Technologien und Anlagen basieren, über die SIGMADAF verfügt (DAF / SEADAF / SMBR) und die sich bei diesen problematischen Schadstoffen als äußerst effizient erwiesen haben.

Diese Technologien dienen folgenden Zwecken:

• Senkung der Kosten für Energie, Arbeitskräfte, Reagenzien und Ausrüstung.
• Hohe Reinigungsleistung
• Geringer Platzbedarf
• Einfacher Betrieb und Wartung
• Senkung der Kosten für Energie, Arbeitskräfte, Reagenzien und Ausrüstung.

Literaturverzeichnis und Quellenangaben

https://www.frcsystems.com/es/algae-removal-using-dissolved-air-flotation-daf/

https://sigmadafclarifiers.com/aplicaciones-daf/