Behandlung von Industrieabwässern mittels des hocheffizienten biologischen FBR-Systems

• 1. Einleitung: FBR – biologisches Abwasserbehandlungssystem
• 2. Vorteile eines FBR-Systems
• 3. Erfolgsbeispiele zur Abwasserbehandlung mit FBR-Systemen
  • 3.1. Biologische Abwasserbehandlung in der Malzverarbeitungsindustrie unter Einsatz eines FBR-Systems 
  • 3.2. Biologische FBR-Behandlung von Abwasser aus der Milchindustrie
  • 3.3. Biologische FBR-Behandlung von Abwässern aus der Lebensmittelindustrie
  • 3.4. Vollständige RANC- und FBR-Behandlung von Abwässern aus der Lebensmittelindustrie
  • 3.5. Installation eines SIGMA-DAF-Klärbeckens als Teil eines FBR-Verfahrens in der Abwasserbehandlung der Fleischindustrie
  • 3.6. Vollständige Abwasserbehandlung aus der Fleischindustrie mittels eines biologischen SIGMA-FBR-Systems

^{1. Einleitung: FBR – biologisches Abwasserbehandlungssystem}

Das FBR-System (Flotation-Bioreaktor)istein biologisches Abwasserbehandlungssystem, das eine kontinuierliche und kompakte Entfernung von Schadstoffen ermöglicht.

Diese platzsparenden Systeme sind bei der Entfernung organischer Verbindungen und anderer biologisch abbaubarer Schadstoffe effizienter und erzeugen weniger Schlamm als herkömmliche Belebtschlammsysteme.

Das Abwasser, das zuvor durch Siebung und Entfernung von Fetten und Ölen vorbehandelt wurde, wird in einen biologischen Belüftungsreaktor geleitet, wo die Schadstoffe im Wasser mit Mikroorganismen in Kontakt kommen, die diese unter Sauerstoffzufuhr abbauen.

Der Sauerstoff wird über Belüftungssysteme wie Feinblasen-Diffusoren, Grobblasen-Diffusoren, JET-Systeme usw. zugeführt. Die Regelung der Sauerstoffkonzentration und der Temperatur im Reaktor ist entscheidend, um den Mikroorganismen optimale Bedingungen für den Abbau von Schadstoffen zu bieten.

Durch die im Reaktor ablaufenden biologischen Reaktionen werden die Schadstoffe in Kohlendioxid, Wasser und Zellwachstum der Biomasse umgewandelt. Eine Pumpe befördert das Gemisch aus Schlamm und gereinigtem Wasser in die nächste Klärstufe.

Das Klärsystem eines FBR ist speziell darauf ausgelegt, die Biomasse vom geklärten Wasser abzutrennen. Dazu wird ein Flotationssystem mit gelöstem Sauerstoff eingesetzt, das diese Trennung vornimmt; dieser Vorgang wird in der Regel durch den Einsatz von Polyelektrolyten unterstützt und optimiert.

Wenn der Schlamm in einer Flockungsanlage mit einem Polyelektrolyten in Kontakt gebracht wird, wird die Bildung von Biomasseflocken begünstigt, die sich in der DAF-Anlage leicht abscheiden lassen.

Durch die Klärung mit DAF-Anlagen lässt sich eine wesentlich höhere Konzentration an abgeschiedenem Schlamm erzielen als mit herkömmlichen Absetzbecken, wobei ein Trockensubstanzgehalt von bis zu 5 % erreicht werden kann.

In einer DAF-Anlage entstehen Mikroblasen mit einem Durchmesser von 30 bis 50 Mikrometern, die sich an die Biomasseflocken anlagern und diese an die Oberfläche der DAF-Anlage treiben, wo sie durch einSkimmer-System abgeschieden werden.

Das sedimentierbare Material sinkt in den Sedimentbehälter am Boden der DAF-Anlage ab und wird über das Schlammabsaugsystem abgeführt. Der biologische Schlamm wird teilweise in den biologischen Reaktor zurückgeführt und teilweise abgelassen. Da dieser Schlamm hochkonzentriert ist, lassen sich im Reaktor sehr hohe Biomassekonzentrationen erreichen, was zu einer höheren Abbauleistung der Schadstofflast führt.

Die DAF-Anlage erzeugt perfekt geklärtes Wasser, das unter Einhaltung der Einleitungsvorschriften abgeleitet werden kann.

Ein Teil des Schlamms wird nicht abgelassen, sondern in den biologischen Reaktor zurückgeführt, um eine stabile Biomassekonzentration aufrechtzuerhalten, während ein anderer Teil als Abzug entnommen wird.

Mit den von SIGMADAF entwickelten und hergestellten FBR-Systemen lassen sich die in den geltenden Gesetzen festgelegten Einleitungsgrenzwerte effizient einhalten.

2. Vorteile eines FBR-Systems

• Durchflussmenge und gleichbleibende Qualität des geklärten Abwassers.
• Hohe Zuverlässigkeit und Prozessstabilität, da das DAF-System unempfindlich gegenüber Schwankungen in der Schlammqualität ist.
• Es handelt sich um kompakte Anlagen, und der Reaktor ist kleiner als bei einem herkömmlichen Belebtschlammsystem gleicher Kapazität, da die im Reaktor erreichbare Biomassekonzentration wesentlich höher ist.
• Eine DAF-Anlage ist kleiner als ein herkömmlicher Absetzbehälter und erfordert weniger Bauarbeiten und Geländeveränderungen.
• Der mit einem DAF-System gewonnene Schlamm weist einen Trockensubstanzgehalt von 3 % bis 5 % auf, was einer deutlich höheren Konzentration entspricht als bei herkömmlichen Absetzbecken. Das Schlammvolumen ist geringer, was zu Einsparungen bei den Kosten für die Entsorgung und die Entwässerung führt.
• Sie finden in zahlreichen Industriezweigen Anwendung: Fleischverarbeitung und Schlachthöfe, Lebensmittelverarbeitung, Fischverarbeitung, Milchwirtschaft, Herstellung von Säften und zuckerhaltigen Getränken, Konditorei und Bäckerei, Textil- und Färbeindustrie, Öl- und Chemieindustrie, Pharmaindustrie usw.

3. Erfolgsbeispiele bei der Abwasserbehandlung mit FBR-Systemen

Im Folgenden stellen wir sechs Erfolgsbeispiele vor,beidenen mit FBR-Systemen hervorragende Ergebnisse bei der Behandlung von Industrieabwässern erzielt wurden.

3.1. Biologische Abwasserbehandlung in der Malzverarbeitungsindustrie unter Einsatz eines FBR-Systems 

Jahr:2011

Projektstandort:Cargill-Werksgeländein Villaverde, Madrid.

Ziele: ·Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen an die Abwasserableitung. Möglichkeit, die Anlage an sich ändernde Anforderungen anzupassen, die sich aus der Erweiterung der Produktionsstätte ergeben.

Installierte Anlagen: einSieb- und Homogenisierungssystem; ein aerobischer Reaktor mit JET-Belüftungssystemen und einem Nährstoffdosiersystem; ein SIGMA PFL-Koagulations-Flockungssystem mit einem Polyelektrolyt-Dosiersystem; ein DAF-Klärsystem mit einer SIGMA DAF FPAC-120-Anlage; vollständige Schlammbehandlung mittels Eindickungsbecken und Zentrifugaldekanter; Instrumentierung, Steuerungs- und Automatisierungssysteme für den gesamten Prozess.

Kapazität:1000^m³/Tag.

COD	DBO5	NTK	Phosphor insgesamt
4000 mg/L	2000 mg/L	100 mg/l	20 mg/l

Abbau des CSB	Abbau von BSB5	Abbau von TKN	Gesamtphosphorabbau
> 75%	> 75%	> 50%	> 50%

Szenario

Cargill ist weltweit führend in der Herstellung von Lebensmitteln, landwirtschaftlichen Produkten und Dienstleistungen, wobei die Malzverarbeitung zu seinen Spezialgebieten zählt. In der Malzverarbeitung werden große Mengen Wasser für die Reinigung und Aufbereitung der Zwischen- und Endprodukte verwendet. Dieses Wasser zeichnet sich durch eine hohe biologische Abbaubarkeit aus, was den Einsatz biologischer Behandlungsverfahren mit hoher Wirksamkeit ermöglicht.

SIGMADAF hat eine komplette Anlage zur Behandlung der in der Malzverarbeitungsfabrik in Villaverde (Madrid) anfallenden Abwässer entworfen und installiert. Die Anlage umfasst folgende Verfahren:

• Ein belüftetes biologisches System zur Entfernung organischer Stoffe und Nährstoffe.
• Am Ausgang des biologischen Reaktors ist eine Schlammabscheidungsanlage installiert, die auf Koagulation und Flockung basiert und eine DAF-Flotationsklärung umfasst.

Mit diesen Anlagen lassen sich Schlämme erzielen, deren Trockensubstanzgehalt drei- bis viermal höher ist als bei herkömmlichen Belebtschlamm- und Sedimentationssystemen.

Nach dem Durchlaufen des Abwassers durch die Flotationsanlage SIGMA DAF FPAC-120 erhält man:

• Ein vollkommen geklärtes Wasser, das unter Einhaltung der Einleitungsvorschriften abgeleitet werden kann.
• Ein Schlamm, der zum Teil in den biologischen Reaktor zurückgeführt wird, um eine stabile Biomassekonzentration aufrechtzuerhalten, und zum Teil als Abzug entnommen wird.

Durch die Zugabe von Polyelektrolyt zum Klärsystem lassen sich leicht abtrennbare Biomasseflocken bilden; zudem wird eine hohe Biomassekonzentration im Reaktor erreicht, wodurch eine höhere Leistung erzielt wird als bei anderen biologischen Systemen mit suspendierter Biomasse

Darüber hinaus entwickelt und installiert SIGMADAF Anlagen zur Aufbereitung des anfallenden Schlamms durch Entwässerung mittels eines Zentrifugalabscheiders.

Prozessdiagramm

3.2. Biologische FBR-Behandlung von Abwasser aus der Milchindustrie

Jahr:2009

Projektstandort: Betriebsstättevon HELADOS ESTIU S.A. in Ribarroja, Valencia.

Ziele: Entfernung der organischen Belastung aus der Vorbehandlung zur anschließenden Einleitung des Abwassers in den Abwasserkanal.

Installierte Anlagen:Homogenisierungs- und Belüftungsbecken (biologisch); AQUAJET-Belüftungs- und Rezirkulationssystem für den biologischen Behandlungsbehälter; SIGMA PFL-Inline-Flockungssystem; SIGMA DAF FPAC-PWL-Dissolved-Air-Flotationssystem; Schlammverdickungsbehälter und Entwässerung mittels Zentrifugaldekanter; Dosieranlagen für Chemikalien und Nährstoffe; Steuerungs- und Automatisierungstechnik.

Kapazität:1000^m³/Tag.

COD	DBO5
4500 mg/l	2500 mg/l

Abbau des CSB	Trockensubstanzgehalt des zentrifugierten Schlamms
90%	> 50%

Szenario

Helados ESTIU S.A. ist ein Eishersteller. Das Abwasser des Unternehmens weist eine sehr hohe Schlammbelastung auf. Die Anlage verfügt bereits über eine Vorbehandlung, doch der Kunde möchte eine biologische Behandlung hinzufügen, um die organische Belastung zu beseitigen und die Einleitungsgrenzwerte für den öffentlichen Abwasserkanal einzuhalten.

SIGMA hat ein FBR-Verfahren entwickelt und installiert, das einen Belüftungsreaktor umfasst, in dem organisches Material durch Adsorption und Agglomeration in mikrobielle Flocken umgewandelt wird, sowie eine DAF-Anlage zur Abscheidung der Biomasse durch Flockung und Nachklärung. Mit diesen Spezialanlagen lassen sich Schlämme erzielen, deren Trockensubstanzgehalt drei- bis viermal höher ist als bei herkömmlichen Systemen.

Das Flotationssystem SIGMA DAF FPAC-PWL ist ein modulares System, das sich leicht erweitern lässt und sich hervorragend an unterschiedliche Biomassekonzentrationen anpassen lässt.

SIGMA installierte zudem eine komplette Schlammbehandlungsanlage: Eindickung und Entwässerung in einem Zentrifugalabscheider.

Prozessdiagramm

3.3. Biologische FBR-Behandlung von Abwässern aus der Lebensmittelindustrie

Jahr:2010

Standort des Projekts: Werkvon Tostaderos Sol de Alba S.A.

Ziele:Installation einer biologischen Kläranlage im Anschluss an die bestehende Vorbehandlung, um die Einleitungsgrenzwerte einzuhalten.

Installierte Anlagen:Homogenisierungs- und Belüftungsbecken (biologische Behandlung); MTJET-Belüftungs- und Umwälzsystem für das biologische Behandlungsbecken; SIGMA DAF FPAC-PWL-35-Flotationsanlage; Dosieranlagen für Nährstoffe und Polyelektrolyte; Steuerungs- und Automatisierungstechnik.

Kapazität:430^m³/Tag.

COD	DBO5	Gesamtstickstoff
4000 mg/L	1000 mg/l	60 mg/l

Abbau des CSB	Abbau von BSB5	Gesamtstickstoffentfernung
> 60%	> 88%	> 56%

Szenario

In den Anlagen von Tostaderos Sol de Alba S.A., wo frittierter Mais hergestellt wird, ist eine Vorbehandlung des Abwassers vorhanden, die jedoch nicht ausreicht, um die Einleitungsauflagen zu erfüllen. Es wird eine biologische FBR-Anlage entworfen und installiert, die mit dem Abwasser aus dieser Vorbehandlung gespeist wird.

3.4. Vollständige RANC- und FBR-Behandlung von Abwässern aus der Lebensmittelindustrie

Jahr:2016

Standort des Projekts: TiefkühlfabrikNavarra in Fustiñana, Navarra.

Ziele: Einrichtungeiner umfassenden Abwasserbehandlung für die Abwässer aus den Gemüseverarbeitungsanlagen, um die Einleitungsvorschriften zu erfüllen.

Eine flexible Aufbereitungsmethode, die sich an die starken Schwankungen und saisonalen Schwankungen des Abwassers anpasst, sowohl hinsichtlich der Durchflussmenge als auch der organischen Belastung.

Installierte Anlagen:Pump-, Sieb- und Sandabscheidesysteme für Abwasser; Homogenisierungsbehälter; anaerober Reaktor SIGMA RANC; Gasfilter; Klärbecken SIGMA BIODAF-FPBC-PWF; aerobischer Belebtschlammreaktor; Nachklärbecken SIGMA BIODAF 200-TWIN; Flockungssysteme SIGMA PFL; Schlammbehandlungssystem mittels Entwässerung mit Zentrifugalabscheider. Steuerungs- und Automatisierungssysteme.

Kapazität:1300^m³/Tag.

COD	DBO5	SST	N-NTK
15.000 mg/l	8000 mg/l	2000 mg/L	175 mg/l

Abbau des CSB	Beseitigung von SST	Eliminierung von N-NTK
> 96%	> 97%	> 91%

Szenario

Congelados de Navarra S.A. ist ein Unternehmen, das sich auf die Verarbeitung von Gemüse zum anschließenden Einfrieren spezialisiert hat. Das Abwasser weist einen hohen Gehalt an biologisch abbaubaren organischen Verbindungen auf, weshalb eine komplette biologische Kläranlage entworfen und installiert wurde, um die Einleitungsgrenzwerte einzuhalten.

Es werden zwei biologische Verfahren in Reihe geschaltet: eine anaerobe Vergärung mit einem SIGMA-RANC-Reaktor und eine aerobe Behandlung mit einem SIGMA-FBR. Die Anlage umfasst außerdem eine Gasfilteranlage und eine umfassende Schlammbehandlung. Angesichts der saisonalen Schwankungen bei der Gemüseproduktion ist die Anlage robust, aber flexibel und kann sich an Produktionsänderungen sowohl hinsichtlich des Durchflusses als auch der Wasserbeschaffenheit anpassen (das Wasser stammt aus der Verarbeitung einer großen Vielfalt an Gemüsesorten: Blumenkohl, Brokkoli, Reis, Kartoffeln, Erbsen, Karotten usw.).

Der anaerobe RANC-Vergärungsprozess findet in einem Kontakt-Aufstromreaktor statt, in dem organische Verbindungen unter anaeroben Bedingungen abgebaut werden, wobei CSB und BSB₅ hauptsächlich in Biogas umgewandelt werden und nur sehr wenig Schlamm anfällt. Der anaerobe Schlamm wird durch Flotationsklärung in einem SIGMA BIODAF-FPBC-PWF-System abgetrennt. Das erzeugte Biogas wird in einem Filter behandelt, um Schwefelwasserstoff zu entfernen.

Das FBR-Verfahren (Flotation Bio-Reactor) besteht aus einem Belüftungsreaktor, in dem die biologische Behandlung unter Sauerstoffzufuhr stattfindet. Bei diesem biologischen Verfahren wird die organische Substanz, die im anaeroben Reaktor nicht abgebaut wurde, durch Adsorption und Agglomeration in mikrobielle Flocken umgewandelt. Diese Biomasseflocken werden durch Koagulation, Flockung und sekundäre Klärung mittels DAF-Flotation in einer SIGMA BIODAF 200-TWIN-Anlage abgetrennt.

Die Flotationskläranlagen der SIGMA BIODAF-Reihe sind Spezialanlagen, die sich durch eine höhere Zuverlässigkeit bei der Behandlung von schaumigem Schlamm mit geringer Sedimentationsgeschwindigkeit auszeichnen.

Der bei beiden Klärprozessen anfallende Schlamm wird gemeinsam durch Entwässerung in einem Zentrifugalabscheider behandelt.

3.5. Installation eines SIGMA-DAF-Klärbeckens als Teil eines FBR-Verfahrens in der Abwasserbehandlung der Fleischindustrie

Jahr:2019

Standort des Projekts: CárnicasMedina in Valencia.

Ziele:Installation einer Nachkläranlage im Anschluss an die bereits vorhandene biologische Kläranlage.

Installierte Anlagen:Inline-Koagulations- und FlockungssystemSIGMA PFL-180, DAF-System FPAC160/200.

Kapazität:200^m³/Tag

SST	Öle und Fette
4500 mg/l	500 mg/l

Beseitigung von SST	Entfernung von Ölen und Fetten
90%	90%

Szenario

Cárnicas Medina ist ein führendes Unternehmen in der Fleischbranche. Die Anlage in Valencia verfügt über eine Kläranlage mit biologischer Abwasserbehandlung und benötigt die Installation einer Anlage zur Nachklärung.

Das FBR-Verfahren („Flotation Bio-Reactor“) besteht aus einem bereits in der Anlage vorhandenen biologischen Reaktor, in dem die Entfernung organischer Stoffe erfolgt, gefolgt von einem kombinierten Koagulations- und Flockungsvorgang sowie einer anschließenden Klärung.

Die Koagulation und Flockung erfolgt in einer SIGMA PFL-180-Anlage, in die ein Koagulierungsmittel zugegeben wird, um die im biologischen Reaktor entstandene Biomasse zu bündeln, sowie ein Flockungsmittel (Polyelektrolyt), um aus diesen Biomasseagglomeraten größere Flocken zu bilden.

Die Klärung mittels eines DAF-Systems ermöglicht die Abscheidung der gebildeten Flocken.

DAF-Systeme werden eingesetzt, um Öle, Fette, Feststoffe und Flocken abzuscheiden, die nicht über genügend Auftrieb verfügen, um aufzusteigen. Sie erzielen zudem hervorragende Ergebnisse, wenn eine Mischung aus emulgierten Fetten, Ölen und Feststoffen die Sedimentationsfähigkeit der Verunreinigungen beeinträchtigt.

Die Größe der Luftblasen liegt zwischen 30 und 50 Mikrometer, wodurch sich die Blasen leicht an Partikel gleicher oder größerer Größe anlagern können.

Unsere DAF-Systeme sind flexible, äußerst zuverlässige und robuste Anlagen, die sich problemlos an mögliche Schwankungen beim Abwasseraufkommen und im Anlagenbetrieb anpassen lassen.

Prozessdiagramm

3.6. Vollständige Abwasserbehandlung aus der Fleischindustrie mittels eines biologischen SIGMA-FBR-Systems

Jahr: 2018

Standort des Projekts:Rinderschlachthof des Fleischverarbeitungsunternehmens Vall d’en Bas in Sant Privat d’en Bas, Girona.

Ziele: Einhaltungder geltenden Abwasserrichtlinien und Anpassung an mögliche künftige Änderungen im Schlachthof.

Installierte Anlagen: Feststoffsieb, Feststoffabscheider, SIGMA ACAF-025, anoxisch-aerobischer Reaktor mit Diffusoren, Inline-Flockungssystem SIGMA PFL-020, Sekundärklärer mit Flotation SIGMA BIODAF FPAC 50, Eindicker und Zentrifugal-Dekanter für die Schlammbehandlung, komplette Steuerungs- und Regelungssysteme.

Kapazität: 150^m³/Tag

COD	NTK	NH4+	SST	Öle und Fette
6000 mg/l	500 mg/l	175 mg/l	2000 mg/L	500 mg/l

COD	NTK	NH4+	SST	Öle und Fette
> 75%	> 82%	> 65%	> 85%	> 96%

Szenario

Cárniques Vall d’en Bas ist ein führendes Unternehmen in der Fleischbranche. Der Rinderschlachthof des Unternehmens benötigt eine umfassende Abwasserbehandlung. Das Hauptziel ist die Einhaltung der Einleitungsgrenzwerte für das behandelte Abwasser.

Es wird eine Vorbehandlung installiert, die aus einem Siebsystem besteht, gefolgt von einem Vorklärbecken mit dem SIGMA ACAF-25-System zur Flotation durch induzierte Luftkavitation. Bei dieser Vorbehandlung werden größere Feststoffe, Öle und Fette entfernt.

Die Nachbehandlung erfolgt in einem biologischen FBR-System, das aus einem anoxisch-aeroben Reaktor mit verlängerter Belüftung und Belebtschlamm besteht. Dieser biologische Prozess entfernt organische Stoffe durch biologische Reaktionen mit Biomasse. Während dieses Prozesses entstehen durch Adsorption und Agglomeration mikrobielle Flocken. Diese Biomasseflocken werden anschließend durch Koagulation, Flockung und sekundäre Klärung mittels DAF-Flotation abgetrennt.

Die Koagulation und Flockung erfolgt in einer Anlage vom Typ SIGMA PFL-020, in die ein Koagulierungsmittel gegeben wird, um die entstandene Biomasse zu bündeln, sowie ein Flockungsmittel (Polyelektrolyt), um diese Biomasseagglomerate zu größeren Flocken zusammenzufassen.

Die Nachklärung mittels Flotation mit gelöster Luft ermöglicht die Abscheidung der gebildeten Flocken mithilfe von Mikrobläschen aus gelöster Luft. Dieser Prozess wird in einer SIGMA BIODAF FPAC-50-Anlage durchgeführt.

Die Flotationskläranlagen der SIGMA BIODAF-Reihe sind Spezialanlagen, die eine höhere Zuverlässigkeit bei der Behandlung von schwammartigem Schlamm mit geringer Sedimentationsgeschwindigkeit bieten, wie er typischerweise bei der industriellen Abwasserbehandlung anfällt.

Der in beiden Klärbecken anfallende Schlamm wird gemeinsam durch Eindickung und Entwässerung in einer Zentrifugal-Dekantieranlage behandelt. Dabei entsteht entwässerter Schlamm mit einem Trockensubstanzgehalt von 20 %.

^{Prozessdiagramm}