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Mikrobielle Stickstoffelimination mit kombinierter partieller Nitrifikation / Anammox (PN/A) in membranbelüfteten hochsalinen und Niedrigtemperatur-Festbettreaktoren

  • Durch anthropogene Aktivität hat sich der Nährstoffeintrag in die Umwelt stark erhöht. Die Hauptquellen sind die Landwirtschaft, kommunales und industrielles Abwasser. Erhöhte Stickstofffrachten haben einen starken Einfluss auf den Stickstoffkreislauf. Das Überangebot an Stickstoff führt zu Eutrophierung in Gewässern und somit zu einem weniger diversen, instabileren Ökosystem. Die Stickstoffeliminierung aus Abwässern ist essentiell für den Schutz der Ökosysteme. Das etablierte System der Nitrifikation/Denitrifikation ist aufgrund des hohen Sauerstoffbedarfs sehr energie- und somit auch kostenintensiv. Der Anammox-Prozess (anaerobe Ammonium Oxidation) ist eine potentielle Alternative zur konventionellen Stickstoffelimination. Anammox-Bakterien nutzen Ammonium und Nitrit als Elektronenakzeptor. Durch Nutzung der partiellen Nitrifikation in Kombination mit Anammox (PN/A) kann bis zu 60 % der Belüftungsenergie eingespart werden. Trotz Erfolgen in der Teilstrombehandlung ist der Prozess noch nicht erfolgreich in der HauptstrombehandlungDurch anthropogene Aktivität hat sich der Nährstoffeintrag in die Umwelt stark erhöht. Die Hauptquellen sind die Landwirtschaft, kommunales und industrielles Abwasser. Erhöhte Stickstofffrachten haben einen starken Einfluss auf den Stickstoffkreislauf. Das Überangebot an Stickstoff führt zu Eutrophierung in Gewässern und somit zu einem weniger diversen, instabileren Ökosystem. Die Stickstoffeliminierung aus Abwässern ist essentiell für den Schutz der Ökosysteme. Das etablierte System der Nitrifikation/Denitrifikation ist aufgrund des hohen Sauerstoffbedarfs sehr energie- und somit auch kostenintensiv. Der Anammox-Prozess (anaerobe Ammonium Oxidation) ist eine potentielle Alternative zur konventionellen Stickstoffelimination. Anammox-Bakterien nutzen Ammonium und Nitrit als Elektronenakzeptor. Durch Nutzung der partiellen Nitrifikation in Kombination mit Anammox (PN/A) kann bis zu 60 % der Belüftungsenergie eingespart werden. Trotz Erfolgen in der Teilstrombehandlung ist der Prozess noch nicht erfolgreich in der Hauptstrombehandlung eingesetzt worden. Die größten Herausforderungen sind die niedrigen Temperaturen, geringe Zulaufkonzentrationen und hohe Konzentrationen organischen Kohlenstoffs. Die vorliegende Arbeit konnte die Wirksamkeit von membranbelüfteten Biofilm Reaktoren unter Verwendung von synthetischem Abwasser bei niedrigen Temperaturen (18 - 8 °C) belegen. Die Innovation in diesem System ist die räumliche Trennung von nitrifizierenden Bakterien und Anammox Bakterien. Die regelmäßige mechanische Entfernung des Nitrifikanten-Biofilms ermöglichte einen langzeitstabilen Reaktorbetrieb. Diese Reaktorkonfiguration konnte auch erfolgreich für hochsaline Abwässer (5 -30 g NaCl*L-1) bei einer Reaktortemperatur von 30 °C und auch unter Zugabe von TOC (40-100 mg TOC*L-1) genutzt werden. Weiterhin wurden Untersuchungen zur Aktivität von salzadaptierter Anammox-Biomasse und nicht adaptierter Biomasse in einem Bereich von 0 bis 50 g NaCl*L-1 durchgeführt. Bei Konzentrationen unter 30 g NaCl*L-1 konnten keine signifikanten Unterschiede im Abbauverhalten festgestellt werden. Allerdings war adaptierte Biomasse bei höheren Salzkonzentrationen konkurrenzstärker. Außerdem wurden Langzeitlagerungsversuche durchgeführt. Die Lagerungsbedingungen variierten in der Lagerungstemperatur, im Redoxpuffer und der Nährstoffversorgung. Nach 106 Tagen bei 4 °C konnte die Anammox-Biomasse noch 91 % ihrer ursprünglichen Aktivität erhalten. Somit konnte eine einfache und kostengünstige Lagerungsmethode für Anammo-Bakterien entwickelt werden.show moreshow less

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Metadaten
Author: Steffen Engelbrecht
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48848
Place of publication:Cottbus
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of publication:2018
Number of pages:232
Faculty/Chair:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Biotechnologie der Wasseraufbereitung
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