Modellbasierte Entwicklung von Belüftungsstrategien zur gezielten Organismenselektion bei Intervallbelüftung

Klassische Systeme zur Stickstoffelimination im Abwasser basieren auf der Verfahrenskombination aus Nitrifikation und Denitrifikation. Im Zuge der Weiterentwicklung dieser Methode hat sich die Deammonifikation etabliert, wobei etwa 50 % des Ammoniumstickstoffs im Zulauf lediglich zu Nitrit umgewandelt werden, welches anschließend mit dem verbleibenden Ammonium zu gasförmigen Stickstoff überführt werden kann. Grundlegend für dieses Verfahren ist die Errichtung einer stabilen Nitritation sowie eine vollständige Unterdrückung der Nitratbildung. Eine Möglichkeit zur Unterdrückung der Aktivität nitritoxidierender Bakterien (NOB) ist dabei die Intervallbelüftung. Hierbei wird die sogenannte lag-Phase genutzt, welche beim Ausschalten der Belüftung eine Deaktivierung der beteiligten Bakteriengruppen hervorruft. Beobachtungen zeigen dabei, dass die Reaktivierung der ammoniumoxidierenden Bakterien (AOB) schneller erfolgt als die der NOBs, sodass bei optimalen Belüftungsintervallen die AOBs im System angereichert werden können, während die NOBs ausgeschwemmt werden.

Das Ziel dieses Kooperationsprojektes mit der Firma E&P Anlagenbau ist somit die modellbasierte Entwicklung von Belüftungsstrategien zur gezielten Organismenselektion. Der Schwerpunkt am ISAH liegt auf der Modellentwicklung zur Beschreibung der De- und Reaktivierung am Prozess beteiligter Mikroorganismengruppen (AOB und NOB) beim Übergang von anoxischen zu aeroben Bedingungen. Vorangegangene Untersuchungen legen hierzu nahe, dass die kurzzeitige Inaktivität der Bakterien nach dem Ausschalten der Belüftung während einer Nitritationsstufe nicht wie bisher angenommen durch eine lag-Phase hervorgerufen wird. Diese beschreibt eine Zeitspanne von etwa 15 – 18 Minuten nach dem Übergang von anoxischen zu aeroben Bedingungen, in der die Mikroorgansimen in einem inaktiven Stadium verweilen und kein Bakterienwachstum stattfindet. Simulationsrechnungen dieser Modellvorstellung lieferten bisher keine zufriedenstellende Abbildung dieses Prozesses. Der nun verfolgte Ansatz hingegen ist charakterisiert durch eine geringere Wachstumsrate, in Abhängigkeit der Dauer einer unbelüfteten Phase. Neben der Grundlagenforschung zum verantwortlichen Mechanismus für die verminderte Aktivität der Mikroorganismen nach einer anoxischen Phase sowie der Modellerweiterung zur Beschreibung der De- und Reaktivierung sollen mit Hilfe von Simulationsrechnungen szenarienspezifische (Inbetriebnahme, stabiler Betrieb, Betriebsstörung und Stilllegung) Belüftungsstrategien identifiziert werden, die im System eine Anreicherung von AOBs bei gleichzeitiger Ausschleusung der NOBs ermöglichen.