Mit Hilfe eines TFR-Bioreaktors lassen sich sowohl schwach belastete Wässer als auch hoch konzentrierte Teilströme effektiv behandeln. Bei einem guten Dutzend Anlagen hat sich die Technik als kostengünstige und wartungsarme Reinigungsalternative unter Beweis gestellt.

Kerstin Ilgen und Dr. Lutz Haldenwang

Eine Vielzahl der in Industrie und Entsorgungswirtschaft anfallenden Prozesswässer weisen hohe Frachten organischer Substanzen auf. Wegen ihrer großen Sauerstoffzehrung würden sie das biologische Gleichgewicht im Gewässer massiv stören. Das Abwasser ist deshalb entweder vor der kommunalen Kläranlage vorzubehandeln oder es ist in Abhängigkeit von der CSB/BSB-Konzentration eine zusätzliche Gebühr zu entrichten.

Klassische Technologien

In chemisch-physikalischen Verfahren zur Abwasserbehandlung wird die organische Fracht unter großem Energieaufwand zerlegt oder in Form einer konzentrierten Lösung abgetrennt. Beide Varianten haben hohe Betriebskosten. Dagegen werden die meisten organischen Verbindungen von aeroben Mikroorganismen in Kohlendioxid und Wasser umgewandelt und können biotechnologisch mit verhältnismäßig wenig Aufwand aus dem Abwasser entfernt werden. Der hohe Bedarf von Industrieabwässern, der oft im Bereich von 1.000 bis 10.000 mg Sauerstoff pro Liter liegt, steht jedoch im starken Widerspruch zur geringen Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser. Deshalb muss die Belüftung in modernen und mit einer hohen Biomassekonzentration arbeitenden Verfahren aufwändig gegen den Druck der Wassersäule vorgenommen werden.

Prinzip TFR-Bioreaktor

Der TFR-Bioreaktor nutzt eine Schüttung aus einem kleinkörnigen Aufwuchsträgermaterial, die nicht von einem geschlossenen Wasserkörper umgeben ist. Dies gewährleistet einen intensiven Kontakt zwischen Mikroorganismen, Luftsauerstoff und Wasserschadstoffen im gesamten Reaktionsraum. Ein Ventilator führt ausreichend Luft aus der Umgebung unmittelbar an den Film aus Biomasse und Flüssigkeit heran. Ein guter Kontakt zwischen belasteten Abwasser, adaptierter Biomasse und Sauerstoff im Überschuss bildet die Grundlage für hohe und stabile Abbauleistungen. Eine Abwassertemperatur zwischen 25 und 35 °C, wie sie bei Industrieabwässern häufig auftritt und für die biologische Aktivität optimal ist, lässt sich gut ausnutzen, da der Sauerstoff trotz niedriger Löslichkeit auch unter diesen Umständen im Überschuss vorliegt. Mittlerweile setzen 50 Anlagen die TFR-Technologie in Deutschland, Tschechien, Schweiz, Griechenland, Vietnam und auf den Niederländischen Antillen ein.

Biofilm in zehn Tagen wirksam

Im Reaktionsraum des TFR-Bioreaktors wächst die Biomasse auf der porösen Oberfläche eines kleinkörnigen Trägermaterials auf. Bereits nach wenigen Tagen hat sich ein dichter Biofilm aus unterschiedlichen Mikroorganismen gebildet. So war es zum Beispiel möglich bei der Inbetriebnahme von Anlagen für Abwässer der Lebensmittelindustrie innerhalb von 10 und für Prozesswässer der chemischen Industrie innerhalb von 15 bis 20 Tagen, schon mehr als 90 Prozent der geforderten Abbauleistung zu erreichen.

In regelmäßigen Zeitabständen findet eine vollautomatische Regenerierung statt, durch welche die mikrobielle Mischpopulation verjüngt und überschüssige Biomasse aus dem System ausgewaschen wird, ohne dass eine spürbare Leistungsabnahme eintritt. Die aus dem ständigen Zellwachstum resultierende geringe Menge Bioschlamm wird innerhalb der Anlage durch Sedimentation aufkonzentriert. Sie stellt das einzige Abfallprodukt dar. Der Dünnschlamm kann weiter konzentriert und in Abhängigkeit von den örtlichen Bedingungen an Anlagen zur Kompostierung, Vererdung oder Biogasgewinnung abgegeben werden.

Wartung

Aufgrund des sowohl technologisch als auch konstruktiv sehr einfachen Verfahrensprinzips beschränkt sich der Bedienaufwand auf Routinekontrollen. Die Bioreaktoren und Verrohrungen bestehen fast vollständig aus Polyethylen. Damit unterliegen sie auch in Salzwassernähe und unter klimatisch ungünstigen Bedingungen praktisch keinem Verschleiß. Pumpen und Ventilatoren befinden sich frei zugänglich außerhalb der Behälter, so dass sich Betriebsstörungen kurzfristig beheben lassen.

Laufende Kosten

Da der kontinuierliche Betrieb vollständig automatisiert ist und hauptsächlich durch Ventilator und Kreislaufpumpe gewährleistet wird, sind die Betriebskosten gering. Sie betragen bei der Reduzierung eines biologisch gut abbaubaren Wassers um 1.000 mg/l CSB weniger als fünf Eurocent pro Kubikmeter gereinigten Abwasser. Mit dem Bau einer Anlage in Bayern für Abwasser aus der Lebensmittelindustrie wurden zum einen die behördlich geforderten Grenzwerte erfüllt. Zum anderen gelang es, den Starkverschmutzerzuschlag derart zu reduzieren, sodass sich die Investition binnen eines Jahres vollständig amortisiert hat.

Lösung für hohe CSB-Werte

Nach dem Stand der Technik setzt man bei Abwässern, deren CSB-Konzentration mehr als 5.000 mg/l beträgt, anaerobe Verfahren ein. Diese arbeiten ohne Belüftung, erfordern aber einen hohen Aufwand während Startphase und Betrieb. Im Gegensatz dazu können mit dem TFR-Belüftungsprinzip auch Wässer mit einem sehr hohen Sauerstoffbedarf effektiv behandelt werden. So wird die extrem hohe organische Belastung eines Teilstroms einer Molkerei in Griechenland mit einer TFR-Anlage von 60.000 auf den für die Einleitung in die kommunale Kläranlage geforderten Wert von weniger als 5.000 mg/l CSB reduziert.

Sauber bis auf Reinwasserniveau

Darüber hinaus ist es mit der beschriebenen Technologie möglich, die organische Rohwasserbelastung bis auf den für die Einleitung in ein natürliches Gewässer oder in den Untergrund notwendigen sehr niedrigen Restgehalt im Reinwasser zu reduzieren. So wird die aus der Herstellung und Abfüllung von Bier stammenden Fracht des Abwassers einer Brauerei auf den Niederländischen Antillen bis auf eine Restkonzentration kleiner als 10 mg/l BSB abgesenkt und für die Bewässerung der Pflanzen in der Nachbarschaft genutzt.

Feststoffe im Abwasser

Eine Vorfiltration des Abwassers ist nur dann nötig, wenn Größe und Gehalt der enthaltenen Feststoffe ein kritisches Maß überschreiten. Der dichte Biomassebewuchs wirkt wie ein feiner Filter. Zusätzlich zur Reduzierung der gelösten Fracht verbessert er die Parameter Trübung und Abfiltrierbare Stoffe. Die Technologie lässt sich durch Vor- oder Nachschaltung problemlos mit vorhandenen Verfahrensstufen kombinieren. Ein typisches Beispiel dafür bietet der Einsatz der TFR-Technologie zur Entlastung einer Umkehrosmoseanlage in einem großen Unternehmen der Mineralwasser- und Limonadenproduktion in Hessen. Dort behandelt sie betriebliche Abwässer, um sie anschließend wieder verwenden zu können.

Gerüche bekämpfen

In einer Firma, die nahe Berlin Speisereste verwertet, bestand die Aufgabe darin, sowohl die organische Fracht im Abwasser als auch die einhergehenden starken Gerüche weitgehend zu reduzieren. Man schaltete die Bioreaktoranlage zwischen den im Betrieb bereits vorhandenen Stufen Ausgleichsbecken und Schönungsteich. Sie erfüllt beide Ziele vollständig.

Fazit

Das einfache Verfahrensprinzip und die leichte Anpassung an gegebene Bedingungen der modular errichteten Anlagen bilden die Grundlage für einen niedrigen Investitionsumfang mit einer kurzen Amortisationszeit, die oft weniger als zwei Jahre beträgt. Der Aufbau der Anlagen nach dem Baukastensystem ermöglicht es, bedarfsgerecht und schnell auf Produktionssteigerungen sowie verschärfte Grenzwerte zu reagieren.