Was sind die verschiedenen Bestandteile des Abwassers?
Phosphorkommt von Natur aus nurin sehr geringen Mengen vor in geringen Mengen im Boden und im Wasser vor. Eine hohe Phosphatkonzentration kann zur Vermehrung führen. von Algen führen , das ein Nährstoff für Pflanzen ist. Algen sind für die Eutrophierung von stehenden Gewässern verantwortlich . Diese Eutrophierung ist dann mehr oder weniger stark ausgeprägt je nach Phosphatgehalt des Abwassers. Allerdings, ist Phosphor der limitierende Faktor, auf den wirksam beeinflusst werden kann, um die Eutrophierung zu verringern.
Laut einer Studie kann 1 g Phosphat-Phosphor (PO4-P) einAlgenwachstum von 100 g verursachen. Wenn diese Algen absterben, benötigen sie etwa 150 g Sauerstoff, um sich zu zersetzen. Dieser Vorgang beginnt schon bei sehr niedrigen P-PO4-Konzentrationen:
- von 0,1-0,2 mg/l in Leitungswasser
- von 0,005-0,01 mg/l in stehendem Wasser.
Die chemischen Formen von Phosphor im Abwasser sind sehr vielfältig. Sie können löslich oder partikulär, mineralisch und organisch sein.
Gesamtphosphor = Teilchenförmiger Phosphor + Gelöster Phosphor = Mineralischer Phosphor + Organischer Phosphor
Um die empfohlenen Grenzwerte einzuhalten, ist dann ein gezielter Prozess zur Entfernung von Phosphor in den Kläranlagen erforderlich. Dabei wird ein Verfahren eingesetzt , das chemisch oder biologisch sein kann, und sehr oft beide Fälle.
Orthophosphate und Phosphor insgesamt
Orthophosphate (PO4-Ionen) sind die einfachste und am weitesten verbreitete Form von Phosphaten im Wasser. Phosphate (als Orthophosphate bezeichnet) entsprechen einer mineralischen, oxidierten Form von Phosphor. Phosphate kommen in gelöster, kolloidaler oder fester Form vor.
Diese verschiedenen Formen von Phosphaten, die aus dem Salz der Orthophosphorsäure (H3 PO4) gewonnen werden, kommen in Gewässern vor , da sie ionisieren:
- zu H2 PO4-,
- HPO4- -,
- PO4- – –
Die Menge an Phosphaten in einem Wasser wird in mg/l. P-PO4 gemessen. Der am häufigsten verwendete Parameter ist jedoch der Gesamtphosphor: Er kumuliert alle P. organischen und mineralischen P. . Er wird in mg/l Pt ausgedrückt.
Der Unterschied zwischen Gesamtphosphor und Orthophosphaten ermöglicht es den organischen Anteil von Phosphor im Wasser messen.
Im Klärprozess müssen Phosphorverbindungen entfernt werden , bis sie am Ausgang der Kläranlage die gesetzlich zulässigen Grenzwerte erreichen. Hierfür gibt es zwei Methoden:
- biologische Beseitigung
- Chemische Fällung von Phosphaten oder chemische Beseitigung
Biologische Eliminierung von Phosphorverbindungen
Das Prinzip der biologischen Phosphatentfernung besteht aus einer Überakkumulation von Phosphor in einer Biomasse. Wenn man Phosphorgehalte von 2 bis 3 % im im Schlamm unter normalen Abbaubedingungen eines organischen Substrats, erfordert der Mechanismus der Überakkumulation, dass die Biomasse gestresst wird , abwechselnd in der anaeroben (sauerstofffreien) und aeroben Phase. Achtung jedoch: Die Denitrifikationszone, die durch das Vorhandensein vonSauerstoff über Nitrate gekennzeichnet ist, wird daher mit einer aeroben Zone gleichgesetzt, und ermöglicht keine biologische Dephosphatierung.
Unter Stressbedingungen (abwechselnde Phasen) akkumulieren die Mikroorganismen Phosphor, Bis zu 10 % ihres Trockengewichts in Form von Polyphosphatgranulat.
Die Reaktionen, die in jedem Bereich auftreten, können wie folgt zusammengefasst werden:
- anaerobe Zone: Die Mikroorganismen nutzen ihre Reserven und setzen intrazellulären Phosphor frei;
- aerobe Zone: Überakkumulation von Phosphor in Form von Polyphosphatgranulat.
Diese Phänomene, die für den Prozess der biologischen Phosphatentfernung unerlässlich sind , werden die Gestaltung der Behandlungswege bestimmen. Das Grundschema muss mindestens Folgendes enthalten
- eine anaerobe Zone , in der die Freisetzung von Phosphor stattfinden wird
- eine belüftete Zone , in der Überassimilationsreaktionen stattfinden werden.
Um eine gute biologische Phosphatentfernung zu erreichen, ist das wesentliche Element das Vorhandenseineiner ausreichenden Menge an leicht assimilierbare organische Stoffe in dem zu behandelndenWasser. Ausgehend voneinem herkömmlichen städtischen Abwasser erhält man, im Durchschnitt ein Verhältnis von 3,5 % Phosphorentfernung pro verbrauchtem BSB5 . Dies führt dazu, dass auf biologischem Wege nur zwischen 50 und 65 % des Phosphors entfernt werden. Diese Leistung reicht oft nicht aus, um die Einleitungsnormen einzuhalten. Daher muss eine chemische Fällungsstufe hinzugefügt werden , bei der der verbleibende Phosphoranteil durch Zugabe eines Reagenz ausgefällt wird.
Die biologische Beseitigung ist nur dann wirksam , wenn die organischen Bestandteile biologisch leicht abbaubare Stoffe (BSB5) in ausreichender Menge vorhanden sind.
Chemische Fällung von Phosphaten
Dieses Verfahren berücksichtigt die Assimilation der Ausfällung von löslichen Phosphors mit einer Metallsalzverbindung. Dabei kann es sich um Eisen- oder Aluminiumsalz handeln. Eisen- oder Aluminiumsalze sind auch in der Lage, sich mit Eisen- oder Aluminiumsalzen zu verbinden. Phosphationen verbinden , um einen Niederschlag aus Eisen- oder Aluminiumphosphat (Fe PO4 oder AIPO4) zu bilden. Man spricht von Koagulation.
Aufgrund der Konkurrenzfähigkeit der Reaktionen zur Bildung von Hydroxid- oder Phosphatausfällungen, liegt das zu verwendende Molverhältnis zwischen Fe/P oder Al/P zwischen 1 und 3.
Die chemische Fällung wird in der Regel in Absetzbecken durchgeführt.
Niederschläge von Metallphosphaten sinken und werden in den Klärschlamm extrahiert.
Die Zugabe der Koagulantien kann während der primären Klärung erfolgen, oder einmal im biologischen Becken, oder in eine zusätzliche Behandlungsanlage nach dem biologischen Becken.
Andererseits, darf man nicht vergessen, dass der Schlammspiegel steigt aufgrund der Ausfällung von Phosphatsalzenerheblich ansteigt. Um die Kosten für die Schlammbehandlung und die Kosten für die Koagulierungsmittel zu begrenzen, kombinieren die meisten Kläranlagen den biologischen und den chemischen Prozess der Phosphorentfernung.
CSB/Pt-Verhältnis: Vorhersage der Phosphorentfernungseffizienz
- dem Verhältnis CSB/P (oder BSB5/P)
- im Zeitalter des Schlamms
- 38 % mit einem Schlammalter von 20 d
- 65% bei einem Schlammalter von 2 Tagen
