Schlüsselwort: Belebtschlammverfahren

Kurzfassung Rd. 30 % bis 40 % des durchschnittlichen Trinkwasserverbrauchs in deutschen Haushalten entfällt auf die Toilettenspülung. Das dabei anfallende Abwasser, das sogenannte Schwarzwasser, enthält neben dem Spülwasser die Fäkalien Urin und Fäzes sowie Toilettenpapier. Es ist durch eine vergleichsweise hohe organische Verschmutzung sowie sehr hohe Gehalte an Nährstoffen gekennzeichnet. Aufbauend auf dem Grundgedanken, den häuslichen Schmutzwasserkreislauf zu schließen, um den Bedarf an hochwertigem Trinkwasser nachhaltig zu senken, wurde in der vorliegenden Arbeit die Anwendung des Belebungsverfahrens zur biologischen Behandlung von Toilettenabwasser erforscht. Um den mangelnden Kenntnisstand hinsichtlich der Schwarzwasserzusammensetzung zu verbessern, wurde zunächst die Quantität und chemisch-physikalische Qualität von Schwarzwasser an drei unterschiedlichen Versuchsstandorten mit unterschiedlicher Nutzung (Wohnen, Arbeitsplatz) eingehend untersucht. Hierdurch konnten eine Vielzahl neuer Erkenntnisse zur Charakteristik von Schwarzwasser gewonnen werden und spezifische Frachten für Parameter CSB, BSB5, TKN, Pges und AFS abgeleitet werden. Mit den erarbeiteten Kennwerten wird eine deutlich verbesserte und durch die umfangreichen Messungen abgesicherte Datengrundlage zur Abschätzung des Nutzungspotenzials von Schwarzwasser und zur Bemessung von Schwarzwasserbehandlungsanlagen möglich. Im Hinblick auf die Erforschung der Eliminationsmechanismen der im Schwarzwasser enthal-tenen Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen unter Betriebsbedingungen wurden zwei Versuchsanlagen (SBR, MBR) an den drei Versuchsstandorten betrieben. Neben der biologischen Behandlung von Roh-Schwarzwasser und von mechanisch gereinigtem Schwarzwasser wurde die biologische Behandlung von Schwarzwasser bei Kreislaufführung untersucht. Es wurde festgestellt, dass Schwarzwasser nach biologischer Behandlung sehr hohe Gehalte an gelöst inertem CSB aufweist. Zudem wurde ein Zusammenhang zwischen der Schwarzwasserquelle und den erreichbaren Rest-CSB-Gehalten abgeleitet. Demnach ist der bei maximalem biologischem Reinigungseffekt erreichbare CSB-Gehalt für Schwarzwasser häuslicher Herkunft etwa doppelt so hoch wie bei Schwarzwasser gewerblicher Herkunft. Mit Hilfe von Sauerstoffzehrungsmessungen, die durch Substratzehrungsmessungen ergänzt wurden, wurden abschließend kinetische und stöchiometrische Parameter des heterotrophen und autotrophen Stoffwechsels sowie die CSB-Fraktionen von Schwarzwasser experimentell ermittelt. Die Versuche wurden unter Verwendung von mechanisch gereinigtem Schwarzwasser und SBR-Belebtschlamm durchgeführt, welcher zwei verschiedene Schlammalter aufwies. Hierdurch konnte der Einfluss der Betriebsparameter Schlammalter und Schlammbelastung auf den Stoffwechsel der jeweils gewachsenen Schwarzwasser-Belebtschlammbiozönose ermittelt werden. Bei der Fraktionierung der organischen Verbindungen konnte u.a. ein Zusammenhang zwischen den abbaubaren CSB-Fraktionen und dem Schlammalter abgeleitet werden. Die in den Praxisversuchen gewonnen Erkenntnisse hinsichtlich der Rest-CSB-Gehalte konnten damit bestätigt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass bei der aeroben biologischen Behandlung von Schwarzwasser eine Entkopplung von Ammonium- und Nitritoxidation auftritt. Zur Bestimmung der kinetischen und stöchiometrischen Kenngrößen der Nitrifikation wurde zudem eine modifizierte Methode vorgestellt, die es erlaubt die momentane Nitritations- und Nitratationsrate in einem Versuch zu ermitteln. In stickstoffhaltigen Abwässern oder bei hohen Abwassertemperaturen liefert die Methode einen vertiefenden Einblick in die Prozesse der Nitrifikation und wird daher zur weiteren Umsetzung empfohlen.