CSB-Elimination in höchstbelasteten Belebungsstufen und ihre Auswirkung auf die Stickstoffelimination von zweistufigen Anlagen unter dem Gesichtspunkt der mathematischen Modellierung

Abstract

Die Arbeit versucht einen Beitrag zum besseren Verständnis von hoechstbelasteten Belebungsstufen (Schlammalter kleiner 1 Tag) insbesondere in bezug auf den für die Stickstoffelimination so wichtigen leicht abbaubaren CSB und damit auch einen Beitrag zur Bemessung, zum Betrieb und zur Modellierung von zweistufigen Belebungsanlagen zu leisten. Die Untersuchungen in Wien, Ghent (B) und Eschweiler (D) zeigten, dass Belebtschlamm mit einem Schlammalter kleiner 1 Tag selbst bei laengerer Belueftung nur etwa die Haelfte des gesamten leicht abbaubaren CSB im Rohabwasser abzubauen vermag. Der Rest durchlaeuft als gleichsam inerter geloester CSB die Hoechstlaststufe und steht als leicht abbaubarer CSB in der nachfolgenden Schwachlaststufe fuer die Denitrifikation zur Verfuegung. Es wird vermutet, dass es bei sehr niedrigem Schlammalter zu einer Selektion von schnell wachsenden Bakterien kommt, welche fuer ihr Wachstum nur bestimmte leicht abbaubare Substrate verwerten koennen. Die weit verbreitete Annahme, dass eine einzige Monod-Funktion zur Beschreibung der Beziehung zwischen heterotrophem Wachstum und Substratkonzentration ausreicht, ist somit bei niedrigem Schlammalter nicht mehr zulaessig. Die zum Zwecke der dynamischen Simulation oder der statischen Bemessung vorgenommene CSB-Fraktionierung ist nicht laenger 'abwasserspezifisch', sondern 'schlammspezifisch' vorzunehmen. Die Untersuchungen ergaben weiters, dass im hoechstbelasteten Belebtschlamm weder eine physikalisch bedingte Adsorption noch die interzellulaere Speicherung von geloestem CSB eine nennenswerte Rolle spielt. In der Arbeit werden mehrere Modifikationen betreffend des 'Activated Sludge Model No.1' (ASM1) sowie des ASM3 vorgeschlagen, um diese Modelle auch bei niedrigem Schlammalter anwenden zu koennen. Dabei wurde auch ein neuer Modellansatz (Enmeshment) zur Beschreibung des Rueckhaltes von partikulaeren Stoffen in einer Hoechstlaststufe vorgestellt.

This PhD thesis is a contribution to a better knowledge of high loaded activated sludge systems (sludge age below 1 day) especially concerning the readily biodegradable COD, which is a key figure for nitrogen removal and therefore for design, operation and modeling of two stage activated sludge systems. The experiments performed in Vienna (A), Ghent (B) and Eschweiler (D) showed that activated sludge from systems with a sludge age below 1 day can only degrade about half of the readily biodegradable COD (SS) even after a longer aeration period. The other part of SS remains in the wastewater and can thus be utilized for enhanced denitrification in the second stage. It is hypothesized that very low sludge ages result in a selection of fast growing bacteria, which can utilize only certain readily biodegradable substrates in the raw wastewater. The assumption of the Activated Sludge Model No.1 that the biodegradable fractions can be modeled as a single substrate and a single removal kinetic (one Monod term) appears not to be applicable for low sludge ages. Only at a sludge age above ca. 4 days, soluble COD fractions can be defined as waste water characteristics, independent of sludge age. Certain modifications to the "Activated Sludge Model No.1" (ASM1) as well as to ASM3 are suggested, in order to apply these models to low sludge age systems. A new model approach for describing the separation of particulate substances is given.