Das Belebtschlammverfahren ist ein weit verbreitetes biologisches Verfahren zur Reinigung von Abwasser. Es basiert auf der Verwendung von aeroben Mikroorganismen, die organische Verbindungen im Abwasser abbauen. Dabei handelt es sich um ein suspendiertes Wachstumsverfahren, bei dem die Mikroorganismen in Form von Flocken – dem sogenannten Belebtschlamm – im Abwasser schweben und die darin enthaltenen organischen Stoffe als Nährstoffe nutzen. Dieses Verfahren wird weltweit in kommunalen Kläranlagen sowie in der industriellen Abwasserbehandlung eingesetzt, insbesondere in Branchen mit hohem organischem Verschmutzungsgrad, wie z.B. in der Lebensmittelindustrie, chemischen Industrie und Papierproduktion.

Technische Hintergründe

Im Belebtschlammverfahren durchlaufen die Mikroorganismen mehrere biologische Prozesse, um die im Abwasser enthaltenen Verunreinigungen abzubauen. Die wichtigsten technischen Parameter und Prozesse sind:

1. Belüftung: Der aerobe Charakter des Verfahrens erfordert eine kontinuierliche Zufuhr von Sauerstoff, um die biologische Aktivität der Mikroorganismen aufrechtzuerhalten. Dies erfolgt meist durch mechanische Belüftungseinrichtungen wie Tauchbelüfter oder Belüftungslanzen. Der Sauerstoff fördert das Wachstum der Mikroorganismen, die organische Stoffe in Kohlendioxid (CO₂) und Wasser umwandeln.

2. Nährstoffabbau: Die Mikroorganismen nutzen die Kohlenstoffverbindungen im Abwasser als Nahrungsquelle. Diese Verbindungen werden abgebaut und in Energie und Zellmasse umgewandelt. Neben Kohlenstoff werden im Belebtschlammverfahren auch Stickstoff (über Nitrifikation und Denitrifikation) und Phosphor eliminiert, was besonders bei der Behandlung von Abwasser mit hohen Nährstoffkonzentrationen wichtig ist.

3. Schlammrückführung: Ein entscheidender Bestandteil des Verfahrens ist die Schlammrückführung. Der Belebtschlamm wird nach der Abtrennung im Nachklärbecken zu einem Teil in das Belebungsbecken zurückgeführt, um eine stabile Population von Mikroorganismen aufrechtzuerhalten. Der nicht rückgeführte Teil wird als Überschussschlamm bezeichnet und muss in der Regel entwässert und entsorgt oder weiterbehandelt werden.

4. Belebtschlammalter: Ein wichtiger Parameter ist das Schlammalter, das das Verhältnis der Biomasse im System zur täglichen Biomasseproduktion beschreibt. Das Schlammalter beeinflusst die Art der Mikroorganismen, die im System wachsen, und damit die Reinigungsleistung. Höheres Schlammalter begünstigt z.B. den Abbau schwer abbaubarer Verbindungen.

5. Hydraulische Verweilzeit: Die hydraulische Verweilzeit beschreibt die Dauer, die das Abwasser im Belebungsbecken verbleibt. Sie variiert je nach Belastung und Anlagenkonfiguration und liegt typischerweise zwischen 6 und 12 Stunden. Eine zu kurze Verweilzeit kann zu unvollständigem Abbau führen, während eine zu lange Verweilzeit zu erhöhter Biomasseproduktion und potenziellen Betriebskostensteigerungen führt.

Anwendung in der Praxis

Das Belebtschlammverfahren ist flexibel und kann an unterschiedliche Abwasserzusammensetzungen und -belastungen angepasst werden. Es gibt verschiedene Varianten des Verfahrens, die sich durch Modifikationen der Prozessführung unterscheiden:

• Konventionelles Belebtschlammverfahren: Das Standardverfahren, bei dem die Abwasserbelastung relativ konstant ist und die gesamte biologische Reinigung in einem einzigen Belebungsbecken erfolgt.