Pelletschlamm ist eine besondere Form von Schlamm, die in anaeroben Reaktoren zur industriellen Abwasserbehandlung entsteht. Dieser Schlamm zeichnet sich durch seine kompakte, granuläre Struktur und seine hohe biologische Aktivität aus. Insbesondere in UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) und anderen anaeroben Systemen wird Pelletschlamm gezielt erzeugt und genutzt, um organische Stoffe abzubauen und in Biogas (Methan und Kohlendioxid) umzuwandeln.

Entstehung von Pelletschlamm in anaeroben Reaktoren

Die Bildung von Pelletschlamm ist ein komplexer biologischer und physikalischer Prozess, bei dem Mikroorganismen und absetzbare Partikel dichte, kugelförmige Strukturen bilden. Die Granulen bestehen aus mikrobiellen Konsortien, die in verschiedenen Schichten kooperieren.

1. Struktur des Pelletschlammes

• Zelluläre Zusammensetzung:

  • Pelletschlamm enthält verschiedene Arten von Mikroorganismen, darunter:
    • Hydrolysierende Bakterien: Spalten komplexe organische Stoffe in kleinere Moleküle.
    • Säurebildner: Produzieren flüchtige Fettsäuren (z. B. Acetat).
    • Methanogene Archaeen: Wandeln Säuren und Wasserstoff in Methan um.
  • Diese Mikroorganismen siedeln sich in spezifischen Schichten an:
    • Äußere Schicht: Hydrolyse und Säurebildung.
    • Innere Schicht: Methanogenese.

• Physikalische Eigenschaften:

  • Granulen sind kugelförmig und haben typischerweise Durchmesser von 0,5–3 mm.
  • Hohe Dichte und Festigkeit ermöglichen eine gute Absetzbarkeit.

2. Wachstumsbedingungen für Pelletschlamm

Die Bildung von Pelletschlamm erfordert bestimmte Prozessbedingungen:

• Hydraulische Belastung:
  • Die Aufströmgeschwindigkeit im Reaktor muss so eingestellt sein, dass die Granulen suspendiert bleiben, aber nicht ausgeschwemmt werden.
• Nährstoffversorgung:
  • Ausgewogene Verhältnisse von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor fördern das Wachstum der Mikroorganismen.
• Temperatur:
  • Optimale Temperaturen liegen im Bereich von 35–40 °C (mesophil) oder 50–55 °C (thermophil).
• pH-Wert:
  • Der pH-Wert sollte im Bereich von 6,8–7,2 stabil gehalten werden, um methanogene Archaeen zu unterstützen.

Vorteile von Pelletschlamm in anaeroben Reaktoren

1. Hohe Biomassedichte:

   • Granulärer Schlamm bietet eine große Oberfläche für mikrobiellen Stoffwechsel.
   • Dies ermöglicht eine hohe Abbauleistung bei geringem Reaktorvolumen.

2. Effiziente Methanproduktion:

   • Die granuläre Struktur fördert die Koexistenz von Mikroorganismen, die effizient zusammenarbeiten, um Biogas (Methan) zu erzeugen.

3. Gute Absetzbarkeit:

   • Aufgrund der hohen Dichte setzen sich die Granulen schnell ab, was die Abtrennung von gereinigtem Wasser und Biomasse erleichtert.

4. Robuste Prozessführung:

   • Granulärer Schlamm ist stabil gegenüber hydraulischen und organischen Belastungsschwankungen.

Anwendungsbereiche von Pelletschlamm

Pelletschlamm wird vor allem in anaeroben Reaktoren zur Behandlung von organisch hochbelasteten Abwässern eingesetzt:

1. UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

Funktionsprinzip:
In einem UASB-Reaktor wird das Abwasser von unten nach oben durch eine Schicht aus Pelletschlamm geleitet. Die Granulen bilden eine Schlammdecke (Sludge Blanket), die als biologischer Filter fungiert. Innerhalb der Granulen arbeiten verschiedene Mikroorganismen in symbiotischen Gemeinschaften zusammen, um die organischen Verbindungen abzubauen. Das entstehende Biogas hebt die Partikel leicht an, worauf sie sich durch die Schwerkraft wieder absetzen.

Schlüsselfunktionen:

• Biologische Aktivität: Die Granulen bieten eine hohe Biomassedichte und stellen große Kontaktflächen für die Abwasserbestandteile bereit.
• Abtrennung des gereinigten Abwassers: Ein Dreiphasenseparator trennt Biogas, Schlamm und das gereinigte Wasser.

Anwendungen:
UASB-Reaktoren eignen sich hervorragend für die Behandlung von hochorganisch belasteten Abwässern. Typische Einsatzbereiche sind:

• Lebensmittel- und Getränkeindustrie: Verarbeitung von Abwässern aus der Herstellung von Fruchtsäften, Milchprodukten und Speiseölen.
• Zucker- und Alkoholproduktion: Effiziente Behandlung von Abwässern aus Fermentationsprozessen, wie Melasse-basierten Anlagen.

Vorteile:

• Geringe Betriebskosten durch hohe Biogasproduktion.
• Einfache Wartung und robust gegen Belastungsschwankungen.

Herausforderungen:

• Initiale Pelletschlammbildug´ng erfordert Zeit und optimale Bedingungen.
• Bei hoher Feststoffbelastung kann die Schlammdecke verschlämmen.