Ursache und Bekämpfung von Schaumbildung in Belebungsanlagen

Die Bildung von stabilem Schaum stellt eine verbreitete Betriebsstörung in Abwasserreinigungsanlagen (ARAs) auf der ganzen Welt dar. Es handelt sich dabei um viskose, stark mit Biomasse angereicherte Schäume, welche Belebungs- und Nachklärbecken bedecken und manchmal auf in Faulbehältern auftreten. Sie verursachen erhebliche Betriebsbeeinträchtigungen, führen zu mehr Unterhaltsarbeiten und können die Gewässer verunreinigen. Obwohl das Phänomen seit Jahrzehnten auftritt, sind die zugrunde liegenden Mechanismen immer noch unklar und es gibt noch keine zuverlässige Bekämpfungsstrategie. Das Ziel dieser Dissertation war eine systematische Identifizierung und Untersuchung von Faktoren, welche in der Schaumbildung eine wichtige Rolle spielen. Hierzu wurden Teilprozesse der Schaumbildung identifiziert und getrennt untersucht: 1) Wachstum von Belebtschlamm mit einem bestimmten Schaumbildungspotenzial, 2) eigentliche Schaumbildung und -stabilisierung, 3) Verteilung des Schaums in der Kläranlage.

Die Untersuchungen fanden in mehreren grosstechnischen Kläranlagen und Versuchsreaktoren im konventionellen Belebtschlammverfahren sowie in Membran-Bioreaktoren statt. Dazu wurden zuerst Methoden zur Quantifizierung von Bakterien im Belebtschlamm und zur Bestimmung des Schaumbildungsvermögens von Schlamm unter vergleichbaren Laborbedingungen entwickelt.

Die Resultate zeigen eine ausgeprägte jahreszeitliche Dynamik der Bakterien, welche man häufig mit der Schaumbildung in Verbindung bringt (Microthrix parvicella und nocardioforme Actinomyceten). Für die jahreszeitliche Variation des Wachstums von Microthrix parvicella wurde ein mathematische Modell formuliert. Das Schaumbildungsvermögen in den untersuchten Pilotanlagen und grosstechnischen ARAs war deutlich bestimmt durch die Konzentration und die Oberflächeneigenschaften der Feststoff-Fraktion im Belebtschlamm. Es war nicht korreliert mit der Schaumbedeckung auf den Belebungsbecken, der Flockenstruktur und erstaunlicherweise auch nicht mit Microthrix parvicella, welches häufig für die Schaumbildung verantwortlich gemacht wird. Besonders interessant ist die Beobachtung, dass Schaumproben und Schlamm aus Membran-Bioreaktoren ein deutlich höheres Schaumbildungspotenzial aufweisen als Schlammproben aus konventionellen Anlagen.

Für zukünftige Untersuchungen sollte vermehrt darauf geachtet werden, dass die Teilprozesse sauber unterschieden werden und dass die Dynamik berücksichtigt wird, indem nicht einzelne Proben sondern Zeitreihen analysiert werden. Für die Bekämpfung von Schaum und Schwimmschlamm gilt es hauptsächlich aufschwimmenden Schlamm selektiv zu entfernen oder Polyelektrolyte als Notfallmittel zu dosieren. Da man wohl auch in Zukunft in modernen nährstoffeliminierenden Kläranlagen und insbesondere in Membran-Bioreaktoren mit Schaum leben muss, sollten die Anlagen vermehrt „schaumtolerant“ gebaut werden.

Zusammenfassung Dissertation Th. Hug [pdf-File, 28 KB]