Membranbioreaktor im XL-Format

Autor Carsten Bachert Area Sales Director MENA, Microdyn Nadir

Ein Membranbioreaktor kombiniert die biologische Abwasserreinigung mit einer nachgeschalteten Phasenseparation. Der Abbau der organischen Schmutzstoffe erfolgt durch Stoffwechsel- und Umwandlungsprozesse von Mikroorganismen, die sich als suspendierte Schlammflocken im Belebungsbecken befinden. Zur Abtrennung des gereinigten Abwassers von der suspendierten Biomasse wird eine Membranfiltration nachgeschaltet. Die Membranen gewährleisten einen vollständigen Feststoff- und Biomasserückhalt. Dies ist bei herkömmlichen Verfahren, denen als Phasenseparation eine Sedimentation über ein Absetzbecken dient, technisch nicht möglich.

Der vollständige Rückhalt hat erhebliche verfahrenstechnische Vorteile. Durch die Unabhängigkeit der Absetzeigenschaften des Schlamm-Wasser-Gemisches kann die Abwasserreinigung mit weit höheren Biomassekonzentrationen (üblicherweise Faktor 3 bis 4) betrieben werden. Die hohe Konzentration an Biomasse führt zu kleineren Reaktionsräumen und damit zu platzsparenden Anlagen. Die verfahrensbedingten längeren Verweilzeiten der Biomasse führen zu einer besseren Adaption, wodurch die Leistungsfähigkeit der biologischen Stufe nochmals gesteigert wird. Ein weiterer Vorteil ist die verbesserte Ablaufqualität, wodurch eine Wiederverwendung des gereinigten Abwassers bzw. eine weitere Behandlung, zum Beispiel mittels Umkehrosmose, Desinfektion oder Nanofiltration auch wirtschaftlich lohnenswert wird.

Aufgrund dieser Verfahrensvorteile sind MBR-Verfahren besonders für den industriellen Sektor geeignet. Ein kundenspezifisches MBR-Abwasserkonzept kann die Kosten für Abwassergebühren (z. B. Starkverschmutzerzuschlag) und für die Wasserversorgung deutlich senken bzw. bei hydraulischen Begrenzungen in der täglichen Abwasserabgabemenge eine sehr wirtschaftliche Verfahrensvariante darstellen.

Der Einsatz von getauchten Modulen in MBR-Verfahren ist inzwischen Stand der Technik. Microdyn-Nadir hat auf allen Kontinenten dieser Erde Industrieanlagen mit Bio-Cel-Modulen ausgerüstet. Das Besondere an diesen Modulen ist, dass sie die Vorteile von Hohlfaser- und Plattenmodulen vereinen, ohne ihre bauartenspezifischen Nachteile aufzuweisen. Bio-Cel sieht aus wie ein Plattenmodul, basiert aber auf einer selbstragenden Membrantasche, wodurch die hydraulischen Vorteile des Plattenmodules genutzt werden. Jedoch ist die Membrantasche keine starre Plattenkonstruktion. Durch das patentierte Laminierungsverfahren wird die Membran beidseitig mit dem Drainagegewebe vollflächig und kraftschlüssig verbunden. Es entsteht eine rückspülbare, flexible und selbsttragende Membrantasche, deren Dicke mit 2 mm im Vergleich zu Plattenmodulen mit 8 mm eine um den Faktor 4 höhere Packungsdichte ermöglicht.

Die selbsttragende Membrantasche wird mittels Querstangen und Federn flexibel am Modulrahmen befestigt. Diese flächenoptimierte Verbindung von Rahmen und Membrantasche verringert einerseits die Neigung zu Verzopfungen und Schlammablagerungen – wie sie bei Hohlfasermodulen auftreten – und ermöglicht gleichzeitig eine flexible Vertikalbewegung der einzelnen Modultaschen. So lassen sich auch Schlammablagerungen zwischen den Membranen verhindern.

Seit 2005 ist das Bio-Cel-Modul als kommerzielles Produkt auf dem Markt erhältlich. Mit der Ifat 2008 führte Microdyn-Nadir den Produkttyp Bio-Cel BC400 ein. Seitdem wurden mehr als 1653 Bio-Cel-Module und mehr als 1,2 Millionen m2 Membran verkauft. Aus der zunehmenden Akzeptanz des MBR- Verfahrens resultieren neben einer quantitativen Zunahme an MBR-Anlagen auch eine Zunahme an Großprojekten jenseits der 10 000 m3/d Zulauf zur MBR-Anlage. Daraus ergab sich die Notwendigkeit, ein Modul mit einer weitaus größeren Membranfläche zu entwickeln.

Sechs Jahre nach der Markteinführung des Bio-Cel BC400 stellt Microdyn-Nadir wiederum auf der Ifat das neue Produkt Bio-Cel XL vor. Bei der Entwicklung des Produktes wurde auf Bewährtes aus der Entwicklung und dem Betrieb des Bio-Cel BC400 der letzten Jahre zurückgegriffen. Das XL-Modul ist mit einer Membranfläche von 1900 m2 mehr als viermal so groß wie sein „älterer Bruder“ BC400. Damit liegt der Vorteil vor allem bei Anlagengrößen jenseits der 10 000 m3/d Zulauf auf der Hand: viermal weniger Aufwand in der Verrohrung bei ungefähr gleichem Platzbedarf, da das Bio-Cel XL eine Fläche von 2,8 x 2,1 m in Anspruch nimmt. Bedingt durch die große Membranfläche und das damit verbundene Gewicht war eine Verwendung des Werkstoffs PVC mit seinen hervorragenden Eigenschaften wie zum Beispiel das Verhältnis von Gewicht zu Tragkraft als Rahmen- und Kassettenwerkstoff technisch nicht mehr möglich. Für das Bio-Cel XL wird der Werkstoff Edelstahl verwendet, der höchsten Ansprüchen im Anwendungsbereich gerecht wird. Die Betriebsparameter sind für die gesamte Bio-Cel-Familie identisch. Ein Beispiel sind die Flussleistungen, die in Abhängigkeit von der chemischen und physikalischen Zusammensetzung des Abwassers zwischen 5 und 55 l/m2/h (Liter pro Quadratmeter Membranfläche je Stunde) liegen können.

Erste Betriebserfahrungen im kommunalen Abwasser gibt es seit August 2013. Diese unterstreichen, dass der gewählte Weg der Pro-duktevolution richtig war, da seit der Inbetriebnahme ein stabiler, verlässlicher Betrieb des Bio-Cel XL mit den gleichen Werten wie beim Bio-Cel BC400 gewährleistet werden kann.

Halle A2, Stand 516

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