MBR vs. MBBR vs. SBR: Welche biologische Behandlung sollten Sie wählen?

Kurze Antwort: Wählen Sie SBR, wenn Land verfügbar ist und die Belastung im Tagesverlauf schwankt. Wählen Sie MBBR, wenn Sie einen bestehenden Tank aufrüsten und keine Nachklärbecken hinzufügen können. Wählen Sie MBR, wenn der Einleitungsgrenzwert streng ist oder das Wasser wiederverwendet wird und Sie für Membranen und die Luft zum Abreinigen bezahlen können. Alle drei erzeugen weiterhin Abfallschlamm, der entwässert werden muss.

Die drei Prozesse in jeweils einem Absatz

SBR — Sequencing-Batch-Reaktor. Ein Tank erledigt alles nacheinander. Das US-EPA-Merkblatt listet fünf Schritte auf: Leerlauf, Füllung, Reaktion, Abklingen und ZeichnungBelüftung, Absetzen und Dekantieren finden im selben Behälter zu unterschiedlichen Zeiten statt, daher gibt es keinen separaten Klärer und keine Rücklaufschlammpumpe. Die Steuerung erfolgt über Zeitschalter und Niveauschalter.

MBBR — Moving-Bed-Biofilm-Reaktor. Ein belüfteter Tank, gefüllt mit kleinen Kunststoffträgern. Bakterien wachsen als Biofilm auf der geschützten Innenfläche jedes Trägers, sodass die Biomasse ohne Schlammrückführung im Tank bleibt. Die Träger werden durch ein Sieb am Auslass im Reaktor zurückgehalten. Abgelöste Feststoffe werden stromabwärts entfernt, üblicherweise durch einen Klärer oder eine DAF-Einheit.

MBR — Membranbioreaktor. Belebtschlamm, bei dem das Nachklärbecken durch Mikro- oder Ultrafiltrationsmembranen ersetzt wird, entweder im Belüftungsbecken untergetaucht oder in einem Seitenstrom. Das EPA-Membranbioreaktor-Faktenblatt beschreibt Membranen, die Partikel von etwa 1 Mikrometer, weshalb das MBR-Abwasser im Wesentlichen frei von suspendierten Feststoffen und den meisten Bakterien ist.

Was jede einzelne gut kann

SBR: Flexibilität auf kleinem Raum

Das EPA-Fact-Sheet schreibt SBRs das Verdienst zu, Ausgleich, Primärklärung, biologische Behandlung und Nachklärung in einem einzigen Behälter zu vereinen, mit minimalem Platzbedarf und potenziellen Kapitaleinsparungen durch den Wegfall von Nachklärbecken. Die im selben Dokument zitierten Auslegungswerte geben eine 4-Stunden-Zyklus für kommunales Abwasser und 4–24 Stunden für industrielles, mit MLSS von 2.000–4.000 mg/L bei niedrigem Wasserstand.

Da die Zykluslänge über das Bedienfeld geändert werden kann, kann ein SBR in einem kurzen 3,5-stündigen Kontaktstabilisierungsmodus bis hin zu einem 18–36-stündigen verlängerten Belüftungsmodus betrieben werden. Deshalb eignet er sich für Fabriken, deren Belastung sich schichtweise oder saisonal ändert. Der BOD-Abbau ist typischerweise 85–95%und die im Fact Sheet zitierten Lieferanten garantieren unter 10 mg/L BSB und TSS.

MBBR: mehr Kapazität im selben Tank

Die Träger fügen Biofilmoberfläche hinzu, ohne das Tankvolumen zu vergrößern. Der Standard-Kaldnes-K1-Träger bietet ungefähr 500 m² geschützte Oberfläche pro Kubikmeter Trägermaterialund Reaktoren normalerweise nicht mehr als etwa 67–70 % des Tankvolumens Die Träger können also weiterhin zirkulieren (Rusten et al., 2006). Füllt man einen Tank zur Hälfte mit Trägern, steigt der effektive Biomassebestand um ein Mehrfaches, ohne den Beton zu berühren.

Das ist der Grund, warum MBBR die übliche Wahl ist, wenn eine bestehende Anlage überlastet ist und kein Platz für ein zweites Belüftungsbecken vorhanden ist. Es verkraftet auch Stoßbelastungen gut, weil der Biofilm anhaftet und nicht so ausgewaschen werden kann wie suspendierte Flocken. Der Preis dafür ist, dass es seine eigenen Feststoffe nicht absetzt: Ein Klärbecken, DAF oder eine Filtrationsstufe ist weiterhin erforderlich, und der Schlamm, der die Entwässerungsstufe erreicht, ist leichter und schwerer einzudicken als konventioneller Überschussschlamm.

MBR: das sauberste Wasser und die kleinsten Tanks

Das EPA-Merkblatt berichtet über großtechnische Anlagen, die den BSB von etwa 150–280 mg/L auf 1–2 mg/L, TSS von etwa 170–250 mg/L auf 1–3 mg/Lund Ammoniakstickstoff auf unter 0,3 mg/L, mit einer durchschnittlichen Abwassertrübung von 0,3 NTU in einer Anlage in Georgia. Da die Membranen die gesamte Biomasse im Reaktor zurückhalten, kann der MLSS-Wert weit höher sein als in einer Anlage mit Nachklärbecken, was das Tankvolumen und die hydraulische Verweilzeit reduziert.

Zwei Warnhinweise aus demselben Dokument. Der Spitzenfluss sollte begrenzt werden auf nicht mehr als das 1,5- bis 2-Fache des Durchschnitts, weil Membranen keinen hydraulischen Stoß so aufnehmen können wie ein Klärbecken, weshalb in der Regel ein Ausgleichsbehälter erforderlich ist. Und Spülluft ist von erheblicher Bedeutung: Eine Anlage verbrauchte durchschnittlich 1.800 kWh pro Million Gallonen Allein für Membran-Gebläse zur Reinigung wird etwa die doppelte Luftmenge benötigt, die eine konventionelle Anlage für die Belüftung braucht. Die Garantiezeiten für Membranen liegen zwischen 3 und 10 Jahren.

Direkter Vergleich

Wie man sich in vier Fragen entscheidet

1. Was verlangt die Genehmigung? Wenn der TSS unter 5 mg/L liegen muss oder das Wasser für Kühlung oder Prozesszusatzwasser wiederverwendet wird, ist MBR die einzige der drei Technologien, die dies ohne einen separaten tertiären Filter erreicht.
2. Gibt es einen vorhandenen Tank? Wenn ja und es überlastet ist, können MBBR-Träger hinzugefügt werden. Eine Umstellung auf MBR ist ebenfalls möglich, erfordert jedoch neue Siebe, Membranen und Gebläse.
3. Wie gleichmäßig ist der Durchfluss? Die Chargenproduktion, saisonale Fabriken und Lebensmittelbetriebe mit Spitzenbelastungen durch Reinigungsvorgänge bevorzugen SBR, da der Zyklus bei hoher Belastung verlängert und bei geringer Belastung verkürzt werden kann.
4. Wer wird es leiten? Ein MBR braucht jemanden, der sich mit Transmembrandruck, chemischer Reinigung und Fouling auskennt. Ein MBBR braucht fast nichts außer der Kontrolle der Siebe und der Luftverteilung.

Der Teil, den niemand in die Broschüre schreibt: Schlamm

Alle drei Verfahren wandeln gelöste organische Stoffe in Biomasse um, und diese Biomasse verlässt die Anlage als Abfallschlamm mit etwa 0,5–1,2 % Feststoffen. Das EPA-Membranbioreaktor-Datenblatt zeigt Abfallschlamm mit 1–1,2 % Gesamtfeststoffen; SBR und MBBR sind ähnlich oder dünner.

Drei Dinge unterscheiden sich bei ihnen in der Entwässerungsphase:

• MBR-Schlamm ist älter und stärker mineralisiert, was normalerweise die KuchenTrockenheit begünstigt, aber es geht mit hohem MLSS einher und kann feine Kolloide mitführen, die das Tuch schnell verstopfen. Testen Sie das Tuch, bevor Sie es auswählen.
• MBBR abgelöstes Biofilm ist leicht und benötigt oft eine höhere Polymerdosis, um zu flokkulieren. Sie verdickt sich selten gut allein durch Schwerkraft.
• SBR-Abfallschlamm verhält sich wie gewöhnlicher Belebtschlamm und ist von den dreien am einfachsten zu entwässern in einem Kammerfilterpresse.

Für jede der drei, ein Membranfilterpresse wird biologischen Schlamm in einem Schritt von 1 % Feststoffen auf einen Kuchen von 20–30 % bringen, was die Transport- oder Deponiekosten beherrschbar macht. Für kleine Anlagen unter einigen Tonnen Trockenmasse pro Tag, eine Mehrscheiben-Schneckenpresse ist die energieärmere Option.

Verwandt: Wie viel Schlamm eine Kläranlage produziert, wenn Sie gelöste Luftflotation benötigenund Industrielle Abwasserbehandlungsanlagen.

Häufig gestellte Fragen

Ist MBR besser als SBR?

Nur wenn Sie die Ablaufqualität benötigen. MBR erreicht 1–3 mg/L TSS und nahezu null Bakterien, was SBR ohne einen Tertiärfilter und Desinfektion nicht erreichen kann. SBR punktet bei Energie, Bedienerqualifikation und Toleranz gegenüber Durchflussspitzen und hat keine Membranen, die ersetzt werden müssen.

Kann MBBR eine Belebtschlammanlage ersetzen?

Es kann den biologischen Schritt im selben Tank übernehmen, benötigt danach jedoch weiterhin eine Feststoffabscheidungsstufe. Bei den meisten Nachrüstungen bleibt das vorhandene Klärbecken erhalten oder es wird eine DAF-Einheit nach dem MBBR-Reaktor hinzugefügt.

Welche Größe einer Anlage eignet sich für einen SBR?

Das EPA-Merkblatt weist darauf hin, dass SBRs typischerweise bei Durchflüssen von 5 Millionen Gallonen pro Tag (etwa 19.000 m³/d) oder weniger eingesetzt werden und dass die meisten Anlagen unter 2 MGD liegen. Größere Durchflüsse gehen normalerweise zu kontinuierlich betriebenem Belebtschlamm oder MBR.

Wie viel Trägermaterial kommt in einen MBBR-Tank?

Üblicherweise zwischen 30 % und 67 % des Reaktorvolumens, und nicht mehr als etwa 70 %, damit die Träger durch die Belüftung noch in Bewegung gehalten werden können. Die genaue Füllmenge wird anhand der erforderlichen Biofilmoberfläche für die Auslegungslast festgelegt.

Warum benötigt ein MBR einen Ausgleichsbehälter?

Weil der Membranfluss begrenzt ist. Das EPA-Merkblatt empfiehlt, den Spitzenauslegungsdurchfluss auf nicht mehr als das 1,5- bis 2-Fache des Durchschnitts zu begrenzen; ein Absetzbecken verträgt einen Anstieg, eine Membran nicht.

Welcher der drei produziert den wenigsten Schlamm?

MBR, in den meisten Fällen, weil es bei einem langen Schlammalter betrieben wird und mehr Biomasse durch endogenen Zerfall verbraucht wird. Der Unterschied ist gering, und jeder der drei benötigt noch einen Entwässerungsschritt, bevor der Schlamm abtransportiert werden kann.

Sagen Sie uns den Durchfluss, die CSB- oder BSB-Fracht, den Einleitungsgrenzwert und ob bereits ein Tank vorhanden ist, und wir sagen Ihnen, welches Verfahren passt und dimensionieren die Schlammentwässerung passend dazu: Fordern Sie eine Prozess- und Dimensionierungsempfehlung an.

Referenzen: US EPA — Merkblatt zur Abwasserbewirtschaftung: Membranbioreaktoren (832-F-07-015), US EPA — Merkblatt zur Abwassertechnologie: Sequencing-Batch-Reaktoren (1999), Rusten B. et al. (2006) — Design and operations of the Kaldnes moving bed biofilm reactors, Aquacultural Engineering 34.

Dieser Artikel ist Teil unseres Leitfadens zu Abwasser-Schlammentwässerung.