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Das SBR-Verfahren ist eine Variante des. Der
Unterschied zum konventionellen Durchlaufverfahren
liegt darin, dass die Verfahrensschritte nicht
entlang einer Wegachse, wie es z. B. bei
kaskadenförmig durchströmten Belebungsanlagen,
sondern entlang einer Zeitachse geführt werden.
Das bedeutet, dass beim SBR-Verfahren alle zur
biologischen Reinigung des Abwassers notwendigen
Schritte nicht in mehreren voneinander getrennten
Reaktionsräumen stattfinden (anaerobe, aerobe,
anoxische Zonen, Nachklärbecken), sondern in einer
zeitlichen Abfolge im selben Behälter ablaufen.
Der Preis eines Behälters steigert sich in
bestimmten Größenbereichen nicht linear mit dem
Beckenvolumen, zusätzlich ist die Erstellung
zweier identischer Bauteile oft billiger als der
Bau eines Belebungsbeckens und eines
Nachklärbeckens. SBR-Anlagen sind daher besonders
für kleinere Anschlussgrößen etwa ab 8
Einwohnerwerte geeignet, da sie dort
kostengünstiger erstellt werden können als
kontinuierliche Anlagen. Es ist allerdings immer
eine Steuerung erforderlich.
Aufbau und Betrieb
Eine kleine SBR-Anlage besteht meistens aus einem
zweikammerigen Aufnahmetank. Er übernimmt die
mechanische Vorreinigung, also das Absetzen
gröberer und schwererer Feststoffe und dient zur
Pufferung von Abwassermenge und -konzentration.
Von dort aus gelangt das Abwasser in
vordefinierten Steuerungsintervallen in den
eigentlichen Reaktorbehälter.
Es gibt verschiedene Steuerungsabläufe, z.B. wie
folgt: Während des Füllens und für eine
vorgegebene anschließende Zeit wird der Schlamm
belüftet. Nach der Belüftung setzt sich der
Schlamm auf den Grund des Reaktorbehälters ab. Von
dort wird ein Teil des Belebtschlammes (Überschußschlamm)
in den Schlammtank gepumpt, bevor das geklärte
Wasser abfließt. Danach wird der jetzt noch zu ca.
30 bis 70% gefüllte Reaktor in festgelegten
Abständen belüftet, bis wieder frisches Abwasser
unter Belüftung hineingepumpt wird. Bei
Nichtbelüftung wird ein Rührwerk eingeschaltet.
Durch eine entsprechende Wahl der Rührintervalle
kann bei Anlagen mit Nitrifikation eine
Denitrifikation durchgeführt werden. Dafür wird
während und nach dem Füllen ebenfalls gerührt,
damit das im vorausgegangenen Zyklus gebildete
Nitrat veratmet werden kann.
Verfahrensbeschreibung
Unter SBR-Belebungsverfahren werden solche
Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung
verstanden, deren gemeinsames Kennzeichen es ist,
dass zur biologischen Abwasserreinigung
Belebtschlamm eingesetzt wird, die biologische
Abwasserreinigung und die Abtrennung des
Belebtschlamms vom gereinigten Abwasser im selben
Becken stattfinden, das gereinigte Abwasser
chargenweise aus dem Becken abgezogen wird
(Klarwasserabzug).
Die chargenweise Zuführung des zu reinigenden
Abwassers und der zeitliche Ablauf der
Abwasserzuführung sind Optionen, die gewählt
werden können, um in dem SBR-Becken bestimmte, in
diesem Merkblatt noch näher erläuterte Wirkungen
zu erzielen.
Verfahren, die chargenweise betrieben werden, bei
denen zur Abwasserreinigung aber Biofilme
eingesetzt werden (Sequencing Batch Biofilm
Reactor, SBBR) sind in dieser Beschreibung
ausgeklammert.
Der Behälter, in dem die biologischen
Reinigungsprozesse sowie die Trennung von
Belebtschlamm und gereinigtem Abwasser
stattfinden, wird im folgenden "SBR-Becken"
genannt. Eine SBR-Anlage kann aus einem oder
mehreren SBR-Becken bestehen. Zudem gehört zu
einer SBR-Anlage ein oder mehrere Vorlagebehälter,
wenn die Abwasserzuführung chargenweise und in
zeitlich begrenzten Zeitintervallen ausgeführt
wird.
Einer SBR-Anlage sind Einrichtungen zur
mechanischen Abwasservorreinigung, mindestens aber
ein Rechen sowie ein Sand- und Fettfang
vorzuschalten. Diese Anlagen zur
Abwasservorbehandlung entsprechen ebenso wie die
Einrichtungen zur Klärschlammbehandlung denen, wie
sie auch für kontinuierlich beschickte
Belebungsanlagen eingesetzt werden.
Das Zeitintervall, das mit dem Abschluss des
Klarwasserabzugs beginnt und mit dem Abschluss des
nächsten Klarwasserabzugs endet, bezeichnet man
als Zyklus. Jeder Zyklus ist in mehrere
Prozessphasen begrenzter zeitlicher Dauer
unterteilt.
Wichtige Prozessphasen sind:
-
Füllphase
Zeitintervall, in dem das zu reinigende Abwasser
in den SBR- Behälter eingeleitet wird
-
Mischphase
Zeitintervall, in dem der Behälterinhalt zur
Einstellung ohne Sauerstoffzufuhr gemischt wird,
so dass sich anaerober oder anoxischer
Milieubedingungen einstellen
-
Belüftungsphase
Zeitintervall, in dem der Behälterinhalt mit
Luft und/oder technisch reinem Sauerstoff begast
wird
-
Absetzphase
Zeitintervall, in dem sich der Belebtschlamm vom
gereinigten Abwasser durch Sedimentation trennt
-
Überschussschlamm-Abzugsphase Zeitintervall, in
dem der gebildete Überschussschlamm aus dem
Becken abgezogen wird
-
Klarwasserabzugsphase Zeitintervall, in dem das
sich über dem sedimentierten Belebtschlamm
gebildete Klarwasser abgezogen wird
-
Stillstandsphase
Zeitintervall, in dem der SBR-Behälter auf eine
neue Befüllung wartet (optional)
Die Prozessparameter:
-
Dauer der
einzelnen Prozessphasen,
-
Zeitpunkt für
die Initiierung einer Prozessphase,
-
Zyklusdauer
resp. Zyklushäufigkeit
-
Verhältnis von
Volumenabzug (Klarwasser, Überschussschlamm) zu
Inhalt des SBR-Behälters bei Vollfüllung
(Volumenaustauschrate,
Überschussschlamm-Abzugsrate)
bestimmen die Reinigungsleistung und
Prozessstabilität einer SBR-Anlage nachhaltig und
müssen daher sorgfältig und zielgerichtet gewählt,
bemessen und kontrolliert werden.
Geschichtlicher Hintergrund
Der Prozeßablauf, der das SBR-Verfahren
kennzeichnet, wurde erstmals von dem englischen
Ingenieur Sir Thomas Wardle für den Betrieb von
Abwasserteichen vorgeschlagen. Das von Wardle
beschriebene Verfahren unterschied zwischen einer
Füllphase begrenzter Dauer, einer Belüftungs-
Sedimentations- und Entleerungsphase. Die
wichtigsten Merkmale des SBR-Verfahrens waren
damit vorgezeichnet.
Zwei Dekaden später führten Ardern und Lockett in
Manchester Versuche mit einer ganz ähnlichen
Prozesstechnik durch. Die im Labormaßstab
gewonnenen Ergebnisse waren so ermutigend, dass
das Verfahren auf der Kläranlage der englischen
Stadt Salford 1914 zum großtechnischen Einsatz
kam. Ein Jahr später ging eine ähnlich konzipierte
Anlage in Milwaukee, im US Bundesstaat Wisconsin,
in Betrieb. In Salford wurde das vorgeklärte
Abwasser innerhalb von jeweils 45 Minuten in einen
von zwei 83 m3 fassenden SBR-Behältern
eingeleitet und dann 3 Stunden lang belüftet. Der
gebildete Belebtschlamm wurde anschließend während
einer zweistündigen Sedimentationsphase abgesetzt
und der Klarwasserüberstand während einer
einstündigen Abzugsphase aus dem Becken
abgeleitet. Bis zum Beginn der neuen Füllphase war
eine 15 minütige Stillstandsphase vorgesehen. Es
wird berichtet, dass das mit diesen Anlagen
erzielte Reinigungsergebnis befriedigend war. Es
entstanden jedoch eine Reihe technischer Probleme,
die mit den damaligen Mitteln nicht zu bewältigen
waren. Insbesondere war der Bedienungsaufwand für
das Zu- und Abschalten der Pumpen, Schieber und
Belüfter unvertretbar hoch. Die Aggregate mussten
zur damaligen Zeit weitestgehend von Hand zu- und
abgeschaltet werden, was zu zahlreichen
Fehlschaltungen führte. Durch Umgestaltung der
Anlagen in eine kontinuierlich durchströmte Anlage
mit nachgeschalteten Absetzbecken und
Schlammrückführung konnten diese Probleme
bewältigt werden. Das klassische, kontinuierlich
durchströmte Belebungsverfahren war erfunden.
Das SBR-Verfahren geriet in der Folge für viele
Jahre in Vergessenheit, bis es 1952 von Hoover and
Porges sowie 1959 von Pasveer quasi wiederentdeckt
wurde. Im Unterschied zu der ursprünglichen
Betriebstechnik wurde von den genannten Autoren
vorgeschlagen, das Abwasser bei zunächst
geschlossenem Ablaufwehr kontinuierlich in das
SBR-Becken einzuleiten. In dem Becken kommt es
dadurch zu einem Aufstau. Nachdem eine obere
Wasserstandsmarke erreicht ist, wird die Belüftung
abgeschaltet. Der Belebtschlamm kann nun
sedimentieren, und das Klarwasser durch Absenken
des Ablaufwehrs abgezogen werden.
Das von Pasveer entwickelte Verfahren wurde in den
sechziger Jahren weltweit an zahlreichen Stellen
angewandt. Problematisch ist, dass während des
Klarwasserabzugs in das Becken Rohabwasser
zuströmte. Um die Vermischung von ungereinigtem
Zulauf mit gereinigtem Ablauf zu vermindern, wurde
von Goronszy vorgeschlagen, die Einlaufzone des
Beckens durch eine Tauchwand von dem restlichen
Beckenraum abzutrennen. Aus dieser Idee
entwickelten sich eine Reihe spezieller, zumTeil
patentrechtlich geschützter Firmenlösungen.
Die ursprüngliche, von Ardern und Lockett
eingeführte Betriebstechnik, die auf eine strikte
Trennung der Prozeßphasen "Füllen" und
"Klarwasserabzug" aufbaute, wurde von Irvine
aufgegriffen. Durch systematische Arbeiten im
Labor- und im großtechnischen Maßstab wurden in
den USA wie auch in Deutschland die
wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für
das Verfahren erarbeitet und vertieft, und dem
SBR-Verfahren so seine heutige Einsatzreife
verliehen.
Verfahrensvarianten
Zur Durchführung des SBR-Verfahrens stehen derzeit
im wesentlichen drei Varianten zu Verfügung. Sie
lassen sich mit folgenden Stichworte
charakterisieren:
-
kontinuierliche
Abwasserzuführung
bestehen in der Regel aus nur einem SBR-Becken.
Das Abwasser fließt dem Becken stetig zu.
Während der Belüftungs- und Sedimentationsphase
bleibt das Ablaufventil jedoch geschlossen, so
dass sich der Wasserspiegel im Becken anhebt.
Nach Erreichen einer oberen Wasserstandsmarke
wird die Belüftung eingestellt. Der
Belebtschlamm kann sich in der Folge absetzen.
Zur Absenkung des Wasserspiegels wird das
Ablaufventil schließlich geöffnet und nach
Unterschreiten einer unteren Wasserstandsmarke
wieder geschlossen.
Dadurch, dass ungereinigtes Abwasser auch
während der Klarwasserabzugasphase in den
SBR-Behälter fließt, kommt es zwangsläufig zu
einer mehr oder minder starken
Ablaufverschlechterung. Dies kann hingenommen
werden, wenn der SBR-Anlage ein weiteres
biologisches Reinigungsverfahren nachgeschaltet
wird.
-
alternierende
Beschickung
Es werden mindestens zwei SBR-Becken benötigt.
Das der Kläranlage stetig zufließende Abwasser
wird zunächst in das SBR-Becken 1 eingeleitet,
bis dieses gefüllt ist, und danach in SBR-Becken
2.
Becken 1 (resp. Becken 2) wird über die Dauer
der Füllphase hinaus belüftet, um einen
weitestgehenden Abbaueffekt zu erzielen.
Schließlich wird die Belüftung eingestellt. Der
Belebtschlamm sinkt zu Boden, und das Klarwasser
wird abgezogen, um Raum für eine erneute
Befüllung freizumachen.
Durch eine klare Trennung zwischen Füll-,
Sedimentations- und Klarwasserabzugsphase eine
Rückverschmutzung des gereinigten Klarwassers
durch zuströmendes Abwasser vermieden. Um dies
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