[Back]

S. Haider:
"CSB-Elimination in höchstbelasteten Belebungsstufen und ihre Auswirkung auf die Stickstoffelimination von zweistufigen Anlagen unter dem Gesichtspunkt der mathematischen Modellierung";
Supervisor, Reviewer: H. Kroiss, P. Vanrolleghem; Institut für Wassergüte und Abfallwirtschaft, 2002.

This PhD Thesis is a contribution to the knowledge of high loaded activated sludge systems (sludge age below 1 day), especially that knowledge concerning the readily biodegradable COD, which is a key factor in nitrogen removal and therefore in the design, operation and modelling of two stage activated sludge systems.
Experiments performed in Vienna (A), Ghent (B) and Eschweiler (D) showed that activated sludge taken from systems with a sludge age less than 1 day can only degrade about half of the readily biodegradable COD (SS) in the wastewater even after a prolonged aeration period. The other part of SS remains in the wastewater and can thus be utilised for enhanced denitrification in the second stage. It is hypothesised that very low sludge ages result in a selection of fast growing bacteria, which can utilise only certain readily biodegradable substrates in the raw wastewater. The assumption of the Activated Sludge Model No.1 that the biodegradable fractions can be modelled as a single substrate and by a single removal kinetic (one Monod term) appears not to be applicable to low sludge age systems. Only at a sludge age above approx. 4 days, can soluble COD fractions be defined as waste water characteristics, independently of the sludge age.
Certain modifications to the "Activated Sludge Model No.1" (ASM1) as well as to ASM3 are suggested, in order to apply these models to low sludge age systems. A new model approach (Enmeshment) to describe the separation of particulate substances is also proposed.
Mass balances for COD and nitrogen for 2 different 2-stage activated sludge systems were used to guarantee the measured data and to gain additional information on treatment efficiencies, oxygen consumption and biomass production of the single stages.

Die Arbeit versucht einen Beitrag zum besseren Verständnis von höchstbelasteten Belebungsstufen (Schlammalter kleiner 1 Tag) insbesondere in bezug auf den für die Stickstoffelimination so wichtigen leicht abbaubaren CSB und damit auch einen Beitrag zur Bemessung, zum Betrieb und zur Modellierung von zweistufigen Belebungsanlagen zu leisten.
Die Untersuchungen in Wien, Ghent (B) und Eschweiler (D) zeigen, dass Belebtschlamm mit einem Schlammalter kleiner 1 Tag selbst bei längerer Belüftung nur etwa die Hälfte des gesamten leicht abbaubaren CSB im Rohabwasser abzubauen vermag. Der Rest durchläuft als gleichsam inerter gelöster CSB die Höchstlaststufe und steht als leicht abbaubarer CSB in der nachfolgenden Schwachlaststufe für die Denitrifikation zur Verfügung.
Es wird vermutet, daß es bei sehr niedrigem Schlammalter zu einer Selektion von schnell wachsenden Bakterien kommt, welche für ihr Wachstum nur bestimmte leicht abbaubare Substrate verwerten können. Die weit verbreitete Annahme, daß eine einzige Monod-Funktion zur Beschreibung der Beziehung zwischen heterotrophem Wachstum und Substratkonzentration ausreicht, ist somit bei niedrigem Schlammalter nicht mehr zulässig. Die zum Zwecke der dynamische Simulation oder der statischen Bemessung vorgenommene CSB-Fraktionierung ist nicht länger rein "abwasserspezifisch", sondern auch "schlammspezifisch" vorzunehmen.
Die Untersuchungen ergaben weiters, dass im höchstbelasteten Belebtschlamm weder eine physikalisch bedingte Adsorption noch die intrazelluläre Speicherung von gelöstem CSB eine nennenswerte Rolle spielt. In der Arbeit werden mehrere Modifikationen betreffend des "Activated Sludge Model No.1" (ASM1) sowie des ASM3 vorgeschlagen, um diese Modelle auch bei niedrigem Schlammalter anwenden zu können. Weiters wird ein neuer Modellansatz (Enmeshment) zur Beschreibung des Rückhaltes von partikulären Stoffen in einer Höchstlaststufe vorgestellt.
Massenbilanzen für CSB und Stickstoff von 2 unterschiedlichen Anlagen dienten dazu, die Messdaten abzusichern und zusätzliche Informationen über Wirkungsgrad, Sauerstoffverbrauch und Überschussschlammanfall in der höchstbelasteten ersten sowie schwach belasteten zweiten Stufe zu erhalten.