Wirkung von bioTEC BAC-Produkten auf Klärschlammbakterien

1. Woraus besteht bioTEC BAC?

bioTEC BAC setzt sich aus einem Trägermaterial aus Schichtsilikaten und eingelagerten Membraneffektoren zusammen. Die aufwachsenden Bakterien sind so in engstem räumlichen Kontakt mit den Wirksubstanzen, so dass diese (sehr teuren) Stoffe in geringster Konzentration eingesetzt werden können.
Die Membraneffektoren(1) sind:

  • Nicotinat (Hemmung der Adenylcyclase und der Fettsäurenveresterung mit Glycin-3-Phoshat)
  • Salicylat (Einbau in die Lipidschicht der Zellmembran, Hemmung der Bildung ungesättigter Fettsäuren, insbesondere der Arachidonsäure)
  • Anthrachinon (hemmt die membranständige K+/Na+-ATPase)
  • Alginsäuresilylester (beschleunigt durch Phasentransferkatalyse den Sauerstofftransport in die Zelle)
  • Lithiumkarbonat (vermindert den K+-Gehalt der Zelle)
  • Harnstoff/SDS-Addukt (Störstellenbildner in den Membranmicellen)
  • Guanidiniumnitrat (erhöht transmembrane Permeation, steigert Glukoseoxidation)
  • K-O-Ethyldithiocarbamat (hemmt Phosphodiesterase, der c-AMP-Gehalt steigt).

Aufgrund langer Versuchsreihen wurden 144 Mischungen zur Steuerung mikrobieller Mischbiozönosen entwickelt. Für die praktischen Bedürfnisse in Kläranlagen sind daraus 9 Produkte gewählt worden, mit denen sich die meisten Probleme bewältigen lassen. In Spezialfällen stehen jedoch weitere 135 Präparate zur Auswahl.

2. Wie wirkt bioTEC BAC?

Wirkung als Aufwuchssubstrat

Die meisten Bakterien haben das Bestreben, sich auf einer festen Oberfläche anzusiedeln. Nach Ansiedlung steigen in der Regel ihre Stoffwechselaktivität, die Lebensdauer und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Giftstoffen, pH-Stößen und anderem Stress. Die Schichtsilikate stellen mit 20-25 µ (Bakterien 1-10 µ) ein geeignetes Aufwuchssubstrat dar, das sich aber technologisch wie eine Flüssigkeit behandeln lässt.
Durch Selektion liegen die Bakterien, die aufeinanderfolgende Abbauschritte durchführen, räumlich benachbart. Ein Zwischenprodukt muss sich also nicht erst lange seinen nächsten Partner suchen, der Abbau wird beschleunigt.
Durch das höhere Lebensalter erhöht sich die Menge an lebenden Bakterien bis zum Doppelten. Sofern genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, beschleunigt sich so der Abbau um 30-40%.

Beschleunigung des Sauerstofftransfers

Die Ausnützung des eingetragenen Sauerstoffs ist in der Regel schlecht (10-15%). Geschwindigkeitsbestimmend ist dabei häufig der Transfer aus der Wasserphase (mit seiner schlechten Sauerstofflöslichkeit) auf die Flocke. Wie Untersuchungen gezeigt haben (2), kann dieser Transfer durch Alginsäure oder noch besser durch Alginsäuresilylester beschleunigt werden.
Aufgrund struktureller Ähnlichkeiten mit dem roten Blutfarbstoff Hämoglobin, welcher der Sauerstofftransporteur vieler Tiere ist, kann ein ähnlicher Mechanismus vermutet werden.

Verbesserung der Schlammqualität (Blähschlamm, Schwimmschlamm)

In Belebungsanlagen gibt es drei Typen an technologisch unerwünschtem Belebschlamm, die alle die sedimentative Trennung von Schlamm und Wasser erschweren:

Blähschlamm:Der Schlamm hat ein geringes spezifisches Gewicht (SVI 200-1000 ml/g). Meist besteht die Flocke aus vielen fädigen Bakterien, die untereinander verfilzen.
Schwimmschlamm:Der Schlamm ist leichter als Wasser und schwimmt daher auf. Oft sind Actinomyceten (Nocardien) die Ursache. Eine häufige Ursache sind Fette, Öle und Detergentien im Abwasser. Oft besteht nur ein Teil des Schlamms aus Schwimmschlamm (zweiphasiger Schlamm).
Denitrifikationsschlamm:Nitrat wird in Nachklärbecken zu gasförmigem Stickstoff denitrifiziert. Die Stickstoffbläschen treiben den Schlamm nach oben. Dem kann durch die Veränderung der Verfahrenstechnik entgegengewirkt werden.

Die Typen Bläh- und Schwimmschlamm können durch bioTEC BAC bekämpft werden. Dabei ist eine Bestimmung der verursachenden Bakterien notwendig (3). Eine Zuordnung der verschiedenen Bakteriengruppen zu bioTEC BAC-Produkten gibt die Tabelle wieder.
Neben der bakteriologischen Analyse ist der Ursache für die Bläh- und Schwimmschlammbildung stets nachzugehen.

Die häufigsten Ursachen sind:

Unterlastblähschlamm:Bei einer Schlammbelastung unter 0,005 kg BSB5/kg TS.d konkurrieren die Bakterien um Nährstoffe. Fädige Bakterien sind dabei bevorzugt.
Ungünstige Abwasserzusammensetzung:Ein starkes Abweichen vom idealen C:N:P-Verhältnis von 100:5:1 führt zur Bildung fädiger Bakterien. Die Ursache ist daher ein relativer Nährstoffmangel (im Gegensatz zum absoluten Nährstoffmangel bei Unterlastblähschlamm).
Toxische Stoffe:Schwermetalle wie Kupfer, Chrom(VI), Zink oder Cyanide, Thiocyanat, Phenole, Mineralöle u.v.a. führen zu einer Vergiftung oder Hemmung von Bakterien. Widerstandsfähige (oft fädige) Arten überwiegen. pH-Stöße, insbesondere saure, führen zu ähnlichen Erscheinungen. Dabei kann die Flockenstruktur zerstört werden, was auch ohne fädige Bakterien zu einer schlechten Absetzbarkeit führt.
Überlastblähschlamm:Bei Schlammbelastungen über 0,5 kg BSB5/kg TS.d. findet eine Konkurrenz um Sauerstoff statt. Auch hier haben fädige Bakterien Vorteile. Eine sehr schlechte Sauerstoffversorgung führt zu einem ähnlichen Bild.

Durch bestimmte Kombinationen an Membraneffektoren werden die flockenbildenden Bakterien gefördert. Bläh- und Schwimmschlamm verschwinden. Dies gilt für alle häufigen Fadenbakterien, die 85-90% aller Problemfälle ausmachen.
Bei seltenen Arten müssen Laborversuche zur Selektion des geeigneten Produkts (auch aus der Gesamtmenge) durchgeführt werden.

Förderung des Fettabbaus

Tierische und pflanzliche Fette und Öle (Triglyceride) in größeren Mengen können beim Abbau ein Problem darstellen. Die Spaltung in Glycerin und Fettsäure geschieht durch Exoenzyme bestimmter Bakterien. Der weitere Abbau der Fettsäuren kann zum Problem werden. Häufen sich Fettsäuren an, so können sie auch ihrerseits die weitere Spaltung hemmen. Fette und Öle rahmen gerne als Monosubstrate aus. Die Nährstoffversorgung in dieser Schicht ist ebenso ungenügend wie die Sauerstoffversorgung (Sauerstoff diffundiert schlecht durch Fett). Durch die Förderung des Fettabbaus (bioTEC BAC VIII) ist es möglich, die Abbauhemmung zu überwinden.
bioTEC BAC VIII ist bei Fetten und Ölen auf Mineralölbasis nicht geeignet!

Beeinflussung der anaeroben Abwasser- und Schlammbehandlung

Bei der Faulung werden die Abwasserinhaltsstoffe durch Hydrolyse zu organischen Säuren und Alkoholen abgebaut. Bleibt die Faulung bei dieser Stufe stehen, so kommt es zu erheblichen Geruchsbelästigungen.
In der Methanisierungsphase werden zuerst die organischen Säuren (soweit nicht schon als Acetat vorhanden) und die Alkohole zu Essigsäure abgebaut (acetogene Bakterien) und danach durch methanogene Bakterien in Methan umgewandelt. Beide Bakterienarten müssen in enger Lebensgemeinschaft miteinander stehen. Diese Lebensgemeinschaft wird durch Auswuchssubstrat gefördert.
Vielfältige Hemmungen durch Schwermetalle oder durch Mangel an Spurenelementen behindern die Methanisierung, weniger die Hydrolyse. Durch Förderung der acetogenen und methanogenen Bakterien kann dies behoben werden.
bioTEC BAC VIII enthält hierzu neben Membraneffektoren auch Spurenelemente.

Bekämpfung von fadenbildenden Bakterien und Schwimmschlammbakterien

Namegefördert durchbekämpft durch
Microthrix parvicellalangkettige Fettsäuren, niedrige Schlammbelastungniedrige Sauerstoffkonzentration, bioTEC BAC II oder IV
Sphaerotilus spec. bei niedrige Schlammbelastung:
leicht abbaubares Substrat, Kohlenhydrate bei hoher Schlammbelastung: Fettsäuren, Detergenzien
hohen Stickstoffgehalt
(Harnstoffzugabe), intermittierende
Substratzugabe
bioTEC BAC VI
021Kohlenhydrate, kurzkettige FettsäurenbioTEC BAC II oder IV
Haliscomenobacter hydrossishoher Stickstoffgehalt, niedrige SchlammbelastungbioTEC BAC II, IV oder VI
0961Eiweiß, Kohlenhydrate, Öle, hoher Stickstoffgehalthöhere Schlammbelastung, kurzkettige Fettsäuren, bioTEC BAC II oder IV
„Blaualgen“hohe Schlammbelastung, langkettige FettsäurenAmmoniumphosphat + bioTEC BAC VI
Nostoc limnicolaMangel an Phosphor und Stickstoff, Öle, DetergenzienAmmoniumphosphat + bioTEC BAC IV oder VI
0041niedrige Schlammbelastung, tolerant gegen Sauerstoffmangelintermittierende Substratzugabe, bioTEC BAC III
Thiotrix spec.Sauerstoff > 0,1 g/l, Sulfide,
Thiosulfate, angefaultes Abwasser
intermittierende Substratzugabe, bioTEC BAC II oder IV
0675niedrige Schlammbelastung, Öle, pH-StoßbelastungbioTEC BAC II oer IV
1701niedrige Schlammbelastungintermittierende Substratzugabe, bioTEC BAC IV oder VI
Nocardiforme (N. amarae)Öle, Fette, DetergenzienbioTEC BAC VIII

Beispiele für die Anwendung von bioTEC BAC-Produkten

1. Thiotrixblähschlamm in einer Färberei (4), (5)

In der Belebungsanlage einer Färberei trat Blähschlamm auf. Ursache waren hohe Sulfidgehalte im Abwasser. Thiotrix dominierte, der SVI lag bei 213-263 ml/g. Vorherige Versuche mit Wasserstoffperoxid oder Polymeren waren erfolglos. Es kam zum Schlammabtrieb.
17 Tage nach Zugabe von bioTEC BAC II verschwand Thiotrix schlagartig. Der SVI sank auf 53-90 ml/g. Schlammabtrieb fand nicht mehr statt.
Die Behandlung wurde mit 25 g bioTEC BAC II pro kg BSB5 begonnen. Eine Dauerdosierung von 4 g bioTEC BAC II/kg BSB5 verhinderte die Blähschlammbildung sicher und nachhaltig.

2. Blähschlamm (021 N) in einer kommunalen Kläranlage

Aus unbekannten Gründen, vermutlich aber durch eine Molkerei verursacht, trat in einer Kläranlage fast ständig Blähschlamm (SVI = 340 ml/g) auf. Es handelte sich um 021 N.
Durch Zugabe von 24 g bioTEC BAC VI/kg BSB5 für 10 Tage sank der Anteil an 021 N schrittweise bis auf ein sehr niedriges Niveau (SVI ca. 90 ml/g). Nach Beendigung der Dosierung dauerte es 6 Wochen, bis das alte Blähschlammbild wieder erreicht war. Nach erneuter Behandlung und einer folgenden Dauerdosierung von 6 g/kg BSB5 konnte sicher ein SVI unter 100 ml/g erreicht werden.

3. Schwimmschlamm (Nocardien)

In einer Kläranlage mit überwiegendem Industrieanteil (Metallverarbeitung) trat regelmäßig Nocardien-Schwimmschlamm auf. Es wurde vermutet, dass es sich um den Einfluss von Bohr- und Schneideemulsionen handelte.
Nach Zugabe von bioTEC BAC IV (10 g/kg BSB5) begann die Schwimmschlammdecke nach 4 Tagen abzunehmen, war nach 6 Tagen fast ganz und nach 14 Tagen völlig verschwunden.

4. Ungenügende Sauerstoffversorgung

In der Kläranlage einer Tierkörperverwertung war nach Produktionsausweitung der Sauerstoffgehalt der Belebung sehr niedrig (0,2 mg/l). Hierzu mussten alle 12 Hohlwellenbelüfter eingeschaltet werden. Nach Zugabe von bioTEC BAC III (18 h/kg BSB5) gelang es innerhalb von 3 Tagen, den gleichen Sauerstoffgehalt (und den gleichen Abbau) mit nur 8 Hohlwellenbelüftern zu erreichen, wodurch der Energieaufwand beträchtlich sank.

5. Ungenügende Nitrifkation

In einer kommunalen Kläranlage war es trotz einer Schlammbelastung von 0,12 kg BSB5/kg TS.d und einer Temperatur von 12°C nicht möglich, zu nitrifizieren. Vermutlich wirkte Avivagen aus einer Textilverarbeitung als Nitrifikationshemmer (Nitrifikanten waren anwesend).
bioTEC BAC VI in einer Menge von 25 g/kg BSB5 führte nach 8 Tagen fast schlagartig dazu, dass die Kläranlage voll nitrifizierte. Die Dauerdosierung konnte auf 8 g/kg BSB5 zurückgenommen werden.

6. Schlechter anaerober Abbau

In einer Zuckerfabrik wurde Abwasser anaerob behandelt. Die Gasproduktion blieb bei 65% des Sollwertes. Es traten große Mengen an organischen Säuren im Ablauf auf, was zu großer Geruchsbelästigung führte.
12 Tage nach einer Behandlung mit bioTEC BAC IX erhöhte sich die Gasproduktion sogar auf 100% des Sollwertes und stabilisierte sich. Die Gerüche verschwanden.

7. Kaltfaulung

In einer Kaltfaulung von Schlamm trat unter starker Geruchsentwicklung stets eine Separation in aufschwimmenden und sedimentierten Schlamm ein. Das dazwischenliegende Schlammwasser war grünschwarz und stinkend.
Nach einer Behandlung mit bioTEC BAC IX ergab sich eine gute Trennung des Schlamms und des Schlammwassers. Das Schlammwasser war klar und geruchsärmer.

Wie werden bioTEC BAC-Produkte angewendet?

1. Aerobe Behandlung

Nach Analyse der Ursachen wird bioTEC BAC an einer möglichst turbulenten Stelle zugegeben. Bei einem Schlammalter von mehreren Tagen genügt eine täglich einmalige Zugabe, da bioTEC BAC mit dem Rücklaufschlamm zurückgeführt wird.
Man beginnt in der Regel mit 20-25 g/kg BSB5 bis zur 1 1/2–fachen Zeit des Schlammalters, wenn der gewünschte Effekt nicht früher wieder rückläufig ist.
Diese Dosierung wird als Dauerdosierung beibehalten. Durch sie wird der bioTEC BAC-Austrag mit dem Überschuss-Schlamm kompensiert.

2. Anaerobe Behandlung

Man beginnt mit ca. 100 g bioTEC BAC IX pro m³ Zulauf bis etwa zur 1 1/2–fachen Aufenthaltszeit im Faulturm. Auch hier wird die Dosierung so lange reduziert, bis sich der Effekt (Gasproduktion) zu verschlechtern beginnt.

Liste der standardisierten bioTEC BAC-Produkte

Aerobe Abwasserbehandlung:bioTEC BAC I
bioTEC BAC II
bioTEC BAC III
bioTEC BAC IV
bioTEC BAC V
bioTEC BAC VI
bioTEC BAC VII
Aerobe und anaerobe Behandlung von tierischen und pflanzlichen Fetten und Ölen:bioTEC BAC VIII
Anaerobe Abwasser- und Schlammbehandlung:bioTEC BAC IX

Aus weiteren 135 Produkten steht für den jeweils vorliegenden Problemfall das entsprechende Spezialprodukt zur Verfügung.