Einführung

Beim Belebtschlammverfahren werden organische Stoffe im Abwasser durch biologische Zersetzung in CO2 und Biomasse umgewandelt, was eine effiziente Übertragung von gelöstem Sauerstoff (DO) erfordert. Herkömmliche Belüftungsmethoden sind zwar energieintensiv, erreichen aber nur eine mäßige Sauerstoffübertragungseffizienz. Die Studie untersucht die potenziellen Vorteile des Einsatzes von Nanoblasen, das sind stabile Gashohlräume mit einzigartigen Eigenschaften, die eine längere Existenz und eine höhere Effizienz des Stofftransfers in wässrigen Lösungen ermöglichen.

Die herkömmliche Belüftung in der Abwasserreinigung ist energie- und kostenintensiv, wobei ein erheblicher Teil des Energieverbrauchs auf die Belüftung von Belebtschlammverfahren entfällt. Nanobubbles (NBs) haben einen kleineren Durchmesser als herkömmliche Mikroblasen, was zu einer größeren Kontaktfläche und einem schnelleren Anstieg der Konzentration von gelöstem Sauerstoff führt. Nanoblasen sind vielversprechend, wenn es darum geht, die Effizienz des Sauerstoff-Massentransfers zu verbessern, die Biomasseproduktion zu steigern und die Schlammproduktion in Belebtschlammreaktoren zu reduzieren. In diesem Artikel werden experimentelle Ergebnisse zu den Auswirkungen der NB-Belüftung auf den Gehalt an gelöstem Sauerstoff, die Gasübertragungskoeffizienten und die Größenverteilung der NB in nanoreinem Wasser vorgestellt. Er legt nahe, dass die Belüftung mit NB die Effizienz des Sauerstofftransfers erheblich steigern kann und potenzielle Vorteile für die Abwasserbehandlung bietet, obwohl weitere Forschung erforderlich ist, um ihre Auswirkungen auf die Belebtschlammbehandlung vollständig zu verstehen.

Die Studie untersucht auch die Auswirkungen der NB-Belüftung auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften und mikrobiellen Gemeinschaften des Belebtschlamms. Sie liefert eine erste Bewertung der NB-Belüftung in Reaktoren im Labormaßstab und ebnet den Weg für eine mögliche Umsetzung in großtechnischen Kläranlagen.

Materialien und Methoden

In dieser Studie führten die Forscherinnen und Forscher Experimente in einem Laborreaktor mit Acniti Microstar Nanobubble Generator (Modell-FS302AC-SW1, 300 W) mit Belebtschlamm aus einer kommunalen Kläranlage durch. Sie verglichen die Auswirkungen der Nanobubble-Belüftung (NB) mit der herkömmlichen feinblasigen Belüftung (CB) auf verschiedene Parameter, die mit der Effizienz der Abwasserreinigung zusammenhängen.

Results and discussion

Die Ergebnisse zeigten, dass die NB-Belüftung im Vergleich zur CB-Belüftung zu einem deutlich höheren Anstieg des gelösten Sauerstoffs (DO) im Wasser führte. Innerhalb der ersten zwei Minuten der Belüftung stieg der DO-Gehalt in NB-belüftetem Wasser sechsmal schneller an als in CB-belüftetem Wasser. Die NBs sorgten für eine kontinuierliche Sauerstoffzufuhr, was zu einer effizienteren Sauerstoffnutzung führte und möglicherweise die Stoffwechselraten der aeroben Mikroorganismen im Belebtschlamm erhöhte.

In der Studie wurden auch die Größenverteilung und die Konzentrationen der BS im Laufe der Zeit analysiert. Die in der Lösung gebildeten BS nahmen mit zunehmender Belüftungszeit in ihrer durchschnittlichen Größe ab und in ihrer Konzentration zu. Diese schnelle Bildung von BS trug zu dem in den Experimenten beobachteten schnellen Anstieg des gelösten Sauerstoffs bei. Außerdem untersuchten die Forscher die Auswirkungen der Belüftung der BS auf die Eigenschaften des Belebtschlamms und die mikrobiellen Gemeinschaften. Die Ergebnisse zeigten, dass die Belüftung der BS zu Veränderungen der Belebtschlammeigenschaften führte, einschließlich des löslichen chemischen Sauerstoffbedarfs (sCOD), der Gesamtfeststoffe (TS) und des Schlammvolumenindex (SVI). Auch die mikrobielle Gemeinschaft des Belebtschlamms wurde durch die Belüftung des Belebungsbeckens beeinflusst und zeigte Veränderungen in der mikrobiellen Zusammensetzung und morphologische Veränderungen.

Insgesamt deutet die Studie darauf hin, dass die Belüftung mit Nanoblasen einen energieeffizienteren und effektiveren Ansatz für den Sauerstofftransfer in der Abwasserreinigung darstellen könnte. Der Einsatz von Nanoblasen hat das Potenzial, die Behandlungseffizienz zu verbessern, den Energieverbrauch zu senken und die mikrobiellen Aktivitäten in Belebtschlammreaktoren zu steigern. Andererseits kann die Belüftung mit Nanoblasen die physikalisch-chemischen Eigenschaften und die mikrobiellen Gemeinschaften im Belebtschlamm verändern, aber es sind weitere Forschungen erforderlich, um die langfristigen Auswirkungen auf die Schlammqualität und die Behandlungseffizienz zu verstehen.

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