Aktivkohle zur BSB- und TSS-Entfernung

BSB (Biochemischer Sauerstoffbedarf) und TSS (Total Suspended Solids) sind zwei der am häufigsten regulierten Parameter in Abwassereinleitungsgenehmigungen weltweit. Der BSB misst den Sauerstoffverbrauch von Mikroorganismen beim Abbau organischer Stoffe im Wasser. TSS misst die Masse der im Abwasser suspendierten Feststoffpartikel. Nach der konventionellen biologischen Behandlung (Belebtschlamm, MBR oder Tropfkörper) müssen die meisten kommunalen und industriellen Abwasserbehandlungsanlagen den BSB und den TSS weiter reduzieren, um die Einleitungsgrenzwerte einzuhalten, die typischerweise im Bereich von 10–30 mg/L für den BSB und 10–50 mg/L für den TSS liegen. Die Aktivkohlefiltration ist eine der zuverlässigsten Technologien für diesen letzten Polierschritt und entfernt konsequent restliche lösliche organische Verbindungen und feine Schwebstoffe, die biologische Prozesse nicht einfangen können. Das Kohlenstoffbett fungiert sowohl als Adsorptionsmittel für gelöste organische Stoffe als auch als Tiefenfilter für Partikelfeststoffe und liefert eine Abwasserqualität, die selbst den strengsten Einleitungs- oder Wiederverwendungsstandards entspricht.

Wie Aktivkohle BSB und TSS entfernt

Aktivkohle reduziert BSB und TSS durch zwei unterschiedliche, aber komplementäre Mechanismen, die gleichzeitig in einem gepackten Kohlenstoffbett ablaufen:

BSB-Entfernung – Adsorption. Die gelösten organischen Verbindungen, die zum BSB beitragen – Huminsäuren, Proteine, Kohlenhydrate, Fettsäuren und restliche organische Chemikalien – werden durch physikalische Adsorption in der Porenstruktur des Kohlenstoffs eingefangen. Diese Moleküle diffundieren in das Mikroporen- und Mesoporennetzwerk und werden dort durch Van-der-Waals-Kräfte festgehalten. Die treibende Kraft für die Adsorption ist der Konzentrationsgradient zwischen der Hauptflüssigkeit und der Kohlenstoffoberfläche; Da die organischen Moleküle an aktive Stellen am Kohlenstoff binden, diffundieren sie stärker aus der flüssigen Phase hinein. Eine BSB-Reduktion von 60–90 % über ein GAC-Bett ist typisch für sekundäres Abwasser, abhängig von der organischen Zusammensetzung und der Kohlenstoffdosis oder der Leerbettkontaktzeit (EBCT).
TSS-Entfernung – physikalische Filterung. Schwebstoffe im Abwasser haben eine Größe von 1–100 μm. Während das Wasser durch das körnige Kohlenstoffbett fließt, werden diese Partikel in den Zwischenräumen zwischen den Kohlenstoffkörnern durch mechanische Belastung (bei größeren Partikeln > 20 μm) und durch Oberflächenkontakt (bei kleineren Partikeln, die Strömungslinien nahe der Körneroberfläche folgen) eingefangen. Eine TSS-Entfernung von 70–95 % ist in einem gut konzipierten GAC-Filter problemlos erreichbar, wobei das obere Ende des Bereichs von der Tiefe des Betts und der Filtrationsgeschwindigkeit abhängt.

Eine wichtige betriebliche Überlegung besteht darin, dass sich mit der Zeit eingefangenes TSS im Bett ansammelt, was den Druckverlust erhöht und schließlich eine Rückspülung erforderlich macht, um die angesammelten Feststoffe aus der Kohlenstoffschicht auszuspülen. Ein gut konzipiertes GAC-System für die Tertiärbehandlung umfasst regelmäßige Rückspülzyklen (in der Regel alle 24–72 Stunden, abhängig von der Feststoffbeladung), um die hydraulische Kapazität aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Adsorptionsfunktion des Kohlenstoffs zur BSB-Entfernung aufrechtzuerhalten.

Empfohlene Aktivkohletypen für die BSB-/TSS-Entfernung

Für die Tertiärbehandlung von kommunalem und industriellem Abwasser hängt die Wahl der Aktivkohle von der Konfiguration des Reinigungssystems und der angestrebten Abwasserqualität ab:
Granulat-Aktivkohle (GAC) – Empfohlen für kontinuierliche Systeme

GAC in Festbett-Downflow- oder Upflow-Säulen ist die Standardkonfiguration für die tertiäre BOD/TSS-Polierung. Der Kohlenstoff ermöglicht sowohl die Adsorption gelöster organischer Stoffe als auch die Tiefenfiltration suspendierter Feststoffe in einem einzigen Arbeitsgang. GAC auf Kokosnussschalenbasis wird wegen seiner hohen Härte (≥ 97 %), die Abrieb während Rückspülzyklen widersteht, und seines natürlichen niedrigen Aschegehalts (≤ 5 %), der das Auslaugen von Metallionen in das behandelte Abwasser minimiert, bevorzugt. Typische Maschengrößen sind 8×30 oder 12×40, wodurch die Filtrationseffizienz mit der hydraulischen Kapazität in Einklang gebracht wird. GAC auf Kohlebasis ist eine wirtschaftlichere Alternative für größere Anlagen, bei denen die TSS-Belastung moderat ist und die Rückspülhäufigkeit beherrschbar ist.
Pulverförmige Aktivkohle (PAC) – Für Batch- oder Saisonpolieren

PAC kann direkt in das Endklärbecken oder einen Kontakttank dosiert werden, wenn eine BSB-Politur nur in regelmäßigen Abständen erforderlich ist (z. B. saisonale Lastschwankungen) oder wenn die vorhandene Infrastruktur keine GAC-Säulen aufnehmen kann. Typisch ist eine PAC-Dosierung von 10–100 mg/L, wobei für Abwasser mit hochlöslichen BSB-Anteilen höhere Dosen erforderlich sind. PAC allein ermöglicht jedoch keine TSS-Entfernung und muss mit einem nachgeschalteten Klärungs- oder Filtrationsschritt kombiniert werden.

Typische Spezifikationen für die Abwasserreinigung GAC

Die folgende Tabelle fasst die empfohlenen Spezifikationen für körnige Aktivkohle zusammen, die bei der BSB- und TSS-Entfernung verwendet wird:

Parameter	Kokosnussschalen-GAC	Kohlebasierter GAC
Jodzahl (mg/g)	≥ 1.000	≥ 900
Maschenweite	8×30 oder 12×40	8×30 oder 8×40
Effektive Größe (mm)	0,55–0,80	0,55–0,95
Einheitlichkeitskoeffizient	≤ 1,9	≤ 2,1
Härte (%)	≥ 97	≥ 93
Aschegehalt (%)	≤ 5	≤ 12
Schüttdichte (kg/m³)	450–530	520–620

Wichtige Design- und Betriebsparameter

Die Leistung eines GAC-Systems zur BSB- und TSS-Entfernung hängt von mehreren Design- und Betriebsvariablen ab, die auf die spezifischen Abwassereigenschaften und Behandlungsziele abgestimmt werden müssen:

Leerbettkontaktzeit (EBCT). Der kritischste Designparameter. Für die BSB-Entfernung ist ein EBCT von 15–40 Minuten typisch für die Sekundärreinigung des Abwassers. Längere EBCTs sorgen für eine vollständigere Adsorption langsam diffundierender organischer Moleküle, erfordern jedoch größere Gefäße. Die TSS-Entfernung reagiert weniger empfindlich auf EBCT und hängt stärker von der Betttiefe und der Filtrationsgeschwindigkeit ab.
Filtrationsgeschwindigkeit (lineare Beladungsrate). Typischerweise 5–15 m/h (2–6 gpm/ft²) für Schwerkraft- oder Druck-GAC-Filter. Höhere Geschwindigkeiten erhöhen den Durchsatz, verringern jedoch die Effizienz der TSS-Erfassung und beschleunigen die Entwicklung von Druckverlusten. Für TSS-dominante Anwendungen werden niedrigere Geschwindigkeiten (5–8 m/h) empfohlen.
Betttiefe. Mindestens 1,5–2 Meter für die kombinierte BSB/TSS-Entfernung. Tiefere Betten bieten eine längere Kontaktzeit für die Adsorption und eine längere Rückhaltekapazität für Feststoffe, bevor eine Rückspülung erforderlich ist. Die maximale praktische Tiefe beträgt 3–4 Meter in einstufigen Abwärtsströmungskolonnen.
Häufigkeit und Intensität der Rückspülung. Bei TSS-beladenen GAC-Betten ist eine Rückspülung alle 24–72 Stunden typisch. Rückspülung bei 30–50 % Bettausdehnung (8–15 m/h Wasseranstiegsgeschwindigkeit) für 10–15 Minuten, gefolgt von einer kurzen Spülung bei Betriebsfluss. Beim Rückspülwasser sollte es sich um aufbereitetes Abwasser oder sauberes Wasser handeln, um eine erneute Kontamination des Bettes zu vermeiden.
Kohlenstofflebensdauer. Im tertiären BSB/TSS-Dienst hält GAC typischerweise 12–24 Monate, bevor die Adsorptionskapazität für löslichen BSB erschöpft ist und der Kohlenstoff ersetzt oder reaktiviert werden muss. Die TSS-Entfernung wird auch dann fortgesetzt, wenn die Adsorptionskapazität erschöpft ist, da die körnige Kohle weiterhin als Tiefenfiltermedium fungiert.

BSB/TSS-Entfernung in integrierten Behandlungssystemen

Die häufigste Konfiguration für Aktivkohle bei der BSB-/TSS-Entfernung ist eine tertiärer Polierschritt nach sekundärer biologischer Behandlung. In dieser Funktion bewältigt das Kohlenstoffbett einen BSB-Wert am Einlass von 10–40 mg/l und einen TSS-Wert von 10–60 mg/l und erzeugt ein Abwasser mit einem BSB und TSS-Wert von konstant unter 10 mg/l (häufig unter 5 mg/l bei gut konzipierten Systemen). Diese Qualität eignet sich für die Einleitung in empfindliche Vorfluter, die Wiederverwendung in industriellen Kühl- oder Prozessanwendungen oder die Zufuhr zu Umkehrosmosemembranen zur erweiterten Wasserrückgewinnung.

In einigen Konfigurationen wird pulverisierte Aktivkohle direkt dem biologischen Behandlungsschritt (dem PACT-Prozess) zugesetzt, wo die Kohle hemmende organische Verbindungen adsorbiert und die Sedimentation der Biomasse fördert. Dieser Ansatz kann die BSB-Entfernung in der biologischen Phase selbst verbessern, ersetzt jedoch nicht die Notwendigkeit eines abschließenden Polierschritts zur TSS-Kontrolle.

Fazit

Aktivkohle ist eine bewährte und praktische Lösung zur Reduzierung von BSB und TSS in der Abwasseraufbereitung und dient als zuverlässiger tertiärer Reinigungsschritt, der die Lücke zwischen biologischer Behandlungsleistung und behördlichen Einleitungsanforderungen schließt. Aktivkohlegranulat in Festbettsäulen kombiniert die Adsorption löslicher organischer Verbindungen mit der Tiefenfiltration suspendierter Feststoffe in einem einzigen Arbeitsgang und liefert Abwasser, das stets die strengsten BSB- und TSS-Abflussgrenzwerte einhält. Zhulin Carbon liefert GAC-Typen auf Kokosnussschalen- und Kohlebasis, die speziell für Abwasserreinigungsanwendungen entwickelt wurden, mit hoher Härte für Rückspülbeständigkeit, geeigneten Maschengrößen für hydraulische Leistung und zertifizierten Jod- und Melassezahlen für vorhersehbare organische Adsorption. Kontaktieren Sie uns über das unten stehende Anfrageformular, um Produktdatenblätter und Preise zu erhalten oder die optimale Kohlenstoffauswahl für die spezifischen Abwasserqualitätsziele Ihrer Kläranlage zu besprechen.