A2O-Biologische Nährstoffelimination: Warum Fast Jede Reale Anlage Ein Modifiziertes Fließschema Fährt
Das anaerob-anoxisch-oxische Verfahren (A2O) wird üblicherweise als saubere Drei-Zonen-Antwort auf die kombinierte Stickstoff- und Phosphorelimination dargestellt: Schlamm und Belebtschlamm-Gemisch durchlaufen nacheinander eine anaerobe Zone, eine anoxische Zone und eine oxische Zone, und die Anlage erzielt Kohlenstoffelimination, Nitrifikation/Denitrifikation und biologische Phosphorelimination aus einem einzigen, kontinuierlich durchflossenen Becken. Was das Lehrbuchdiagramm nicht zeigt: A2O ist ein Einschlammsystem — jede funktionale Organismengruppe teilt sich ein gemeinsames Schlammalter und ein gemeinsames Rückführnetz —, und diese Randbedingung erzeugt drei interne Konflikte, die sich durch keine Betriebseinstellung vollständig auflösen lassen. Praktisch jedes heute eingesetzte “modifizierte A2O”-Fließschema (Johannesburg, UCT/MUCT, VIP, BCFS, umgekehrtes A2O) existiert, um eine bestimmte Ausprägung dieser Konflikte zu umgehen — nicht, um die zugrunde liegende Biologie neu zu erfinden.
Die Drei-Zonen-Biologie in Kürze
Anaerobe Zone. Bei praktisch null gelöstem Sauerstoff und bereits abgebautem Nitrat zum Zeitpunkt der Ankunft des Belebtschlamm-Gemischs hydrolysieren Poly-P-speichernde Organismen (PAOs) ihr gespeichertes intrazelluläres Polyphosphat und setzen dabei die Energie frei, die zur Aufnahme flüchtiger Fettsäuren (VFAs — überwiegend Acetat und Propionat) aus dem Abwasser und deren Umwandlung in gespeicherte Polyhydroxyalkanoate (PHA) benötigt wird. Das bei der Poly-P-Hydrolyse freigesetzte Phosphat zeigt sich als Anstieg des gelösten Orthophosphats in der anaeroben Zone — dieser Anstieg, nicht ein Laborbefund, ist meist die erste betriebliche Bestätigung, dass die anaerobe Stufe tatsächlich funktioniert. Das Redoxpotenzial in einer gesunden anaeroben Zone liegt typischerweise bei etwa −200 bis −300 mV. Glykogen-speichernde Organismen (GAOs) konkurrieren um denselben VFA-Pool, ohne die Phosphat-Belohnung zu erhalten, und gewinnen diese Konkurrenz tendenziell, wenn das BSB/P-Verhältnis im Zulauf hoch ist oder die Temperatur etwa 25 °C übersteigt — ein reales Betriebsrisiko in warmen Klimazonen, nicht nur eine theoretische Fußnote.
Anoxische Zone. Das aus der oxischen Zone zurückgeführte Belebtschlamm-Gemisch führt Nitrat und Nitrit mit sich; heterotrophe Denitrifikanten nutzen dieses Nitrat anstelle von Sauerstoff als Elektronenakzeptor und bauen es über NO3⁻ → NO2⁻ → NO → N2O → N2 mittels vier spezifischer Reduktase-Enzyme (Nar, Nir, Nor, Nos) ab. Die Stöchiometrie ist nicht nur biochemisch, sondern auch wirtschaftlich relevant: Die Reduktion von 1 g Nitratstickstoff verbraucht ein Sauerstoffäquivalent von etwa 2,86 g CSB, das nie durch die Gebläse der oxischen Zone muss, und regeneriert etwa 3,57 g Alkalinität (als CaCO3) je Gramm reduzierten Stickstoffs — Alkalinität, die hilft, die bei der nachgeschalteten Nitrifikation entstehende Säure zu puffern. Ein Teil der PAOs (denitrifizierende PAOs, DPAOs) kann außerdem Nitrat oder Nitrit als Elektronenakzeptor nutzen, um gespeichertes PHA zu oxidieren und dabei gleichzeitig Phosphat aufzunehmen — zwei Eliminationsmechanismen aus einer einzigen Kohlenstoffquelle, eine im kohlenstoffarmen kommunalen Abwasser mit niedrigem C/N-Verhältnis genuin wertvolle Eigenschaft, da Kohlenstoff dort meist die knappste Ressource im gesamten Prozess ist.
Oxische Zone. Dies ist normalerweise die größte und energieintensivste Zone der Anlage, betrieben bei 2–4 mg/L Sauerstoffgehalt. Ammoniumoxidierende Bakterien (AOB, z. B. Nitrosomonas) wandeln Ammonium in Nitrit um, und nitritoxidierende Bakterien (NOB, z. B. Nitrobacter, Nitrospira) führen die Oxidation bis zum Nitrat zu Ende. Die vollständige Oxidation von 1 g Ammoniumstickstoff verbraucht knapp 4,57 g O2 und etwa 7,14 g Alkalinität (als CaCO3) — genug, dass ein alkalinitätsarmer Zulauf ohne vorherige Denitrifikations-Gutschrift den pH-Wert in den Bereich abstürzen lassen kann, der Nitrifikanten direkt hemmt (die im Allgemeinen einen pH-Wert von 7,5–8,5 bevorzugen, ein engeres Band als der Rest der Biologie in der Anlage). Gleichzeitig oxidieren PAOs ihr gespeichertes PHA über den Zitratzyklus, und der resultierende ATP-Überschuss treibt die Phosphataufnahme weit über den grundlegenden Stoffwechselbedarf der Zelle hinaus — “Luxusaufnahme”. Da die aerobe Aufnahme die anaerobe Freisetzung deutlich übersteigt, sinkt der gelöste Phosphorgehalt im Belebtschlamm-Gemisch stark ab, und der Phosphor wird letztlich nur dann aus der Anlage entfernt, wenn diese phosphorbeladene Biomasse als Überschussschlamm entnommen wird.
Typische Bemessungsparameter
| Parameter | Typischer Bereich | Technische Grundlage |
|---|---|---|
| Gesamt-HRT | 6–10 h | Bestimmt das Gesamtbeckenvolumen und die Baukosten |
| — Anaerobe HRT | 1–2 h | Ausreichend für Poly-P-Hydrolyse und VFA-Aufnahme |
| — Anoxische HRT | 2–4 h | Ausreichend für heterotrophe Nitratreduktion |
| — Oxische HRT | 4–8 h | Nitrifikation und Luxus-P-Aufnahme |
| TS-Gehalt (Belebtschlamm) | 3.000–4.000 mg/L | Biomasse-Bestand, begrenzt durch die Nachklärbecken-Belastung |
| Schlammalter (SRT) | 10–20 d (mesophil), bis 25+ d (Kaltklima) | Balanciert die Wachstumsrate der Nitrifikanten gegen den Phosphor-Umsatz der PAOs |
| Rücklaufschlammverhältnis (RS) | 50–100% | Führt eingedickten Schlamm aus dem Klärbecken zurück, um die Biomasse zu erhalten |
| Interne Rezirkulationsrate (Nitrifikat) | 100–400%, typischerweise 200–300% | Bestimmt die der anoxischen Zone zugeführte Nitratfracht — begrenzt direkt die TN-Elimination |
| Zulauf-C/N | > 4 | Kohlenstoffsuffizienz für die Denitrifikation |
| Zulauf-C/P | > 20 | Substratsuffizienz für die PHA-Synthese der PAOs |
Die interne Rezirkulationsrate ist nicht nur eine Pumpen-Dimensionierungszahl — sie setzt eine harte Obergrenze für die Stickstoffelimination, die durch keine nachgeschaltete Optimierung übertroffen werden kann. Für eine konventionelle einstufige MLE-artige Rezirkulation ergibt sich die theoretische maximale Nitrat-Eliminationseffizienz zu:
Wobei R die interne Rezirkulationsrate und r das Rücklaufschlammverhältnis ist. Bei einem recht aggressiven und ergibt das — das heißt, eine konventionelle A2O-Anlage kann buchstäblich nicht mehr als etwa 80% TN-Elimination erreichen, egal wie stark die Rezirkulationspumpen hochgefahren werden, weil jede zusätzliche Rezirkulationseinheit die anoxische Zone zugleich verdünnt und mehr mitgeführten Sauerstoff einträgt. Diese asymptotische Grenze ist der häufigste Grund, warum eine Anlage, die hydraulisch bereits am Rezirkulationsmaximum arbeitet, einen strengen TN-Grenzwert trotzdem nicht einhält.
Die Drei Konflikte, Denen Ein Einschlammsystem Nicht Entkommen Kann
Das Schlammalter wirkt für Nitrifikanten und PAOs in entgegengesetzte Richtungen. Nitrifikanten sind langsam wachsende Autotrophe — besonders in kaltem Wasser — und benötigen ein langes Schlammalter (im Winter oft 15 d oder mehr), nur um nicht schneller ausgewaschen zu werden, als sie sich vermehren können. Die biologische Phosphorelimination funktioniert dagegen dadurch, dass phosphorbeladener Schlamm entnommen wird, sodass ein kürzeres Schlammalter (mehr entnommener Schlamm pro Tag, bezogen auf das Systemvolumen) die P-Elimination im Allgemeinen verbessert. Wird das Schlammalter lang genug gefahren, um die Nitrifikation über den Winter zu schützen, verbleiben PAOs in verlängerter endogener Atmung, hydrolysieren langsam ihre eigenen Poly-P-Reserven und geben Phosphor zurück in die Lösung ab — das System behält seine Nitrifikanten und verliert seine Phosphorelimination. Wird das Schlammalter kurz genug gefahren, um die P-Elimination scharf zu halten, kann ein Kälteeinbruch die Nitrifikantenpopulation schnell genug auswaschen, um innerhalb weniger Tage Ammoniumgrenzwerte zu überschreiten.
Denitrifikanten und PAOs greifen auf denselben begrenzten Kohlenstoffpool zu, und Denitrifikanten gewinnen meist. Kommunales Abwasser führt keinen unbegrenzten Vorrat an leicht abbaubarem CSB mit sich. Heterotrophe Denitrifikanten sind schlicht die besseren Konkurrenten dafür als PAOs. Ist das C/N- oder C/P-Verhältnis im Zulauf niedrig, wird über den Rücklaufschlamm eintreffendes Nitrat zuerst denitrifiziert, wobei die VFA verbraucht werden, die eigentlich in die anaerobe Zone hätten gehen sollen — und PAOs ohne Kohlenstoff können keine PHA-Reserven aufbauen, sodass die aerobe Luxusaufnahme nichts hat, worauf sie zurückgreifen kann. Dies ist der in der Praxis häufigste Ausfallmodus für die A2O-Phosphorelimination, und es ist ein Kohlenstoffzuteilungsproblem, kein Biologieproblem — genau deshalb existieren so viele Fließschema-Varianten, um die Kohlenstoffzufuhr zur anaeroben Zone zu schützen, statt die PAOs selbst zu “reparieren”.
Rücklaufschlamm kommt nicht sauber an. Der vom Boden des Nachklärbeckens entnommene Rücklaufschlamm führt unweigerlich Restnitrat mit sich, und der interne Rezirkulationsstrom vom Ende der oxischen Zone führt neben seiner Nitratfracht auch gelösten Sauerstoff mit — üblicherweise mehrere mg/L Sauerstoff, die in das gelangen, was der Kopf der anoxischen Zone sein soll. Beide stören die Prozessabschnitte, in denen sie landen: In die anaerobe Zone eintretendes Nitrat wird denitrifiziert, bevor sich echte anaerobe Bedingungen einstellen können, wobei Kohlenstoff verbraucht wird, den die PAOs benötigt hätten, und der Beginn des von ihnen abhängigen niedrigen ORP-Milieus verzögert wird; in die anoxische Zone eintretender gelöster Sauerstoff drängt fakultative Denitrifikanten stattdessen zur aeroben Atmung, was thermodynamisch bevorzugt wird, sobald Sauerstoff verfügbar ist, und die Denitrifikation stockt, bis dieser Sauerstoff abgebaut ist.
Die Fließschema-Varianten — und Welchen Konflikt Jede Adressiert
| Variante | Kernänderung | Löst Hauptsächlich | Kompromiss |
|---|---|---|---|
| Umgekehrtes A2O | Zonenreihenfolge umgekehrt zu anoxisch → anaerob → oxisch; Rücklaufschlamm und ein Teil des Zulaufs treten zuerst in die anoxische Zone ein | Nitrat-Interferenz aus dem Rücklaufschlamm | Die anoxische Zone verbraucht etwas Kohlenstoff, bevor er die echte anaerobe Zone erreicht, was die P-Elimination bei sehr niedrigem C/P im Zulauf beeinträchtigt |
| Johannesburg (JHB) | Fügt eine dedizierte vor-anoxische “Schlammdenitrifikations”-Zone hinzu, die der Rücklaufschlamm durchläuft — nur mit endogenem Kohlenstoff —, bevor er auf die Hauptanaerobzone trifft | Nitrat-Interferenz aus dem Rücklaufschlamm, gründlicher als beim umgekehrten A2O | Zusätzliches Beckenvolumen und Flächenbedarf; zusätzliche Pumpen |
| UCT / MUCT | Rücklaufschlamm geht in die anoxische Zone (nicht direkt in die anaerobe); eine separate, kleinere Rezirkulation von anoxischem Belebtschlamm-Gemisch — bereits nitratfrei — versorgt stattdessen die anaerobe Zone | Sowohl Rücklaufschlamm-Nitrat als auch interne Rezirkulations-Sauerstoff-Interferenz gleichzeitig | Drei separate Rezirkulationskreisläufe (Rücklaufschlamm, anoxische Rezirkulation, interne Rezirkulation) — mehr Pumpen, mehr Regelungskomplexität, mehr Druckverlust |
| VIP (Virginia Initiative Plant) | UCT-artiger Fließweg, aber in mehrere kleinere anaerobe/anoxische/oxische Zellen in Reihe gestaffelt, betrieben bei bewusst kurzem Schlammalter | Maximiert die P-Elimination durch schnellen Schlammumsatz und DPAO-Anreicherung | Kurzes Schlammalter macht die Nitrifikation bei kaltem Wetter anfällig |
| BCFS | Fügt einen phosphorreichen Seitenstrom aus der anoxischen Zone hinzu, der chemisch gefällt wird (Eisen- oder Aluminiumsalz), statt sich allein auf die Biologie zu verlassen | Begrenzt den Ablauf-PT unabhängig von der Kohlenstoffverfügbarkeit strikt | Höchste bau- und maschinentechnische Komplexität der Gruppe; Chemikalienkosten und Schlammanfall |
Keine dieser Varianten ist im allgemeinen Sinne ein “besseres A2O” — jede ist eine gezielte Lösung für denjenigen der drei Konflikte, der bei den tatsächlichen Zulaufeigenschaften einer bestimmten Anlage am schwersten wiegt (kaltes Klima und lange Winter sprechen für JHB/UCT-artigen Rücklaufschlammschutz; sehr strenge PT-Grenzwerte bei unzuverlässigem Kohlenstoff sprechen für BCFS; maximale P-Elimination bei mildem Klima und beherrschbarem Nitrifikationsrisiko begünstigt VIP).
A2O im Vergleich zu SBR, MBR und Umlaufgraben
Die drei anderen häufig mit A2O verglichenen Verfahren lösen dieselben Einschlamm-Konflikte auf völlig andere Weise, statt sie zu vermeiden:
SBR ersetzt die räumliche Zonierung durch zeitlich gestaffelte Füll-/Reaktions-/Absetz-/Abzugszyklen in einem einzigen Becken. Da es keinen kontinuierlichen Rücklaufschlamm- oder internen Rezirkulationsstrom gibt, umgeht SBR die Probleme der Rücklaufschlamm-Nitrat- und Rezirkulations-Sauerstoff-Interferenz nahezu vollständig — Denitrifikation und anaerobe P-Freisetzung finden im selben Becken zu unterschiedlichen Zeitpunkten des Zyklus statt, ohne dass kontinuierlich aus einer nachgeschalteten Zone zurückgeführt wird. Dieser strukturelle Vorteil ist real: SBR-Anlagen zeigen aus genau diesem Grund häufig eine sauberere biologische P-Elimination als konventionelles A2O.
MBR ersetzt das Nachklärbecken durch Membranfiltration und entkoppelt dadurch das Schlammalter vollständig von der HRT. Das erlaubt MBR-Anlagen, mit Schlammaltern weit über 20–30 Tagen ohne Belastungsstrafe durch das Klärbecken zu arbeiten, was die Nitrifikation nahezu vollständig vorantreibt — und da das verlängerte Schlammalter auch langsam wachsende, spezialisierte Heterotrophe unterstützt, verschafft es dem MBR einen echten Vorteil bei der Elimination von Spurenorganika und PPCPs, den weder A2O noch SBR noch Umlaufgraben erreichen. Der Kompromiss zeigt sich auf der Stromrechnung: Die Membran-Luftspülung zur Foulingkontrolle macht typischerweise 50–60% des gesamten MBR-Energieverbrauchs aus, was den anlagenweiten spezifischen Energieverbrauch auf etwa 0,8–1,5 kWh/m³ treibt, gegenüber etwa 0,3–0,5 kWh/m³ bei A2O oder Umlaufgraben — und Membranmodule sind ein realer Investitionsposten mit einer üblicherweise angegebenen Nutzungsdauer von etwa 5–8 Jahren, kein Einmalkosten.
Der Umlaufgraben ist ein Langzeitbelüftungsverfahren mit langem Schlammalter, betrieben in einem geschlossenen Kreislauf, wobei sich Sauerstoffgradienten entlang des Kanals natürlich ausbilden statt durch explizite Zonierung. Das lange Schlammalter, das seine Nitrifikation und Schlammstabilität ausgezeichnet macht, ist derselbe Grund, warum seine biologische P-Elimination meist die schwächste der vier ist — es wird vergleichsweise wenig Schlamm entnommen, um Phosphor aus dem System zu entfernen, sodass Umlaufgraben-Anlagen mit strengem PT-Grenzwert routinemäßig auf nachgeschaltete chemische Fällung statt auf Biologie setzen.
| Kennzahl | A2O (oder modifiziertes A2O) | SBR | MBR | Umlaufgraben |
|---|---|---|---|---|
| TS-Gehalt | 3.000–4.000 mg/L | 3.000–5.000 mg/L (Zyklusmittel) | 8.000–12.000 mg/L | 3.000–6.000 mg/L |
| Schlammalter | 10–20 d | 10–20 d | 20–30+ d | 20–30+ d |
| Ablauf-TS/Trübung | Moderat, klärbeckenabhängig | Moderat, zyklusabhängig | Nahezu null, unter 1 NTU | Moderat, klärbeckenabhängig |
| TN-Elimination | Durch die Rezirkulationsraten-Mathematik auf etwa 80% begrenzt | Oft höher — keine Verdünnung durch Rezirkulation | Sehr hohe Nitrifikation, aber langes Schlammalter begrenzt verfügbaren Kohlenstoff für Denitrifikation | Vergleichbar mit A2O |
| Biologische P-Elimination | Moderat, durch Kohlenstoffkonkurrenz begrenzt | Im Allgemeinen die beste der vier — keine RS-/Rezirkulations-Interferenz | Die schwächste — langes Schlammalter treibt PAOs in endogene P-Freisetzung | Die schwächste — minimale Schlammentnahme; benötigt meist chemische Unterstützung |
| Flächenbedarf | Moderat–groß | Kompakt — kein separates Klärbecken | Am kleinsten — kein Klärbecken, hoher TS-Gehalt | Am größten — Langzeitbelüftungsbecken plus Klärbecken |
| Spezifischer Energieverbrauch | ~0,3–0,5 kWh/m³ | Moderat | ~0,8–1,5 kWh/m³ | Der niedrigste der vier |
| Haupttreiber der Investitionskosten | Bauwerke | Moderater Bau, einfachere Maschinentechnik | Membranmodule + hochautomatisierte Regelungstechnik | Bauwerke (größter Beckenflächenbedarf) |
Praxisfall: Johannesburgs Northern Works
Die Northern Wastewater Treatment Works (NWWTW) von Johannesburg Water ist eines der am gründlichsten dokumentierten großtechnischen Beispiele dafür, was tatsächlich nötig ist, um stabile biologische Nährstoffelimination im großen Maßstab bei kommunalem Abwasser mit unzuverlässiger Kohlenstoffversorgung zu betreiben. Die ursprüngliche Einheit 3 der Anlage, 1979 als fünfstufiges Bardenpho-Design in Betrieb genommen, stieß genau auf das oben beschriebene Rücklaufschlamm-Nitrat-Interferenzproblem — Regenwasserverdünnung und uneinheitlicher Kohlenstoff hielten die anaerobe Zone chronisch beeinträchtigt — und wurde 1993 auf die vierstufige Johannesburg-Konfiguration (JHB) umgebaut. Spätere Einheiten (4 und 5, letztere 2009 in Betrieb genommen) wurden von Anfang an als JHB gebaut, wobei allein Einheit 5 ein BNR-Reaktorvolumen im Bereich mehrerer zehntausend Kubikmeter betreibt.
Zwei dortige Betriebsentscheidungen verdienen besondere Erwähnung, weil sie breit übertragbar sind, keine standortspezifischen Tricks. Erstens hat Johannesburg Water seine Vorklärbecken zu Säuregärungs-Eindickern umfunktioniert — statt Rohschlamm nur abzusetzen, werden die Becken so betrieben, dass eine kontrollierte Säuregärung gefördert wird, wobei ein VFA-reicher Strom entsteht, der als kostengünstige Kohlenstoff-Ergänzungsquelle speziell für die anaerobe Zone zurück in den Bioreaktor gepumpt wird. Das ist eine deutlich günstigere Lösung für einen chronisch kohlenstoffarmen Zulauf als die Dosierung von externem Methanol oder Acetat. Zweitens, konsistent mit der Auslegungsabsicht des JHB-Verfahrens, hält die dedizierte vor-anoxische Schlammdenitrifikationsstufe das Rücklaufschlamm-Nitrat beim Eintritt in die Hauptanaerobzone niedrig genug, dass die Anlage eine strenge Ablauf-PT-Genehmigung weitgehend allein durch Biologie einhält, wobei die Eisenchlorid-Dosierung als Reserve für Regenwetterspitzen vorgehalten wird, statt kontinuierlich zu laufen. Die anaeroben Faultürme der Anlage und die damit betriebene Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) aus dem entstehenden Biogas decken zudem einen erheblichen Anteil der elektrischen Last der BNR-Anlage selbst — bemerkenswert als Hinweis darauf, wie weit die Energierückgewinnung der Schlammlinie die aerationsintensive Auslegungslast einer Anlage dieser Größe kompensieren kann, auch wenn das ein von der Nährstoffelimination selbst getrenntes Thema ist.
Modernisierungswege für Bestehende A2O-Anlagen
Stufenweise Zulaufverteilung (Step Feed). Die Aufteilung des Rohzulaufs zwischen anaerober und anoxischer Zone — statt alles am Kopf der anaeroben Zone zu dosieren — leitet frischen Kohlenstoff direkt dorthin, wo er tatsächlich gebraucht wird, statt darauf zu setzen, dass er die Passage durch vorgelagerte Zonen übersteht. Bei kohlenstoffarmem Zulauf hat sich gezeigt, dass Step Feed die TN-Elimination um eine spürbare Marge steigern kann, ohne zusätzliches Beckenvolumen — im Kern, indem ein Kohlenstoffzuteilungsproblem statt eines Kapazitätsproblems gelöst wird.
Echtzeit-Regelung (RTC/SCADA). Fest programmierte Gebläsesteuerung belüftet in Schwachlastphasen routinemäßig übermäßig (was Energie verschwendet und gelösten Sauerstoff über die interne Rezirkulation in die anoxische Zone einträgt) und in Spitzenzeiten zu wenig (was Ammonium-Überschreitungen riskiert). Die Instrumentierung der anoxischen Zone mit ORP und der oxischen Zone mit Ammonium-/Nitrat-Analysatoren ermöglicht Regelkreise an zwei Fronten: die Erkennung des “Knickpunkts” der Denitrifikation — der scharfe ORP-Wendepunkt, der auftritt, wenn Nitrat vollständig verbraucht ist — um die interne Rezirkulation zu drosseln, bevor Sauerstoff in die anoxische Zone übertragen wird, sowie eine PID-gesteuerte Gebläseregelung, die am Ablauf-Ammonium statt an einem festen Sauerstoff-Sollwert ansetzt. Anlagen, die diese Art der Regelung implementiert haben, berichten üblicherweise von spürbaren Gebläseenergie-Einsparungen gegenüber fest programmierter Belüftung, einfach indem nicht stärker belüftet wird, als die tatsächliche Ammoniumfracht im jeweiligen Moment erfordert.
IFAS/MBBR-Nachrüstung. Das Hinzufügen suspendierter Biofilmträger (üblicherweise Polyethylen-Medien im Füllgrad-Bereich von 30–50%) zur oxischen Zone ist die direkteste Lösung für den Schlammalter-Konflikt, weil sie das Schlammalter der Nitrifikanten vollständig von dem des suspendierten Schlamms entkoppelt. Langsam wachsende Nitrifikanten besiedeln den festen Biofilm und verbleiben unabhängig von der Entnahmerate des suspendierten Schlamms dauerhaft im System, was dem Betreiber erlaubt, den suspendierten TS-Gehalt mit einem tatsächlich kurzen Schlammalter zu fahren, rein um den PAO-Umsatz und die Phosphorentnahme zu maximieren — ohne das übliche Risiko, dabei die Nitrifikation auszuwaschen. Es ist eine vergleichsweise kapitalarme Nachrüstung (keine neuen Becken, kein neuer Flächenbedarf) für flächenbeschränkte Anlagen, die nicht einfach ein weiteres Becken bauen können.
Mainstream-Deammonifikation. Sowohl die Kurzschluss-Nitrifikation-Denitrifikation (bewusstes Stoppen der Oxidation bei Nitrit durch Niedrigsauerstoff- und Kurzschlammalter-Betrieb, der die langsamer wachsenden Nitritoxidierer selektiv auswäscht) als auch Anammox (anaerobe Ammoniumoxidation, bei der spezialisierte Autotrophe Ammonium und Nitrit direkt zu Stickstoffgas umsetzen, ganz ohne organischen Kohlenstoffbedarf) senken den Belüftungs- und Kohlenstoffbedarf der konventionellen Nitrifikation-Denitrifikation erheblich. Anammox ist besonders für genau die kohlenstoffarmen Anlagen attraktiv, an denen A2O am meisten kämpft, da es Stickstoff eliminiert, ohne überhaupt mit den PAOs um VFA zu konkurrieren — aber Mainstream-Anammox (im Gegensatz zu Sidestream-Anwendungen im ammoniumreichen Faulwasser) ist für typischen verdünnten kommunalen Zulauf noch ein vergleichsweise unausgereifter Nachrüstweg, und die meisten großtechnischen Beispiele bleiben Sidestream-Anwendungen statt vollständiger Mainstream-Umstellungen.
Was Das Für Planungs- und Nachrüstentscheidungen Bedeutet
Die praktische Erkenntnis lautet nicht “welches Verfahren ist am besten” — sondern dass die drei internen Konflikte des A2O strukturell sind, keine Einstellungsprobleme, sodass die richtige Lösung davon abhängt, welcher Konflikt bei einer gegebenen Anlage tatsächlich begrenzend wirkt. Eine Anlage mit unzuverlässigem, kohlenstoffarmem Zulauf und Rücklaufschlamm-Nitratproblemen profitiert mehr von einer JHB- oder UCT-artigen Rezirkulations-Neugestaltung als von zusätzlichem Beckenvolumen. Eine Anlage, die im Winter nitrifikationslimitiert ist, aber über ausreichend Kohlenstoff verfügt, ist ein besserer Kandidat für eine IFAS-Nachrüstung als für die Verfolgung eines längeren Schlammalters, das ihre Phosphorelimination nur weiter beeinträchtigen würde. Eine Anlage mit strengem PT-Grenzwert bei tatsächlich unzuverlässigem Kohlenstoff ist meist mit einem BCFS-artigen chemischen Polier-Seitenstrom besser bedient als damit, die Biologie über das hinaus zu treiben, was das Kohlenstoffbudget tragen kann. Und jede Anlage, die bereits nahe ihrer hydraulischen Rezirkulationsgrenze arbeitet, sollte die (R+r)/(1+R+r)-Obergrenze prüfen, bevor angenommen wird, dass mehr Pumpenkapazität mehr Stickstoffelimination erkauft — ab einem bestimmten Punkt tut sie das nicht mehr.