Die Reinigung von Abwasser aus Gemeinden und Industrien beseitigt oder reduziert pathogene Bakterien und giftige Chemikalien und bietet eine schmackhafte Wasserquelle für menschliche und landwirtschaftliche Zwecke. Die biologische Abwasserreinigung nutzt Bakterien und andere Mikroorganismen, um organische Schadstoffe, also kohlenstoffhaltige Stoffe, in ungefährliche oder flüchtige Verbindungen zu zerlegen. Die biologische Behandlung folgt in der Regel der Entfernung von grobem Schmutz oder Feststoffen aus dem Abwasser. Einige Mikroben befinden sich bereits im Abwasser; die Zugabe von "Belebtschlamm", der mehr Mikroben enthält, erhöht die Zersetzungseffizienz. Abwasseranlagen verwenden aerobe, anaerobe oder beide Arten von Mikroben. Die Vor- und Nachteile biologischer Behandlungen hängen teilweise von der Herkunft des Abwassers und der Art der Verschmutzung und den angewandten Methoden ab. Einige Methoden, wie z. B. Membranfiltration im Anschluss an eine biologische Behandlung, können die Ergebnisse verbessern.
Was sind aerobe und anaerobe Behandlungen?
Aerobe Mikroben benötigen Sauerstoff und organische Nährstoffe, um zu arbeiten und zu wachsen. Nährstoffe werden durch das organische Material im Abwasser bereitgestellt und Sauerstoff wird normalerweise durch Pumpen von Luft in den Klärtank geliefert. Die Endprodukte der aeroben Vergärung sind Energie, Kohlendioxid und metabolisierte Feststoffe, die sich absetzen. Die Nährstoffe und der Sauerstoff bewirken, dass sich aerobe Mikroben vermehren und ihre erhöhte Anzahl beschleunigt den Verdauungsprozess.
Anaerobe Mikroben sind Bakterien und Mikroorganismen, die ohne Sauerstoff funktionieren. Diese Mikroben bauen organische Verunreinigungen langsamer ab als aerobe Mikroben. Anaerobe Mikroben produzieren Methan, Kohlendioxid und anaerobe Mikroben. Abwasser, das einen hohen Anteil an organischen Verunreinigungen enthält, wird effizienter mit anaeroben Mikroben behandelt, bevor es einer Behandlung mit aeroben Mikroben unterzogen wird.
Vorteile der aeroben Verdauung
Die aerobe Abwasserbehandlung ist ein schnelles und effizientes Verfahren, bei dem mindestens 98 Prozent der organischen Verunreinigungen entfernt werden. Es ist ein natürlicher Oxidationsprozess, der einen effizienten Abbau organischer Schadstoffe bewirkt und zu einem saubereren Abwasser führt als die alleinige anaerobe Behandlung. Da die aerobe Vergärung ein schneller Prozess ist, kann sie größere Mengen oder Zuflüsse von Abwasser bewältigen.
Nachteile der aeroben Verdauung
Die aerobe Vergärung erfordert eine Belüftung, die eine große Menge an elektrischer Energie verbraucht. Elektrische Energie wird häufig durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt, die Treibhausgase erzeugen. Die aerobe Vergärung führt auch zu großen Mengen an Biofeststoffen oder Schlämmen, die entsorgt werden müssen. Eine unsachgemäße Freisetzung des nährstoffreichen Schlamms in Flüsse oder Teiche kann zu Algenüberwucherung oder Eutrophierung führen, die Fische und andere Wasserlebewesen tötet. Energieverbrauch und Überschussschlammbildung können reduziert werden, indem das Abwasser zunächst mit anaeroben Mikroben behandelt wird. Obwohl die biologische Abwasserbehandlung die meisten organischen Verunreinigungen effizient entfernt, weisen Studien darauf hin, dass einige Chemikalien wie Pharmazeutika, Waschmittel, kosmetische und industrielle Verbindungen bleiben nach biologischen Abwässern zurück Behandlung. Filter und neue Technologien können dieses Problem möglicherweise lösen.
Vorteile der anaeroben Verdauung
Die anaerobe Abwasserbehandlung ist umweltfreundlicher als die aerobe Vergärung, da sie weniger Biomasse produziert, weniger Energie benötigt und ein Biogas (Methan) erzeugt, das recycelt werden kann. Obwohl sowohl aerobe als auch anaerobe Behandlungen beim Abbau von Biokontaminanten Kohlendioxid erzeugen, erzeugt die aerobe Vergärung weit weniger Gas. Die anaerobe Vergärung produziert auch weniger Biofeststoffe, was ein Entsorgungsproblem darstellen kann.
Nachteile der anaeroben Verdauung
Obwohl die anaerobe Vergärung von Schadstoffen im Abwasser einen geringeren CO2-Fußabdruck hinterlässt, ist dies ein langsamer Prozess. Es ist weniger effizient als die aerobe Vergärung und entfernt 70 bis 95 Prozent der organischen Verunreinigungen. Anaerobe Mikroben greifen im Vergleich zu aeroben Mikroben einen kleineren Bereich von Verunreinigungen an.