Kombination aus Anammox und Denitrifikation
Das konventionelle Verfahren zur Stickstoffelimination bei der Abwasserbehandlung enthält zwei bekannte Prozesse: Nitrifikation und Denitrifikation. Bei der Nitrifikation wird Ammonium mit Sauerstoff zu Nitrat oxidiert. Das produziert Nitrat wird bei der Denitrifikation mit organischem Kohlenstoff zu Luftstickstoff reduziert. Wegen der Belüftung in der Nitrifikationsphase und der Zugabe von externem Kohlenstoff in der Denitrifikationsphase ist die Abwasserreinigung sowohl ein großer Energieverbraucher als auch ein großer Rohstoffverbraucher. Dieses Problem ist besonders gravierend bei der Behandlung von Schlammwässern und Deponiesickerwasser, die eine sehr hohe Ammonium-Konzentration und zugleich ein ungünstiges Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis haben. Seit einige Jahren wurde ein neuer Prozess zum Stickstoffabbau entwickelt: anaerobe Ammoniumoxidation (ANAMMOX). ANAMMOX bietet hier eine Alternative mit den Vorteilen der Energie- und Rohstoffeinsparung. Beim ANAMMOX-Prozess wird Ammonium oxidiert, während Nitrit reduziert wird. Es muss nur die ca. halbe Menge von Ammonium zu Nitrit oxidiert werden. Deshalb kann Sauerstoffbedarf im Vergleich zu einer vollen Nitrifikation bis 60% reduziert werden, so dass die Belüftungsenergie zum großen Teil gespart wird. Außerdem nutzen die ANAMMOX-Bakterien Kohlendioxid als ihre einzige Kohlenstoffquelle. Im Vergleich zur Denitrifikation wird kein externer Kohlenstoff als Rohstoff verbraucht. Ein Problem beim ANAMMOX-Prozess ist der begrenzte Stickstoffabbaugrad. Stickstoff kann nur bis zu maximal 90% abgebaut wird, da die ANAMMOX-Bakterien im Rahmen des Anabolismus Nitrat produzieren. Außerdem wird beim ANAMMOX-Prozess kein organischer Kohlenstoff abgebaut. Um die beiden Probleme zu lösen ist eine Kombination von ANAMMOX mit klassischer Denitrifikation zu entwickeln. Mit der Kombination beider Verfahren kann die Stickstoffabbaugrad erheblich verbessert werden. Idealweise ist ein völliger Stickstoffabbau möglich. Wenn biologisch abbaubarer Kohlenstoff vorhanden ist, wird dieser auch durch Denitrifikation entfernt.In den letzten Monaten wurde vor allem die Strategie der Kombination der beiden Verfahren bestimmt. Die Kontrolle der Konzentration des biologisch abbaubaren Kohlenstoffs (BSB) im Reaktor wurde als Strategie der Kombination aus ANAMMOX und Denitrifikation gewählt, und damit die Denitrifikationsaktivität zu regulieren. Der BSB soll gleich oder geringer als der stöchiometrische Bedarf an organischem Kohlenstoff zur Denitrifikation von NO3-N zu NO2-N sein. Anschließend wurden Batchversuche durchgeführt, um die Konkurrenz zwischen ANAMMOX-Bakterien und Denitrifikanten bzw. den Nitrat-Abbauweg zu beobachten. Das Nitrat wurde zuerst durch Denitrifikation zu Nitrit reduziert. Dann wurde ca. 70% Nitrit durch ANAMMOX mit Ammonium zusammen abgebaut. Das übrige Nitrit (ca. 30%) wurde durch Denitrifikation zu Stickstoffgas weiter reduziert. Dies zeigt sowohl eine kooperative Arbeit als auch eine Konkurrenz zwischen ANAMMOX- und Denitrifikationsorganismen. Außerdem wurden zwei Laborreaktoren (Chemostaten) aufgebaut und über lange Zeit betrieben. Die Ergebnisse zeigen, dass der meiste Stickstoff (ca. 70%) im Reaktor wurde von ANAMMOX abgebaut werden, während ca. 20% Stickstoff durch Denitrifikation eliminiert wurde. Ca. 1% des gesamten Stickstoffs blieb als Biomasse im Reaktor. Das übrige Nitrat (8%) wurde im Ablauf nachgewiesen. Ohne Zugabe von externem Kohlenstoff wurde das im ANAMMOX-Prozess produzierte Nitrat nur sehr gering (< 1% Nges) weiter durch Denitrifikation abgebaut. Die Zugabe von externem Kohlenstoff bei Reaktorbetrieb zeigte eine positive Wirkung auf sowohl ANAMMOX- wie auch Denitrifikationsaktivitäten. Die Zugabe von Glukose verstärkte nicht die Konkurrenz zwischen beiden Mikroorganismen sondern bot ihnen mehr Nitrit durch eine eine partielle Denitrifikation an.