Bioreaktoren für Hochschulen

Bioreaktoren für Hochschulen

Im Rahmen der Arbeit für die Aquaponikforschung haben wir mobile UASB-/EGSB Bio-Reaktorsets gebaut. Sie wurden in wissenschaftlichen Experimenten an 4 verschiedenen Hochschulen eingesetzt.

Die Remineralisierung des Wassers lässt sich bei ausschließlich aerober Wasserbehandlung kaum sicherstellen. Daher ist es sinnvoll, parallel zur aeroben Behandlung eine weitere anaerobe Stufe für die Aufmineralisierung des Wassers zu betreiben. Hier kommen sogenannte UASB/EGSB-Reaktoren ins Spiel, die bisher nur in der Klärtechnik eingesetzt wurden. Sie erfüllen dort ganz andere Anforderungen. Zweck in der Aquaponik ist es, das Wasser im Prozess zusätzlich aufzumineralisieren. Erste Forschungsergebnisse zeigen, dass eine anaerobe Behandlung des Wassers erstklassige Resultate liefert, was die Aufbereitung der Nährstoffe anbetrifft. Nicht weit hergeholt, denn schließlich gehört auch der Einfluss anaerober Prozesse in der Natur dazu, was konkret in der Schlammschicht im Boden unterhalb des Gewässers stattfindet.

Erste Skizze UASB-Reaktor

Nachdem sich unsere Mitarbeit in der Aquaponikforschung zunächst nur auf die Finanzierung von wissenschaftlichen Arbeiten bzw. Mitarbeitern bezog, hatten wir die Gelegenheit unsere praktischen Fähigkeiten unter Beweis zu stellen. Für Experimentalreihen wurden kleine UASB-/EGSB-Bioreaktoren benötigt, welche in dieser Form auf dem Markt nicht verfügbar sind. Zunächst ging es darum, von den abstrakten Flussdiagrammen und Berechnungen ausgehend, die verschiedenen Möglichkeiten der Umsetzung zu evaluieren.

 

 

 

 

 

Schema Bioreaktoren UASB/EGSB
Schema UASB/EGSB-Reaktoren und Nachbehandlung

 

Von der schematischen Darstellung zur Realisation

Bei der Umsetzung der Pläne müssen außerdem viele hardwarespezifische Eigenschaften, wie z.B. Abstände, Bewegungsfreiheit, verfügbare Bauteile, Rohrdurchmesser berücksichtigt werden.

UASB-Reaktor, 3D-Zeichnung
UASB-Reaktor

Im Vorfeld wurde ermittelt welches Material verwendet werden soll. Am Ende konnte die klassische Bauweise aus Glas weitaus mehr Vorteile als z.B. Acrylglas aufweisen. So wurde das Reaktorset in Glas mittels klassischer Aquarienbauweise realisiert. Dies ist die robusteste und mit Abstand langlebigste Lösung. Vor der Festlegung der verschiedenen Bauteilgrößen, Rohrlängen etc. wurde eine weitere Zeichnung der Montageplatte mit den Bauteilen und der Verrohrung erstellt. Dann konnten die endgültigen Positionen festgelegt werden.

Fertiges Set mit UASB- und EGSB-Bioreaktor

Da mit allen Reaktoren in den verschiedenen Hochschulen dieselben Experimentalreihen durchgeführt werden sollten, war eine weitere wichtige Voraussetzung, dass die Bauart aller Reaktoren dieselbe ist und Leistungsmerkmale der verbauten Geräte, Größen bzw. Inhalt der Glaskörper etc. bei allen Reaktoren exakt gleich sein sollten. Deshalb wurde beim Bau Wert darauf gelegt, dass alle Teile auch von denselben Herstellern stammen.

Alle Bio-Reaktorsets wurden in exakt derselben Bauweise erstellt.

Experimente Abgeschlossen – vielversprechende Aussichten
Die Experimente sind mittlerweile abgeschlossen und die Resultate der Arbeit sind ausgewertet. Erfreulich daran auch, dass hierbei das gesamte Team (inkl. Gründer) als Koautoren der Arbeit fungieren durften.

Der Link zur Veröffentlichung:

Nutrient mineralization and organic matter reduction performance of RAS-based sludge in sequential UASB-EGSB reactors

Es folgt eine selbst erstellte Übersetzung des Abstract:

Es besteht ein anerkannter Bedarf an der Mineralisierung von Schlamm aus Aquakultur in Aquaponiksystemen, um die Abfallproduktion zu verringern. Viele neuere Studien zur Behandlung von Prozesswasser haben sich bislang nur auf die Erzeugung von Biogas konzentriert, im Gegensatz zum Potenzial für die Mineralisierung von nährstoffreichem Schlamm (wie etwa beim Einsatz für Aquaponiksysteme). Aufstrom-Reaktoren für anaerobe Schlammdecken (UASB) bieten eine mögliche Lösung, um alle im Schlamm bioverfügbaren Nährstoffe zu zerlegen, und sie den Pflanzen zukommen zu lassen. Die Studie untersucht dabei die Mineralisierungsleistung von sequentiellen anaeroben UASB-Reaktoren, die mit einem expandierten Granulatschlammbett (EGSB) ausgelegt und dann mit aeroben Standard-Reaktoren verglichen werden.

Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass hierbei die Reduzierung des chemischen Sauerstoffbedarfs signifikant unterschiedlich ist. Ein unerwarteter pH-Abfall eines der drei Reaktorsysteme ergab, dass ein pH-Wert unter 6 die Mineralisierung und Mobilisierung von Nährstoffen signifikant erhöhen konnte. Ungefähr 25% Phosphor, Kalium und Calcium konnten auch unter Bedingungen mit niedrigerem pH-Wert aus dem Schlamm rückgewonnen werden, verglichen mit der Mineralisierungsleistung von Standard-UASB-Reaktoren, die bei einem höheren pH-Wert laufen.

Der gegenteilige Effekt wurde jedoch in Bezug auf die Reduktion von organischem Schlamm beobachtet, wo eine verminderte Leistung im Niedrig-pH-Reaktor beobachtet wurde. Die aktuelle Studie impliziert, dass anaerobe Reaktoren, die bei niedrigem pH-Wert arbeiten, möglicherweise zu einer verbesserten Nährstoffrückgewinnung in Aquaponiksystemen mit mehreren Kreisläufen und zur Reduzierung von Additiven zur pH-Kontrolle des hydroponischen Subsystems beitragen können.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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