Effiziente Nährstoffe & Spurenelemente für biologische Wasser- und Abwasserbehandlung

In einer biologischen Abwasserbehandlung übernehmen Mikroorganismen – Bakterien, Pilze, Protozoen – die Hauptarbeit beim Abbau organischer und anorganischer Schadstoffe.
Damit diese Organismen optimal arbeiten können, müssen drei zentrale Voraussetzungen erfüllt sein:

1. Energiequelle (organische Stoffe, z. B. Kohlenhydrate, Fette, Proteine)

2. Makronährstoffe (Stickstoff, Phosphor, Kalium) für den Aufbau von Zellstrukturen

3. Spurenelemente (z. B. Eisen, Kupfer, Zink, Kobalt, Molybdän) für enzymatische Stoffwechselreaktionen

Fehlt nur eine dieser Komponenten, kann die Stoffwechselkette der Mikroben unterbrochen werden – vergleichbar mit einer Produktionslinie, in der ein fehlendes Bauteil die gesamte Fertigung stoppt.
Das Ergebnis sind:

• Geringerer CSB- und BSB₅-Abbau

• Instabile Prozesswerte (pH, gelöster Sauerstoff, Redoxpotential)

• Sichtbare Betriebsprobleme wie Schaumbildung, Flockenzerfall oder Filamentwachstum

Beispiel aus der Praxis:
In einer Molkerei-Kläranlage führte ein Phosphormangel trotz hoher CSB-Belastung zu instabiler Nitrifikation und erhöhtem Ammonium im Ablauf. Erst durch die gezielte Zugabe eines ALMA AQUA Nährstoffmixes wurde die Nitrifikation innerhalb von 48 Stunden wiederhergestellt.

Ein Mangel lässt sich sowohl direkt durch Laboranalysen als auch indirekt durch Prozessbeobachtungen erkennen.

Typische Indikatoren im Betrieb:

• Chemisch-analytisch:

  • Erhöhte Ablaufwerte bei CSB, BSB₅, Ammonium oder Nitrat

  • Ungünstiges N/P-Verhältnis im Zulauf

  • Sehr niedrige Konzentrationen bestimmter Metalle (Fe, Cu, Co, Mo) in der Schlammphase

• Prozessbiologisch:

  • Reduzierte Sauerstoffaufnahme (OUR)

  • Verlängerte Anlaufzeiten nach Lastspitzen

  • Geringere Gasproduktion in anaeroben Anlagen

• Visuelle Hinweise:

  • Schaumbildung oder instabile Schlammflocken

  • Fadenziehender Schlamm (Filamentbakterien)

  • Dunkle oder sehr helle Schlammfärbung (Fehlbesiedlung)

Praxis-Tipp:
Eine mikroskopische Untersuchung in Kombination mit einer Nährstoffbilanz ist der sicherste Weg, um einen Mangel frühzeitig zu erkennen – bevor es zu Grenzwertüberschreitungen kommt.

Die Bestimmung erfolgt über eine Nährstoffbilanzierung:

1. Analyse der Zulaufwerte (CSB, BSB₅, Gesamt-N, Gesamt-P, Spurenelementgehalte)

2. Berechnung des N/P-Verhältnisses – für aerob betriebene Anlagen liegt der Idealwert meist bei ca. 100:5:1 (CSB:N:P)

3. Prozessbeobachtung – Reaktionszeiten, Abbaugrad, Schlammeigenschaften

4. Labortests mit gezielter Nährstoffzugabe zur Wirksamkeitsprüfung

Tipp: ALMA AQUA bietet eine komplette Nährstoffanalyse inkl. Dosierempfehlung für jede Anlagengröße.

Schlüssel-Elemente für eine stabile biologische Wasser- und Abwasserbehandlung:

• Eisen (Fe):

  • Beteiligt am Elektronentransport in der Atmungskette

  • Wichtig für die Bildung stabiler Flockenstrukturen

  • Fehlt Eisen, zerfallen Flocken, und die Absetzeigenschaften verschlechtern sich

• Kupfer (Cu):

  • Aktiviert Oxidations- und Reduktionsenzyme

  • Wichtig für Denitrifikationsbakterien

  • Überdosierung kann jedoch toxisch wirken

• Kobalt (Co):

  • Unverzichtbar für die Vitamin-B₁₂-Synthese in Methanbildnern

  • Besonders kritisch in anaeroben Prozessen, z. B. Biogasanlagen

• Zink (Zn):

  • Co-Faktor zahlreicher Enzyme

  • Unterstützt die Zellwand- und Membranstabilität

• Molybdän (Mo):

  • Notwendig für die Nitrifikation und Nitratreduktion

  • Mangel führt zu Stickstoffabbauproblemen

Praxisbeispiel:
In einer industriellen Abwasserbehandlungsanlage der Chemiebranche führte ein Kobalt- und Nickel-Mangel zu drastischem Rückgang der Biogasproduktion. Nach Zugabe eines ALMA AQUA Spurenelementmixes konnte die Methanausbeute um 30 % gesteigert werden.

Eine Überdosierung kann genauso problematisch sein wie ein Mangel – nur weniger offensichtlich.

Mögliche Risiken:

• Erhöhte Betriebskosten durch unnötigen Chemikalienverbrauch

• Ausfällung von Nährstoffen im Ablauf → Überschreitung der Grenzwerte für Gesamt-N oder Gesamt-P

• Toxische Effekte auf empfindliche Mikroorganismen bei Spurenelementen wie Kupfer, Nickel oder Zink

• Sekundäre Effekte:

  • Bildung störender Feststoffe (z. B. Eisenphosphat-Schlamm)

  • Hemmung bestimmter Stoffwechselwege (z. B. Nitrifikation)

Vorbeugung:

• Automatisierte Dosiersysteme mit Flow- oder Lastabhängiger Steuerung

• Regelmäßige Überprüfung der Konzentrationen im Reaktor und Ablauf

• Kombination mit Prozessmonitoring (OUR-Messung, Mikroskopie, Nährstoffbilanz)

• ontinuierliche Dosierung: Über eine Dosierpumpe direkt in den Zulauf oder Belüftungsbecken

• Stoßdosierung: Bei akuten Mangelzuständen oder Prozessstörungen

• Mehrpunktdosierung: Für große Anlagen oder mehrere Reaktorlinien

Wir bieten komplette Dosiersysteme mit Vorratsbehältern, Steuerung und Fernüberwachung an.

Ja – ALMA AQUA Nährstoffe und Spurenelemente sind so formuliert, dass sie breit anwendbar und prozesskompatibel sind:

• Aerobe Verfahren:

  • Belebtschlamm (konventionell)

  • Membranbioreaktoren (MBR)

  • Tropfkörperanlagen

• Anaerobe Verfahren:

  • Faulung (kommunal & industriell)

  • UASB-/EGSB-Reaktoren

  • Co-Fermentation in Biogasanlagen

• Kombinierte Verfahren:

  • Nitrifikation / Denitrifikation

  • Sequencing Batch Reactors (SBR)

Wichtig:
Die genaue Zusammensetzung (Makronährstoffe, Spurenelemente, Chelate) wird an den Prozesstyp, die Abwassercharakteristik und die Belastung angepasst.
So wird sichergestellt, dass die Mikroorganismen optimal versorgt werden, ohne den Prozess durch Überdosierung zu belasten.

Der N/P-Quotient (Verhältnis von Stickstoff zu Phosphor) ist ein zentraler Indikator für die Nährstoffversorgung in biologischen Reinigungsprozessen.

• Richtwerte für aerobe Verfahren: ca. 100:5:1 (CSB:N:P)

• Richtwerte für anaerobe Verfahren: variieren je nach Substrat, oft niedrigerer P-Bedarf

Optimierungsstrategie:

1. Zulaufcharakteristik analysieren – Messung von CSB, Gesamt-N, Gesamt-P

2. Tages- und Wochenschwankungen berücksichtigen

3. Feinabstimmung der Dosierung anhand von Ablaufwerten und Mikroskopieergebnissen

4. Lastabhängige Steuerung mit automatischer Anpassung der Nährstoffzugabe

Praxisbeispiel:
In einer Molkerei-Kläranlage konnte durch präzise Einstellung des N/P-Verhältnisses von 100:3:0,8 auf 100:5:1 die Nitrifikationsleistung um 20 % gesteigert und die Ammoniumwerte im Ablauf dauerhaft unter 2 mg/l gehalten werden.

Anaerobe Prozesse – speziell Methanbildungsstufen – reagieren sehr empfindlich auf Spurenelementmangel. Besonders wichtig sind:

• Kobalt (Co): essenziell für Vitamin B₁₂, unverzichtbar für Methanogene

• Nickel (Ni): Co-Faktor für Enzyme in der Methanogenese

• Selen (Se): für Enzyme im Acetatabbau

• Eisen (Fe): Elektronentransport, Schwefelwasserstoffbindung

Typische Probleme bei Mangel:

• Rückgang der Methanproduktion

• Anstieg von flüchtigen Fettsäuren (VFA) → pH-Abfall

• Instabile Gasqualität (CO₂-Anstieg)

Lösung:
Gezielte Zugabe von ALMA AQUA Spurenelementmischungen mit chelatierter Stabilisierung, um Ausfällungen bei Sulfid- oder Karbonatüberschuss zu verhindern.

Früherkennung ist entscheidend, um Prozessstörungen und Grenzwertüberschreitungen zu vermeiden.

Empfohlene Methoden:

1. Regelmäßige Laboranalysen von Biomasse und Wasser (Gesamt- und gelöste Spurenelemente)

2. Mikroskopische Kontrolle: Rückgang der Artenvielfalt, Auftreten filamentöser Bakterien oder Protozoen-Mangel

3. Online-Prozessüberwachung: Änderungen bei Gasproduktion (anaerob), OUR/Respiration Rate (aerob)

4. Biotests: Labormaßstabstests mit gezielter Nährstoffzugabe → Reaktionsgeschwindigkeit messen

Praxis-Tipp:
Oft treten Spurenelementmängel zuerst in Teilprozessen auf, z. B. Hemmung der Nitrifikation oder reduzierte Biogasausbeute. Eine kontinuierliche Prozessdatenauswertung in Kombination mit einer proaktiven Nährstoffstrategie verhindert, dass es überhaupt zu kritischen Störungen kommt.