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The Quest for a Universal Indicator for MBR Fouling

Torre García, Teresa de la

In der vorliegenden Studie wurde in einem Zeitraum von einem Jahr in Berlin ein Messprogramm mit vier Membranbioreaktoren (MBR) durchgeführt mit dem Ziel eine repräsentative Datenbank vergleichbarer Messungen an verschiedenen Membranbioreaktoren zu erstellen. In diesen Systemen wurden siebzehn Parameter wöchentlich gemessen, um den Belebtschlamm zu charakterisieren. Das Ziel war die Definition eines universellen Parameters, der schnell und einfach als Indikator für das kurz- und langfristige Fouling in MBR-Systemen verwendet werden kann. Für die Messung der Filtrierbarkeit des Belebtschlammes wurde eine in situ Filtrationstestzelle entwickelt. Andere gemessene Parameter waren Temperatur, pH, Capillary Suction Time (CST), Time to Filter (TTF), Biopolymere, gesamter organischer Kohlenstoff (TOC), chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), gebundene und gelöste extrazelluläre polymere Substanzen (EPS), gebundene und gelöste transparente exopolymere Partikel (TEP), UV Absorption des Filtrats, Schlammvolumenindex (SVI), Nitrat, Trockensubstanz (TS) und organische Trockensubstanz (oTS). Der Anteil dieser Größen am Fouling wurde über eine Fraktionierung untersucht, um diejenige Fraktion zu ermitteln, die für das Fouling (haupt)verantwortlich ist. Das Verhältnis der gemessenen Parameter zur Filtrierbarkeit wurde mit der statistischen Software SPSS mittels multipler linearer Regression ausgewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Filtrierbarkeit des Belebtschlammes nicht mit einem einzigen Parameter korreliert. Nach einer univariaten Analyse erschien TEP und das Verhältnis zwischen gebundenen und gelösten TEP als der interessanteste Parameter. Bei Verwendung einer multivariaten Analyse ergab die Korrelation des kritischen Flusses mit den Parametern gebundener TEP, Temperatur, gelöster TEP und Nitrat ein Bestimmtheitsmaß R2 von 95 %. Keine einzelne Schlammfraktion konnte als die wichtigste Fraktion für das Fouling identifiziert werden.
During this study and with the objective of obtaining a significant database of comparable results from different membrane bioreactor units, a monitoring campaign was performed over one year in Berlin with four membrane bioreactor (MBR) systems. In these units, seventeen parameters were monitored on a weekly basis to characterise the mixed liquor. The objective was to evaluate the possibility of obtaining a universal parameter which could be used as a quick and easy indicator for short and long term fouling in MBR. For the measurement of the activated sludge filterability, an in situ filtration test cell was developed. The other parameters monitored were temperature, pH, capillary suction time (CST), time to filter (TTF), biopolymers, total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), bound and soluble extracellular polymeric substances (EPS), bound and soluble transparent exopolymer particles (TEP), UV absortion of the mixed liquor supernatant, sludge volume index (SVI), nitrate, mixed liquor suspended solids (MLSS) and volatile mixed liquor suspended solids (MLVSS). The influence of the size of the foulants was also investigated via fractionation, in order to find the most relevant fraction for fouling. The relationship of the measured parameters and the filterability was evaluated with the statistical software SPSS using multiple linear regression. The results showed that the filterability of the activated sludge cannot be correlated with a unique parameter. TEP and the ratio between bound and soluble TEP appeared as the most interesting parameters using univariate analysis. Using multivariate analysis, critical flux was correlated with a R2 of 95% with the parameters bound TEP, temperature of the mixed liquor, TEP (soluble) and nitrate. After fractionation, no sludge fraction could be identified as the most important for fouling in general terms.