Mehr Sauerstoff, mehr Leistung : Abwasserbehandlung mit Reinsauerstoff und BIOX
Reinsauerstoffsysteme sind kein Nischenphänomen mehr. Sie ermöglichen eine Verdopplung der Kapazität bei gleichzeitiger Reduzierung des Carbon Footprints auf derselben Fläche. Das BIOX-Verfahren stellt dabei die Hochleistungsvariante für komplexe Industrieabwässer dar.
- © Johannes - stock.adobe.comBiologische Reinigungsstufen, die ursprünglich für bestimmte Produktionsvolumina und Schmutzstoffprofile entwickelt wurden, stehen derzeit vor Herausforderungen. Das Problem ist weder mangelnde Mikrobiologie noch veraltete Technik per se – es ist ein physikalisches Limit. Die Funktionsweise von herkömmlichen Druckbelüftungssystemen, bei denen Luft mit einem Sauerstoffanteil von 21 Prozent in Belebungsbecken gepresst wird, stößt an die Grenzen der Gaslöslichkeit.
Selbst optimierte Systeme nutzen nur etwa 30 Prozent des eingeblasenen Sauerstoffs. Der Rest entweicht als ungenutzte Bläschen in die Atmosphäre. Dieser Kreislauf wird zum Flaschenhals, wenn der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB5) durch eine höhere Produktionslast steigt. Dann fehlt den abbauenden Mikroorganismen der Treibstoff. Die Überschreitungen der Grenzwerte führen zu kostenintensiven Notlösungen wie chemischen Nachbehandlungen oder Produktionsdrosselungen.
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Das BIOX-Verfahren erklärt
Das BIOX-System wurde ursprünglich für kommunale Spitzenlasten entwickelt, hat sich jedoch als auch für Industrieanlagen geeignet erwiesen. Der Kern des Systems besteht aus einem mehrstufigen, geschlossenen Reaktor, der eine neuartige Integration von Biologie und Sauerstoffeintrag ermöglicht. Im Gegensatz zu offenen Becken, wo Sauerstoff entweichen kann, arbeitet BIOX in abgedeckten Tanks mit präziser Prozesssteuerung.
In der ersten Stufe wird der Belebtschlamm mit Hochgeschwindigkeits-Injektoren durchströmt, die den Reinsauerstoff in Mikroblasen zerteilen. Diese Venturi-Düsen nutzen den Bernoulli-Effekt: Der unter Druck stehende Sauerstoffstrom beschleunigt das vorbeifließende Abwasser, wodurch ein Unterdruck entsteht, der zusätzlich Schlamm ansaugt. Das Ergebnis ist eine homogene Sauerstoff-Biomasse-Emulsion mit einer bisher unerreichten Transferrate.
Die zweite Stufe nutzt spezielle Biofilmträger, auf denen sich Mikroorganismen wie in einem Hochhaus ansiedeln. Dieser Prozess führt zu einer signifikanten Steigerung der aktiven Biomasse pro Kubikmeter. Während herkömmliche Systeme typischerweise mit 3 bis 5 Gramm Trockenmasse pro Liter (TS/L) arbeiten, erreicht BIOX Konzentrationen von bis zu 15 Gramm TS/L. Die Sauerstoffversorgung dieser dichten Population ist dabei von entscheidender Bedeutung. Über perforierte Bodenbelüfter wird O₂ von unten eingebracht, während Rührwerke (oft als effiziente Turborührer ausgelegt) für eine effektive Durchmischung sorgen, ohne Scherkräfte zu erzeugen, die Biofilme zerstören könnten.
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![Abendaufnahme von der BASF in Ludwigshafen mit dem Rhein im Vordergrund]( "© U. J. Alexander - stock.adobe.com")
Chemiepark Ludwigshafen Der Kampf gegen PhenolAls eine neue Produktionslinie für Kunststoffvorprodukte in Betrieb genommen wurde, stand das betriebseigene Klärwerk vor einer großen Herausforderung. Die Konzentration der Phenolfraktionen erreichte Werte von bis zu 80 mg/L, wobei der zulässige Grenzwert bei 0,5 mg/L lag. Die Implementierung herkömmlicher Lösungen hätte den Bau einer separaten Vorbehandlungsstufe erforderlich gemacht, was mit Kosten in Höhe von über 1,5 Millionen Euro und einer Bauzeit von zwölf Monaten verbunden gewesen wäre. Stattdessen installierte der Betreiber innerhalb von acht Wochen einen BIOX-Container als vorgeschaltete Stufe.
Der kompakte Reaktor mit einem Volumen von 30 m³ und einer Sauerstoffzufuhr von 200 kg pro Stunde bildet das Herzstück des Systems. Aufgrund der außerordentlich hohen Sauerstoffsättigung entwickelten sich spezialisierte Bakterienstämme, die Phenol nicht nur tolerierten, sondern als Kohlenstoffquelle nutzten. Die Abbauzeit wurde von 72 auf acht Stunden reduziert, ohne dass es zu toxischen Resteffekten auf die Hauptkläranlage kam. Ein interessanter Nebeneffekt des Sauerstoffüberschusses ist, dass er die Bildung von Schwefelwasserstoff verhinderte, der zuvor für Korrosionsprobleme gesorgt hatte.
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![sight glass full of golden beer on stainless steel pipe with hose bib faucet valve and tri clamps selective focus, brewery tank and vessel background]( "© Valmedia - stock.adobe.com")
Wenn Spülwasser zum Albtraum wird Kapazitätssteigerung in der BrauereiDie Abwasserentsorgung stellt in der Regel eine große Herausforderung dar, insbesondere in Zusammenhang mit der Bierherstellung, die als Kunstform betrachtet werden kann. Insbesondere die heißen Spülwässer aus Bottichen und Tanks führen zu Spitzenwerten des BSB5-Gehalts von bis zu 2.500 mg/L. Für eine etablierte Brauerei in der Steiermark stellte diese Situation eine existenzielle Herausforderung dar: Die vorhandene Belebungsanlage aus den 1990er Jahren war nicht mehr in der Lage, die Fracht bei Produktionssteigerungen zu bewältigen. Anstatt eine kostspielige Erweiterung zu tätigen, wurde eine der beiden Belebungslinien mit BIOX ausgestattet.
Das System arbeitet im Hybridmodus. Bei Basisfracht läuft die konventionelle Linie, bei Spitzen (etwa nach Großreinigungen) schaltet automatisch die BIOX-Stufe zu. Ein IoT-System überwacht dabei nicht nur den BSB5, sondern auch die Sauerstoffzehrung in Echtzeit. Das Ergebnis der Maßnahme ist eine Steigerung der Kapazität um 60 Prozent, wobei kein zusätzlicher Platzbedarf entsteht. Die Energiebilanz ist ein wichtiger Indikator für den Erfolg des Prozesses. Es ist erfreulich, dass der spezifische Verbrauch pro Kilogramm abgebautem BSB5 von 2,1 auf 0,9 kWh gesunken ist. Dies ist unter anderem auf die Turbomischer im BIOX-Reaktor zurückzuführen, die im Vergleich zu den alten Belüftern 40 Prozent weniger Leistung erbringen.
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![Biotechnology production facility, pharma. Clean production room with worker in protective suit. Generative AI image.]( "© tilialucida - stock.adobe.com")
Die unsichtbare Gefahr der Antibiotika AntibiotikarückständeFür Kläranlagen in der Pharmaproduktion stellen Antibiotikarückstände eine besondere Herausforderung dar. Sie wirken bakterizid auf die Belebtschlammflora und fördern die Bildung resistenter Gene. Ein Schweizer Hersteller von Penicillin-Derivaten löste das Problem mit einer BIOX-Sonderlösung. Vor den biologischen Stufen wurde eine oxidative Vorbehandlung mit Ozon integriert, das aus dem gleichen Flüssigsauerstofftank gespeist wird. Die Ozonung hat die Fähigkeit, die Struktur von Antibiotika aufzubrechen, sie bioverfügbar zu machen und gleichzeitig Keime zu eliminieren.
Die nachgeschaltete BIOX-Stufe arbeitet mit verlängerter Verweilzeit und gezielt angereicherten Mikroorganismenstämmen. Ein intelligentes Rückführsystem leitet einen Teil des Belebtschlamms durch eine UV-Desinfektion, die genetisches Material zerstört. Das mehrstufige System reduziert die Antibiotikafracht um 99,8 Prozent und gewinnt gleichzeitig wertvolle Molekülfragmente zurück, die in der Produktion wiederverwendet werden können.
Wo Hochlast-Biologie punktet
Das BIOX-Verfahren eignet sich für unterschiedlichste Branchen – von kommunaler Abwasserreinigung über Lebensmittel- und Getränkeindustrie bis hin zu Chemie- und Pharmaanlagen. Messer Austria begleitet jede Umsetzung mit verfahrenstechnischer Expertise, egal ob als Interimslösung, Ergänzung zur bestehenden Belüftung oder vollständiger Ersatz.
In einer mittelgroßen kommunalen Kläranlage führte Messer BIOX als temporäre Maßnahme während eines längeren Umbau- und Wartungsfensters der regulären Belüftung ein. Da zusätzlich erhöhte organische Belastungen durch Temperaturanstieg im Sommer auftraten, drohten Grenzwertüberschreitungen. Innerhalb weniger Stunden wurden Begasungsmatten installiert und der Sauerstofffluss angepasst. Ergebnis: Die Reinigungsleistung stabilisierte sich, die gesetzlichen Anforderungen wurden durchgehend erfüllt – und die Anlage konnte ohne Produktionsausfall weiternutzen.
Das BIOX®-Verfahren eignet sich als spontane Interimslösung während eines Ausfalls oder zum Ausgleich regelmäßig auftretender Spitzenlasten.
- © MesserKläranlagen als Ressourcenfabriken
Die Umstellung auf Reinsauerstoff und Verfahren wie BIOX gleicht nicht einer Reparatur, sondern einem Upgrade des biologischen Herzens einer Kläranlage. Sie beweist, dass Kapazitätsengpässe oft nicht durch Beton, sondern durch intelligente Prozesssteuerung zu lösen sind. Für Industrieunternehmen wird diese Technologie zum strategischen Werkzeug: Sie ermöglicht Produktionssteigerungen ohne Abwasserengpass, senkt Betriebskosten nachhaltig und transformiert die Kläranlage vom Kostenfaktor zum Compliance-Sicherer.
Die Sauerstoffrevolution ist nur der Anfang einer systemischen Transformation. Moderne Kläranlagen wandeln sich von End-of-Pipe-Lösungen zu Kreislaufzentren. BIOX-Systeme spielen dabei eine Schlüsselrolle. Ihre hochaktiven Schlämme eignen sich perfekt für die nachgeschaltete Faulung und Energiegewinnung. Auch klimapolitisch entfalten Sauerstoffsysteme Hebelwirkung: Sie reduzieren nicht nur direkten Stromverbrauch, sondern vermeiden auch Lachgasemissionen (N₂O), die in konventionellen Anlagen bei Sauerstoffmangel entstehen. Lachgas ist 300-mal klimaschädlicher als CO₂ – eine oft übersehene Größe in der CO₂-Bilanz von Industrieunternehmen.
