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Oxygen Transfer Phenomena in Activated Sludge

Henkel, Jochen:
Oxygen Transfer Phenomena in Activated Sludge.
TU Darmstadt , Darmstadt .
[Book], (2010)

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Dissertation - PDF
Henkel-2010-Oxygen_Transfer_Phenomena_in_Activated_Sludge.pdf
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Item Type: Book
Title: Oxygen Transfer Phenomena in Activated Sludge
Language: English
Abstract:

This dissertation investigates the impact of activated sludge on oxygen transfer in activated sludge plants. The effect of surfactants on oxygen transfer is also studied and a method to determine the floc volume of activated sludge is developed. The α-factor, i.e. the relationship of wastewater to clean water oxygen transfer coefficient, is chosen to enable comparison of oxygen transfer coefficients. The main results are summarized as follows: • The floc volume significantly influences oxygen transfer and sedimentation of activated sludge. Oxygen transfer is reduced and sedimentation hindered with increasing floc volume. Floc volume influences oxygen transfer in coarse and fine bubble aeration systems in a similar fashion. This is in marked contrast to the effects of surfactants on oxygen transfer. • The mixed liquid suspended solids concentration is an incorrect parameter for comparing phenomena related to the floc volume. Better correlation can be achieved if the mixed liquid volatile suspended solids concentration is used. • Dissolved surfactants have no significant impact on the oxygen transfer in activated sludge. Instead, it seems that the impact on oxygen transfer by substances adsorbed to the floc surface increases, as sludge retention time decreases. • The oxygen transfer coefficient increases and the α-factor decreases with increasing airflow. Consequently, the oxygen transfer efficiency decreases. This phenomenon is especially pronounced at high oxygen transfer coefficients and high floc volumes. • The reactor designs (airlift, bubble column) tested in this study have no verifiable effect on the α-factor. • A combination of the experimental results shows that, for a constant floc volume, the α-factor improves with increasing sludge retention time, while it decreases with increasing floc volume for constant sludge retention times.

Based upon currently available data, the consequences for practice are: • The increase in α-factor compensates the increase in oxygen uptake rate by the bacteria with increasing sludge retention time. Consequently, the required standard oxygen transfer rate decreases with increasing sludge retention time if the floc volume remains constant. • Adapting the sludge retention time during the summer to the minimum required (temperature adjusted) does not lead to a significant reduction in the required standard oxygen transfer rate.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die vorliegende Dissertation analysiert den Einfluss von Belebtschlamm auf den Sauerstoffübergang im Belebtschlammverfahren. Dies beinhaltet auch die Untersuchung der Wirkung oberflächenaktiver Substanzen im adaptierten Belebtschlammgemisch. Hierzu wurden Versuche mit synthetischem Grauwasser und realem Abwasser bei jeweils unterschiedlichen Schlammaltern in unterschiedlichen Versuchsanlagen durchgeführt. Weiterhin wurde eine Methode entwickelt, die in der Lage zu sein scheint, den volumetrischen Feststoffgehalt (Flockenvolumen) in Belebtschlämmen zu bestimmen. Die wesentlichen Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: • Das Flockenvolumen beeinflusst wesentlich den Stoffübergang und die Sedimentationseigenschaften in bzw. von Belebtschlamm. Mit steigendem Flockenvolumen wird der Stoffübergang in die flüssige Phase verringert sowie das Absetzen der Flocken behindert. Der Effekt des Flockenvolumens beeinflusst den Stoffübergang von grobblasigen sowie feinblasigen Belüftungssystemen in gleicher Weise. Damit unterscheidet sich dieses Phänomen wesentlich von dem Einfluss oberflächenaktiver Substanzen auf den Stoffübergang. • Der Trockensubstanzgehalt eignet sich nicht zum Vergleich von Phänomenen, bei denen das Flockenvolumen eine Rolle spielt. Eine bessere Korrelation der unterschiedlichen Ergebnisse gelingt unter Verwendung des organischen Trockensubstanzgehalts. • Echt gelöste oberflächenaktive Substanzen haben kaum einen Einfluss auf den Stoffübergang in Belebtschlamm. Stattdessen zeigt sich, dass der Einfluss von an der Schlammflocke adsorbierten Substanzen mit sinkendem Schlammalter steigt und den Sauerstoffeintrag erniedrigt. • Mit steigendem Luftvolumenstrom steigt der Stoffübergangskoeffizient an, allerdings sinkt der α-Wert. Folglich verringert sich die Effizienz des Eintrages. Dieses Phänomen ist bei hohen Stoffübergangskoeffizienten und Feststoffgehalten besonders ausgeprägt. • Bezüglich der unterschiedlichen Reaktorkonfigurationen konnte kein Einfluss auf den α-Wert abgeleitet werden. • Eine Zusammenführung der verschiedenen Ergebnisse ergibt, dass bei konstantem Flockenvolumen mit steigendem Schlammalter der Stoffübergang verbessert wird, während bei konstantem Schlammalter und steigendem Flockenvolumen dieser sich verschlechtert. Die Konsequenzen dieser Erkenntnisse für die Praxis auf Basis der zur Verfügung stehenden Daten sind folgende: • Der Anstieg des α-Wertes überkompensiert den Anstieg der Zellatmung mit steigendem Schlammalter. Dadurch sinkt die notwendige Sauerstoffzufuhr mit steigendem Schlammalter bei ansonsten konstanten Bedingungen. • Eine Anpassung an das Mindestschlammalter im Sommer durch Herabsetzen des Trockensubstanzgehaltes führt zu keiner signifikanten Verringerung der notwendigen Sauerstoffzufuhr.German
Place of Publication: Darmstadt
Publisher: TU Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Sauerstoffübergang, Belebtschlamm, Flockenvolumen, Oberflächenaktive Substanzen
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
oxygen transfer, activated sludge, α-factor, floc volume, surfactantsEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Bauingenieurwesen und Geodäsie
Date Deposited: 19 Jun 2012 13:25
Last Modified: 07 Dec 2012 12:05
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-30089
Additional Information:

Druckausg.: TU Darmstadt, 2010, ISBN 978-3-940897-06-0, WAR Schriftenreihe ; 210 [Darmstadt, TU, Diss., 2010]

License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Additional Information:

Druckausg.: TU Darmstadt, 2010, ISBN 978-3-940897-06-0, WAR Schriftenreihe ; 210 [Darmstadt, TU, Diss., 2010]

Advisors: Cornel, Prof. Dr.- Peter and Steinmetz, Prof. Dr.- Heidrun and Wagner, Prof. Dr.- Martin
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3008
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