Als Nebenprodukt der biologischen Abwasserbehandlung erzeugen Kläranlagen (WWTPs) zwangsläufig große Mengen Abwasserschlamm (WAS), was eine erhebliche Herausforderung darstellt. WAS ist ein typischer fester Abfall, der bei unsachgemäßer Behandlung leicht zu Sekundärverschmutzung führen kann. Typischerweise machen die Behandlungs- und Entsorgungskosten für WAS bis zu 60 % der gesamten Betriebskosten einer Kläranlage aus. WAS ist jedoch reich an organischem Material wie Proteinen und Kohlenhydraten, was es zu einer erneuerbaren Bioenergiequelle macht. WAS wird üblicherweise für die anaerobe Vergärung zur Herstellung von Methan verwendet. Kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) sind Zwischenprodukte der anaeroben Verdauung, darunter Essigsäure, Propionsäure, Isobuttersäure, n-Buttersäure, Isovaleriansäure und n-Valeriansäure. Daher hat die Produktion von SCFAs aus der Schlammvergärung in den letzten Jahren zunehmende Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da die resultierenden SCFAs nicht nur eine bevorzugte Kohlenstoffquelle für die biologische Stickstoff- und Phosphorentfernung, sondern auch Rohstoffe für die mikrobielle Produktion biologisch abbaubarer Kunststoffe sind.
Aufgrund der geringen Schlammzersetzungsrate und des schnellen Verbrauchs durch methanogene Bakterien ist die Ausbeute an SCFAs aus der Abwasserschlammvergärung (WAS) normalerweise gering. Daher konzentrierten sich frühere Studien hauptsächlich auf die Förderung der SCFA-Produktion durch Beschleunigung der Schlammzersetzung oder Hemmung der Aktivität von Methanogenen. In der Literatur wird berichtet, dass verschiedene WAS-Vorbehandlungsmethoden, wie z. B. enzymatische, freie Nitrit-, thermische, Fenton-, Ozon- und Ultraschall-Vorbehandlung [9][10][11], sowie die Betriebsbedingungen von anaeroben Reaktoren (z. B. saure und alkalische Kontrolle) [9] die SCFA-Produktion effektiv steigern können. Beispielsweise steigert die Vorbehandlung von Abfallbelebtschlamm (WAS) mit freiem Nitrit (1,54–1,80 mg/L) über zwei Tage die Schlammzersetzung erheblich und erhöht dadurch die Produktion kurzkettiger Fettsäuren (SCFA) um das 1,5–3,7-fache [12]. Darüber hinaus kann die Erhöhung bestimmter organischer Stoffe im Gärschlamm, wie z. B. Kohlenhydrate und intrazelluläre Polyhydroxyalkanoate (PHAs), auch die SCFA-Produktion fördern.
Polyaluminiumchlorid (PAC) ist ein anorganisches Koagulans, das durch teilweise Hydrolyse einer sauren Aluminiumchloridlösung in einem speziellen Reaktor hergestellt wird. PACs bestehen typischerweise aus Aluminiummonomeren (wie Al³⁺, Al(OH)₂⁺ usw.), Dimeren (Al₂O₃), Trimeren (Al₃O₄) und inerten makromolekularen Polymeren mit Molekulargewichten, die typischerweise größer als 3000 Da sind[18]. Die chemischen Formen von hydrolysiertem Aluminium können basierend auf ihren Reaktionsgeschwindigkeiten mit Eisenindikatoren in drei Kategorien eingeteilt werden: Monomere (Ala) (sofortige Reaktionen, d. h. Aluminiummonomere, -dimere und -trimere), mittelschnelle Polymere (Alb) (Reaktion innerhalb von 120 Minuten, d. h. Al₂O₃) und Sole oder Gele (Alc) (nicht reaktiv, d. h. Aluminiumpolymere mit Molekulargewichten typischerweise über 3000). Da). Unter bestimmten Bedingungen, wenn eine große Menge hoch geladener polynuklearer Aluminiumhydrolyseprodukte (Alb) vorhanden ist, sind PACs herkömmlichen Koagulanzien auf Aluminiumbasis (wie AlCl3 und Alaun) bei der Entfernung von Partikeln und/oder organischem Material überlegen. Seit den 1980er Jahren werden Polyphosphatpräzipitate (PACs) weltweit in großem Umfang in der Wasser- und Abwasseraufbereitung zur Entfernung feiner Partikel und Schwermetalle, zur Ausfällung von Phosphaten und zur Inaktivierung von Viren eingesetzt. Bei der Abwasserbehandlung werden PACs zwangsläufig vom Schlamm absorbiert und konzentriert, was zu einer Anreicherung großer Mengen im Schlamm führt. Der PAC-Gehalt im Schlamm hängt stark von der Wasserquelle und anderen verwendeten Chemikalien ab und variiert erheblich zwischen verschiedenen Regionen.
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