In Hinblick auf die Verwendung eines Membran-Bio-Reaktors (MBR) als möglichen Ersatz für ein konventionelles Nachklärbecken wurde im Rahmen dieser Arbeit die Optimierung der Betriebsweise eines MBRs untersucht. Der verwendete MBR war mit rückspülbaren Plattenmembranen ausgestattet, die die Reinigungswirkung erhöhten. Errichtet wurde der untersuchte MBR auf einer Kläranlage der Größenklasse 5. Wegen der örtlichen Gegebenheiten erfolgte der Zulauf aus dem Überschussschlamm-Vorlagebehälter mit einem Feststoffgehalt von ca. 9 – 11 g/L. Die Filtrationsversuche umfassten eine Steigerung des Flusses im Bereich von 10 – 20 L/(m²*h) mit einer Filtrationszeit zwischen 5 – 10 min. Die Versuche ergaben, dass eine konstante Betriebsweise bei den vorliegenden Feststoffgehalten nicht eingestellt werden konnte. Weiterhin konnte herausgefunden werden, dass eine intermittierende Belüftung keinen Beitrag zur Erhöhung der Reinigungsleistung bringt, ebenso wie die Steigerung der Belüftung von 100 auf 150 Nm³/h. Dafür wirkten regelmäßige Entspannungsphasen positiv auf die Filtrationsleistung der Membran. Zur Überprüfung der rheologischen Eigenschaften des Belebtschlamms wurden Viskositätsmessungen durchgeführt, die gezeigt haben, dass es sich um ein scherverdünnendes Fluid handelt. Mittels Probenahmen aus verschiedenen Tiefen konnte herausgefunden werden, dass die Viskosität ebenso wie der Feststoffgehalt homogen verteilt im Filtrationsbehälter vorliegt. Eine Untersuchung des Strömungsbildes an einem Anschauungsobjekt im Labor hat ergeben, dass der Durchmesser der eingetragenen Luftblasen bei Eintritt in den Membranzwischenraum zu klein war und demnach eine ungenügende Abscherleistung erzielte. Der Vorteil der Verwendung eines MBRs als Nachklärbeckens liegt in der Zurückhaltung von Bakterien, Viren und Feststoffen. Dadurch hat das geklärte Abwasser eine bessere Qualität und der ÜSS einen größeren TS-Gehalt im Vergleich zu einer herkömmlichen Sedimentation. Nachteilig sind die hohen Kosten durch die Belüftung und die Anfälligkeit des Membranmaterials gegenüber Fouling und Scaling. In der Verwendung und der Optimierung von MBRs besteht noch großer Forschungsbedarf, da jede Anlage und jedes Medium einzigartig ist und ihre Vor- und Nachteile hat.

With regard to the use of a membrane bio-reactor (MBR) as a possible replacement for a conventional secondary clarifier, the optimisation of the operation of an MBR was investigated in this work. The MBR used was equipped with backwashable plate membranes, which increased the purification efficiency. The MBR under investigation was installed at a size class 5 wastewater treatment plant. Due to local conditions, the influent was from the surplus sludge storage tank with a solids content of approx. 9 - 11 g/L. The MBR was installed at a size class 2 wastewater treatment plant. The filtration tests included an increase of the flow in the range of 10 - 20 L/(m²*h) with a filtration time between 5 - 10 min. The tests showed that a constant operation mode could not be set at the present solids contents. Furthermore, it could be found out that intermittent aeration does not contribute to an increase of the cleaning performance, as well as the increase of aeration from 100 to 150 Nm³/h. On the other hand, regular relaxation phases had a positive effect on the filtration performance of the membrane. Viscosity measurements were carried out to check the rheological properties of the activated sludge, which showed that it is a shear-thinning fluid. Sampling from different depths showed that the viscosity as well as the solids content is homogeneously distributed in the filtration tank. An examination of the flow pattern on a demonstration object in the laboratory showed that the diameter of the air bubbles entering the membrane interstitial space was too small and thus achieved an insufficient shear performance. The advantage of using an MBR as a secondary clarifier lies in the retention of bacteria, viruses and solids. As a result, the clarified wastewater has a better quality and the TS content of the MBR is higher compared to conventional sedimentation. Disadvantages are the high costs due to aeration and the susceptibility of the membrane material to fouling and scaling. There is still a great need for research in the use and optimisation of MBRs, as each plant and each medium is unique and has its advantages and disadvantages.