DE3131989A1 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen reinigung von abwasser - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur biologischen reinigung von abwasserInfo
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Description
LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
. (H 1173) H 81/49
Sti/fz 10.08.1981
Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reinigung von
Abwasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung
von Abwasser in mindestens zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Behandlungszonen, in denen das Abwasser in
Gegenwart von belebtem Schlamm zumindest teilweise begast wird, bei dem das aus den Behandlungszonen abgezogene Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
in einer Nachklärung zu gereinigtem Wasser und Schlamm aufgeteilt und der Schlamm
wenigstens teilweise in die Behandlungszonen zurückgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
Bei einem solchen Verfahren wird das Abwasser mit Belebtschlamm unter gleichzeitiger Zuführung eines sauerstof fhaltigen
Gases vermischt. Durch die Tätigkeit der in dem Belebtschlamm
enthaltenen Mikroorganismen werden die organischen Schmutzstoffe des Abwassers zum Teil in Bakteriensubstanz
umgewandelt und zum Teil zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt. Die Mikroorganismen benötigen Sauerstoff, um ihre
StoffWechselfunktion aufrechtzuerhalten, sowie zum Wachsen
und zur Vermehrung, wobei sie die organischen Substanzen schnell abbauen. Die Mikroorganismen sind verhältnis-
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mäßig kompakt, so daß sie in einem Nachklärbecken entfernt werden können. Aus dem Nachklärbecken wird gereinigtes Ab=
wasser und Schlamm abgezogen. Ein Teil des Schlamms, der abgesetzte Mikroorgansismen enthält, wird in die Behänd-
§ lungszone zurückgeführt, um eine gewünschte Menge an Mi=
kroorganismen im Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch zu halten?
wodurch der biologische Prozeß kontinuierlich fortgesetzt wird.
Neben dem biologischen Abbau der organischen Substanz erfolgt in einer weiteren Behandlungszone auch ein chemischer
Abbau, bei dem in Gegenwart von hauptsächlich autotrophen
Bakterien Ammonium-Stickstoff zu Nitrit und Nitrat oxidiert wird. Zur SauerstoffVersorgung der Bakterien ist bekannt,
die Behandlungszone mit Luft oder einem mehr VoI ο % Sauerstoff
als Luft enthaltendes Gas zu begasen.
Die sogenannte Nitrifikation des Abwasser erfolgt meist in einer zweiten Stufe, d.h. daß nach dem biologischen Abbau
2Q eine Zwischenklärung und anschließend die nitrif!zierende
Behandlung vorgesehen ist. Diese Zwischenklärung hat sich jedoch als unwirtschaftlich erwiesen. Beim Fehlen einer
Zwischenklärung ist es jedoch schwierig, die nur sehr langsam wachsenden Nitrifikanten in ausreichendem Maße im Systern
zu halten, da diese zusammen mit den sehr schnell wachsenden C-abbauenden Bakterien als Überschußschlamm mit abgezogen
werden müssen. Durch dieses ständige unfreiwillige Abziehen von Nitrifikanten. läßt sich der vorhandene Ammonium-Stickstoff nicht mehr auf die vorgeschriebenen Werte re~
duzieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitszustellen, so daß auf
3S einfache und wirtschaftliche Weise die Qualität des gerei-
Perm, S7S3 7.73
nigten Abwassers verbessert und ein hoher Nitrifikationswert
erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,daß in der
5 oder den der letzten Behandlungs2one vorgeschalteten Behandlung
szonen die im Abwasser vorhandenen organischen Kohlenstoffverbindungen soweit abgebaut werden,daß das der
letzten Behandlungszone zugeführte Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch nur noch schwach belastet ist, und daß in der letz-'"
ten Behandlungszone eine Nitrifikation durchgeführt wird,
wozu in die Behandlungszone ein makroporöses Trägermaterial
für nitrifizierende Bakterien zugegeben wird.
Gemäß der Erfindung wird in den ersten Behandlungszonen
^ stufenweise der BSB5 abgebaut und das nur schwach belastete
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch in eine mit Nitrifikanten angereicherte nachgeschaltete Behandlungszone geführt.
Dort werden die noch vorhandenen Stickstoffverbindungen zu Nitrat oxidiert. Die hierfür notwendige Bakterienkon-
^ zentration wird mit Hilfe eines Trägermaterials erreicht,
das eine große aktive Oberfläche zur Ansiedlung der nitrifizierenden Bakterien bietet, auf der sich diese gleichmäßig
verteilen können. Durch die Makroporen des Trägermaterials werden dabei die nitrifizierenden Bakterien zu einem
dezentralisierten Wachstum gezwungen, wodurch sich eine wesentlich größere Stoffaustauschfläche als bei herkömmlichen
Belebtschlammflocken ergibt. Da die nitrifizierenden Bakterien
stabil in den Makroporen des Trägermaterials fixiert sind, und dieses leicht im Begasungsbecken zurückgehalten
werden kann, besteht keine Gefahr, daß die nitrifizierenden Bakterien über die Nachklärung in den Vorfluter abtreiben
oder zusammen mit dem Überschußschlamm aus dem System
abgezogen werden.
Günstig ist es, das Abwasser in der oder den der letzten
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^ Behandlungszone vorgeschalteten Behandlungszonen mit reinem
Sauerstoff oder einem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden • Gas und in der letzten Behandlungszone mit Luft zu begasen.
Hierdurch wird in den ersten Behandlungszonen ein maximaler
Abbau der organischen Substanzen,wie der organischen Kohlenstoff
verbindungen, erreicht. Der größte Sauerstoffbedarf
tritt in einem Verfahren zur Behandlung von Abwässern unter . Anwendung von Belebtschlamm dort auf, wo das Abwasser und
die Mikroorganismen zum ersten Mal miteinander vermischt - werden, wobei sich die Mikroorganismen in ihrer maximalen
Wachstumsphase befinden. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung das sauerstoffreiche Gas nur in der oder den ersten
Behandlungszonen angewendet, während der restliche Sauerstoffbedarf
zur Nitrifikation durch Belüftung mit _üft in
,15 einer nachfolgenden Behandlungszone stattfindet. Die Begasung
mit Luft ist notwendig, damit das in den ersten Kammern
beim BSB-ABbau entstandene gelöste Kohlendioxid durch den bei der Luftbegasung erforderlichen größeren Gasdurchsatz
aus dem Abwasser-/Belebtschlammgemisch ausgestrippt wird und dadurch eine Hemmung der Nitrifikanten durch Kohlendioxid
vermieden wird. Durch diese Arbeitsweise werden außerdem beträchtliche Kosten sowohl für die Bereitstellung des
Gases zur Begasung als auch bezüglich der baulichen Maßnahmen erreicht.
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Zweckmäßigerweise wird als Trägermaterial für nitrifizierende
Bakterien ein makroporöser Stoff mit Makroporen der Größe von 0,1 bis 5 mm und geringem spezifischen Gewicht verwendet.
Auf diese Weise wird verhindert, daß das Trägermaterial nicht
3® sofort zu Boden sinkt und sich die nitrifizierenden Bakterien
somit nicht in ausreichender Weise mit dem zu behandelnden
Abwasser vermischen können. Besonders günstige Eigenschaften weisen dabei Aktivkohle und/oder Polyurethanschaum der Dichte
20 - 200 kg/m3, auf, die sich leicht in Schwebe halten
3§ lassen. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein Trägermaterial
Farm, ires 7.78
für nitrifizierende Bakterien mit einem Teilchen-Durchmesser von 2 bis 50 mm verwendet wird.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das Trägermaterial für nitrifizierende Bakterien aus dem aus der letzten Behandlungszone ablaufenden
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch abgetrennt und in der letzten Behandlungszone zurückgehalten. Durch die erfindungsgemäß
vorgeschriebene Teilchengröße kann das Zurückhalten des
'0 Trägermaterials in einfacher Form durch eine hierfür vorge-'
sehene Trenneinrichtung, wie ein Sieb, erfolgen. Dadurch ist sichergestellt, daß immer eine ausreichende Bakterienkonzentration
für die Nitrifikation in der letzten Behandlungszone vorliegt, ohne daß nennenswerte Verluste auftreten.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
daß das aus der letzten Behandlungszone ablaufende Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch zum einen Teil der Nachklärung
zugeführt und zum anderen Teil in die erste Behandlungszone,
2^ gegebenenfalls zur Denitrifikaion, zurückgeleitet wird. Soll
in der ersten Behandlungszone keine Denitrifikation vorgenommen werden, so wird im wesentlichen nur der aus der Nachklärung
rückgeführte Belebtschlamm mit neu zulaufendem Abwasser in bekannter Weise vermischt und begast. Soll in der ersten
Behandlungszone dagegen eine Denitrifikation stattfinden, so
erfolgt diese unter anoxischen Bedingungen, was bedeutet,daß dann das vom Ablauf der letzten Behandlungszone unmittelbar
rückgeführte Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch zusammen mit dem neu zulaufenden Abwasser nicht oder nur unvollständig begast
wird. Das zulaufende Abwasser wird in diesem Falle vor allem verwendet, die zur Reduktion der im rückgeführten Belebtschlamm
enthaltenen Nitrate zu Stickstoff erforderlichen Elektronendonatoren, insbesondere Kohlenstoffverbindungen,
bereitzustellen. Im Anschluß an die Denitrifikation wird das
auf diese Weise behandelte Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
Form. 5728 7.78
1. einer weiteren Behandlungszone zugeführt und der freigewordene Stickstoff, sofern er nicht bereits in der anoxischen
Zone entwichen ist, abgeleitet.
S Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens weist mindestens zwei, vom Abwasser nacheinander durchströmte Behandlungszonen und eine der letzen Behandlungszone
über einen Ablauf nachgeschaltete Nachkläreinrichtung mit einer Schlammrücklaufleitung zu den Behandlungszonen
auf. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Behandlungszone als Nitrifikationsstufe ausgebildet
und mit einem makroporösen Trägematerial für nitrif izierende Bakterien beschickt ist. Diese Anordnung bietet
den Vorteil, daß in einer einzigen Anlagenstr ^ der BSBc abgebaut und die Nitrifikation durchgeführt werden kann,
wobei außerdem das Belebungsbecken kleiner ausgebildet bzw«, auf eine Zwischenklärung verzichtet werden kann, wodurch
sich wiederum Kosteneinsparungen ergeben.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, daß die der letzten Behandlungszone vorgeschalteten
Behandlungszonen Zufuhreinrichtungen sowie Eintragseinrichtungen für reinen Sauerstoff und/oder ein mehr
Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas aufweisen und daß in der letzten Behandlungszone eine Lufteintragseinrichtung
angeordnet ist.
Weiterhin ist es günstig, wenn zum Zurückhalten von Trägermaterial
in der letzen Behandlungszone dem Ablauf der letzten Behandlungszone eine Trennvorrichtung zugeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Behandlungszone
zumindest teilweise als Denitrifikationszone ausgebildet und über eine Verbindungsleitung an den Ablauf
3§ der Nitrifikationszone angeschlossen. Durch entsprechende
porm.i?2ä 7.78
-.10 -
Regelung der Zufuhr für das Begasungsgas kann somit in der ersten Behandlungszone bedarfsweise entweder eine Denitrifikation
unter anoxischen Bedingungen, d.h. ohne Gaszufuhr, oder der normale BSEt-Abbau unter Gaszufuhr stattfinden.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines
Ausführungsbeispiels, das schematisch in der Figur dargestellt ist, näher erläutert.
In der Figur ist eine Abwasseranlage mit 4 Behandlungszonen 1, 2, 3, 4 und mit einer über einem an die letzte Behandlungszone
4 angeschlossenen Ablauf 5 nachgeschalteten Nachklärbecken 6, das über eine Sclammrücklaufleitung 7 mit
Pumpe 8 mit der ersten Behandlungszone 1 verbunden ist,dargestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch nicht nur mit vier Behandlungszonen, sondern je nach Bedarf mit
mindestens zwei oder beliebig vielen Behandlungszonen durchgeführt werden. Dabei sind die ersten drei Behandlungszonen
1, 2, 3 gegenüber der Atmosphäre abgedeckt. Der Sauerstoffeintrag
kann dabei beispielsweise so erfolgen, daß aus der sich unter den Abdeckungen der Behandlungszonen 1, 2, 3 ausbildenden Gasatmosphäre,die sich aus dem über den Gaszuleitungen
1b, 2b, 3b zugeführten sauerstoffreichen Gas und dem aus dem Flüssigkeitsgemisch aufsteigenden Gas zusammensetzt,
über eine nicht dargestellte Leitung Gas abgezogen und zu einem nahe dem Beckenboden angeordneten Gasverteiler la, 2a,
3a geleitet wird. Über den Gasverteilern 1a, 2a,3a sind dann
Mischvorrichtungen anzuordnen, die für eine gute Durchmischung von Abwasser-Belebtschlamm und Sauerstoff sorgen.
Die Behandlungszone 4 ist mit einer Lufteintragseinrichtung
4a versehen, so daß die Behandlungszonen 1, 2, 3 und 4 als
Begasungszonen dienen.
über einen Zulauf 9 gelangt Abwasser in die erste Begasungszone
1, wird dort mit Rücklaufschlamm aus Leitung 7 und einForm.
67» 7.78
getragenem Sauerstoff vermischt und in die nächste Begasungszone 2 geleitet, in der es in gleicher Weise behandelt wird
und schließlich in die Begasungszone 3 geführt, wo es ebenfalls
in der erwähnten Weise mit Sauerstoff und Belebt-
schlamm vermischt wird.
Während sich das Abwasser in den Begasungszonen 1, 2 und 3
befindet, bauen die im Belebtschlamm vorhandenen Mikroorganismen die organischen Kohlenstoffverbindungen im wesentli-
^O chen ab, so daß das aus der Begasungszone 3 abfließende Abwasser
nur schwach belastet ist. Dieses Abwasser wird in
die Begasungszone 4 geleitet.
die Begasungszone 4 geleitet.
Erfindungsgemäß ist diese Begasungszone 4 mit ein .^ makroporösen,
leichten Trägermaterial 10, beispielsweise Aktivkohle oder Polyurethanschaum, beschickt. Auf dem Trägermaterial
sind nitrifizierende Bakterien angesiedelt, die bewirken,
daß unter Luftzufuhr in der Begasungszone 4 der noch im Abwasser vorhandene Ammonium-Stickstoff zu Nitrit bzw. Nitrat oxidiert wird. Außerdem werden restliche organische Substanzen vollständig abgebaut.
sind nitrifizierende Bakterien angesiedelt, die bewirken,
daß unter Luftzufuhr in der Begasungszone 4 der noch im Abwasser vorhandene Ammonium-Stickstoff zu Nitrit bzw. Nitrat oxidiert wird. Außerdem werden restliche organische Substanzen vollständig abgebaut.
Als Trägermaterial 10 werden Teilchen mit einem Durchmesser von 2 bis 50, vorzugsweise 10 mm verwendet, die in einer am
Ablauf 5 aus der Begasungszone 4 angeordneten Trenneinrichtung 11, beispielsweise einem Sieb, ohne weiteres zurückgehalten
werden können. Dadurch ist sichergestellt, daß keine Nitrifikanten in das Nachklärbecken und somit zusammen mit
tem Überschußschlamm abgezogen werden oder eventuell in dem Vorfluter abtreiben.
tem Überschußschlamm abgezogen werden oder eventuell in dem Vorfluter abtreiben.
Das gereinigte Abwasser gelangt schließlich über den Ablauf in das Nachklärbecken 6, aus dem das gereinigte Wasser über
Leitung 12 abgeleitet wird. Der abgesetzte Schlamm wird
3§ über Leitung 7 aus dem Nachklärbecken 6 abgezogen und zum Teil
3§ über Leitung 7 aus dem Nachklärbecken 6 abgezogen und zum Teil
Form. 6729 7.78
■* tf * * *
mit Hilfe der Pumpe 8 in die erste Begasungszone 1 zurückgeführt/ während ein anderer Teil als Überschußschlamm über
Leitung 13 abgezogen wird. Der Überschußschlamm kann auch
zur Entlastung der Nachklärung vor der Nitrifikationszone
Über Leitung 14 abgezogen werden.
Für den Pallf daß eine Denitrifikation des Abwassers durchgeführt
werden soll, ist eine Leitung 15 vorgesehen, über die ein Teil des aus der Begasungszone 4 ablaufenden Abwassers
noch vor dem Nachklärbecken 6 in die Begasungszone 1 zurückgeführt werden kann.
Da die Denitrifikation unter ancxischen Bedingungen durchgeführt
werden muß, wird durch entsprechende Vorrichtungen der Sauerstoffeintrag in die Begasungszone 1 unterbrochen
oder reduziert, so daß diese als Denitrifikationsstufe arbeitet.
Es werden also das zu denitrifizierende Abwasser aus Leitung 15, Belebtschlamm aus Leitung 7 "und Frischwasser
aus Zulauf 9 als Elektronendonator vermischt. Dabei bewirken die im frischen Abwasser enthaltenen Kohlenstoffverbindungen,
daß das im rückgeführten Abwasser vorhandene Nitrit bzw. Nitrat zu Stickstoff reduziert wird. Dieser
Stickstoff kann über eine Leitung 16 aus der Denitrifikationsstufe abgeblasen werden.
Das denitrifizierte Abwasser gelangt anschließend in die
Begasungszone 2, in der es mit Sauerstoff vermischt wird und weiter in die Begasungszone 3. In den letztgenannten
Begasungszonen findet dann wieder der BSB5-Abbau statt.
Form. 8789 7.7»
Claims (10)
1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser in
mindestens zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Behandlungszonen,
in denen das Abwasser in Gegenwart von belebtem Schlamm zumindest teilweise begast wird/ bei
dem das aus den Behandlungszonen abgezogene Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
in einer Nachklärung zu gereinigtem Wasser und Schlamm aufgeteilt und der Schlamm
wenigstens teilweise in die Behandlungszonen zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,daß in der oder
den der letzten Behandlungszone vorgeschalteten Be-
2S handlungszonen die im Abwasser vorhandenen organischen
Kohlenstoffverbindungen soweit abgebaut werden, daß
das der letzten Behandlungszone zugeführte Abwasser*-
Belebtschlamm-Gemisch nur noch schwach belastet ist,
und daß in der letzten Behandlungszone eine Nitrifikation durchgeführt wird, wozu in die Behandlungszone
ein makroporöses Trägermaterial für nitrifizierende Bakterien zugegeben wird.
/
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß
das Abwasser in der oder den der letzten Behandlungs-Form. S729 7.78
zone vorgeschalteten Behandlungszonen mit reinem Sauerstoff oder einem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden
Gas und in der letzten Behandlungszone mit Luft begast
wird.
5
5
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial für nitrifizierende Bakterien
Aktivkohle und/oder offenporiger Polyurethanschaum
der Dichte 20 - 200 kg/m3 verwendet wird. 10
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägermaterial für nitrifizierende Bakterien mit einem
Teilchendurchmesser von 2 bis 50 nun verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermaterial für nitrifizierende Bakterien aus dem aus der letzten Behandlungszone ablaufenden
Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch abgetrennt und
in der letzten Behandlungszone zurückgehalten wird. 20
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der letzten Behandlungszone ablaufenden Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch
nur zum einen Teil der Nachklärung zugeführt, und zum anderen Teil in die erste Behandlungszone,
gegebenenfalls zur Denitrifikation, zurückgeleitet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mindestens zwei, von Abwasser
nacheinander durchströmten Behandlungszonen und mit einer der letzten Behandlungszone über einen Ablauf nachgeschalteten
Nachkläreinrichtung mit einer Schlammrückleitung zu den Behandlungszonen, dadurch gekennzeichnet,
daß die letzte Behandlungszone als Nitrifikationsstufe
ausgebildet und mit einem makroporösen Trägermaterial
Form. 6729 7.7t
mn me * f« β ti ft
für nitrifizierende Bakterien beschickt ist.
8, Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der letzten Behandlungszone vorgeschalteten Behand-
.5 lungszonen Zufuhreinrichtungen sowie Eintragseinrichtungen
für reinen Sauerstoff und/oder ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas aufweisen und daß in der letzten
Behandlungszone eine Lufteintragseinrichtung angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Zurückhalten von Trägermaterial in der letzten Behandlüngszone dem Ablauf der letzten Behandlungszone eine Trenneinrichtung zugeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Behandlungszone zumindest teilweise als Denitri·
fikationszone ausgebildet und über eine Verbindungsleitung an den Ablauf angeschlossen ist.
Form. ST® 7.78
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