AT404932B

AT404932B - FIXED BED METHOD FOR WASTEWATER CLEANING

Info

Publication number: AT404932B
Application number: AT0205994A
Authority: AT
Original assignee: Envicon Klaertech Verwalt
Priority date: 1993-11-20
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 1999-03-25
Also published as: PL305905A1; CH687762A5; ITMI942323A0; ITMI942323A1; FR2712581A1; GB9423371D0; BE1008828A3; GB2283970A; IT1270702B; DE4339630C1; ATA205994A

Description

AT 404 932 BAT 404 932 B

Die Erfindung betrifft ein Festbettverfahren zur simultanen Reduzierung des biologischen und chemischen Sauerstoffbedarfs (BSB5/CSB), zur Nitrifikation und Denitrifikation von Abwasser.The invention relates to a fixed bed process for the simultaneous reduction of the biological and chemical oxygen demand (BOD5 / COD), for the nitrification and denitrification of waste water.

Die Inhaltsstoffe von häuslichem, kommunalem und industriellem Abwasser lassen sich unter anderem in folgende, zwei wesentliche Gruppen unterteilen: - eine organische Fracht, die im wesentlichen organische Kohlenstoffvertindungen umfaßt, - eine anorganische Fracht, die im wesentlichen Stickstoffverbindungen (Ammonium) enthält.The constituents of domestic, municipal and industrial wastewater can be divided into two main groups, among others: an organic load which essentially comprises organic carbon compounds, an inorganic load which essentially contains nitrogen compounds (ammonium).

Weitere Schadstoffe, die die Qualität eines Abwassers charakterisieren und abgebaut werden müssen, sind Phosphor beziehungsweise Phosphorverbindungen.Other pollutants that characterize the quality of wastewater and have to be broken down are phosphorus or phosphorus compounds.

Der biologische Abbau dieser Inhaltsstoffe setzt unterschiedliche Mikroorganismen voraus, die jeweils aber wieder nur unter völlig unterschiedlichen Milieubedingungen wirksam sind.The biodegradation of these ingredients requires different microorganisms, which, however, are only effective under completely different milieu conditions.

Die Reduzierung von organischem Kohlenstoff erfolgt vorzugsweise unter aeroben Bedingungen. Unter Luft-/Sauerstoffzufuhr bilden sich heterotrophe Mikroorganismen (Aerobier), die die organische Kohlenstoffquelle zu C02 und HzO veratmen. Entsprechend wird die BSB5- und CSB-Fracht verringert. Für die Oxidation von Ammonium (NH4-N) zu Nitrat (NO3-N), also die sogenannte Nitrifikation, sind ebenfalls aerobe Milieubedingungen erforderlich. Die Nitrifikanten verwenden dabei anstelle von organischen Stoffen Ammonium als H-Donator.Organic carbon is preferably reduced under aerobic conditions. With the addition of air / oxygen, heterotrophic microorganisms (aerobes) are formed, which breathe the organic carbon source to C02 and HzO. The BOD5 and COD freight will be reduced accordingly. Aerobic environmental conditions are also required for the oxidation of ammonium (NH4-N) to nitrate (NO3-N), i.e. the so-called nitrification. The nitrificants use ammonium as an H donor instead of organic substances.

An der Oxidation von Ammonium zu Nitrat sind stets zwei Bakteriengruppen beteiligt, und zwar die sogenannten Nitrosomonas (I) und die sogenannten Nitrobacter (II), die zu folgendem Reaktionsablauf führen: I NH4- + 1,5 02 - N02~ + HjO + 2 H+ II N02- + 0,5 02 - N03' I + II NH4+ + 2 O2 - NO3- + H20 + 2 H+Two bacterial groups are always involved in the oxidation of ammonium to nitrate, namely the so-called Nitrosomonas (I) and the so-called Nitrobacter (II), which lead to the following reaction sequence: I NH4- + 1.5 02 - N02 ~ + HjO + 2 H + II N02- + 0.5 02 - N03 'I + II NH4 + + 2 O2 - NO3- + H20 + 2 H +

Darüber hinaus nutzen die Nitrifikanten C02 als anorganische Kohlenstoffquelle, weshalb man sie den autotrophen Bakterien zuordnet.In addition, the nitrificants use C02 as an inorganic carbon source, which is why they are assigned to the autotrophic bacteria.

Aus Vorstehendem folgt, daß die Nitrifikation vorzugsweise einer BSBs/CSB-Reduzierung beziehungsweise Elimination nachgeschaltet wird, um die anorganische Kohlenstoffquelle und damit die für die Nitrifikanten notwendigen Milieubedingungen bereitzustellen.It follows from the above that the nitrification is preferably followed by a BODs / COD reduction or elimination in order to provide the inorganic carbon source and thus the environmental conditions necessary for the nitrifying agents.

Die Denitrifikation, also die Reduzierung von Nitrat (NO3-N) zu elementarem Stickstoff (N2) ist ein reduzierender Vorgang, der anoxische Abwasserbedingungen voraussetzt. Im Abwasser darf sich also kein gelöster Sauerstoff befinden. Gleichzeitig müssen biologisch abbaubare organische Substrate als H-Donator vorhanden sein. Soweit diese zuvor bei der BSB5-CSB-Elimination beseitigt wurden, entstehen deshalb Probleme, weil dann keine oder keine ausreichenden organischen Kohlenstoffquellen mehr vorhanden sind.Denitrification, i.e. the reduction of nitrate (NO3-N) to elemental nitrogen (N2), is a reducing process that requires anoxic wastewater conditions. So there must be no dissolved oxygen in the wastewater. At the same time, biodegradable organic substrates must be available as H donors. Insofar as these were previously eliminated in the BOD5-COD elimination, problems arise because then there are no or insufficient organic carbon sources.

Die Bakterien für die vorstehend genannten Prozesse können sowohl in Form einer Suspensionsbiologie (Belebtschlammverfahren) als auch in Form einer Festbettbiologie eingesetzt werden. Bisher stehen Belebungsverfahren im Vordergrund. Dabei wird die Biomasse in Suspension gehalten. Das Verfahren erfordert ein Sedimentationsbecken, in dem die Biomasse abgesetzt wird, die anschließend bei hohen Rezirkulationsraten (mehrere hundert Prozent) wieder in den Belebtschlammreaktor zurückgeführt wird. Nur ein geringer Teil wird als sogenannter Überschußschlamm abgezogen.The bacteria for the processes mentioned above can be used both in the form of a suspension biology (activated sludge process) and in the form of a fixed bed biology. So far, the focus has been on recovery processes. The biomass is kept in suspension. The process requires a sedimentation basin in which the biomass is deposited, which is then returned to the activated sludge reactor at high recirculation rates (several hundred percent). Only a small part is removed as so-called excess sludge.

Derartige Belebtschlammverfahren erfordern einen erheblichen Meß- und Regelaufwand für die Schlammrückführung.Such activated sludge processes require considerable measurement and control effort for the sludge return.

Belebtschlammverfahren beschreiben unter anderem die US 4,663,044 A und AT 395 970 B. Demgegenüber bieten Festbettverfahren (Tauch- und Tropfkörperverfahren) wesentliche Vorteile. Bei Festbettverfahren werden Aufwuchsflächen für die Mikroorganismen zur Verfügung gestellt. Ein Sedimentationsbecken ist grundsätzlich nicht zwingend erforderlich, da die Mikroorganismen nicht ausgeschwämmt werden können.Activated sludge processes are described, among others, by US 4,663,044 A and AT 395 970 B. In contrast, fixed bed processes (immersion and trickling filter processes) offer significant advantages. Fixed bed methods provide growth areas for the microorganisms. A sedimentation basin is not absolutely necessary as the microorganisms cannot be washed out.

Untersuchungen zur Nitrifikation und Denitrifikation in ein-und zweistufigen Belebungsanlagen beschreibt Decker in "Korrespondenz Abwasser", 39. Jahrgang, Heft 2/92, 197.Decker describes studies on nitrification and denitrification in one- and two-stage aeration systems in " Correspondence Wastewater ", 39th year, issue 2/92, 197.

Um die für die Denitrifikation notwendige organische Kohlenstoffquelle bereitzustellen, wäre es bei mehrstufigen Reaktoren grundsätzlich möglich, einen Teilstrom aus dem der BSBs/CSB-Reduzierung dienenden ersten Reaktor in das Denitrifikationsbecken zu führen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß zuviel organische Fracht in das Denitrifikationsbecken geführt wird und damit kein sauberes Ablaufwasser mehr erreichbar ist. Diese Verfahrenstechnik erfordert darüber hinaus für jeden Teilreaktor eine Schlammrückführung.In order to provide the organic carbon source necessary for the denitrification, it would in principle be possible in multi-stage reactors to lead a partial stream from the first reactor serving to reduce the BODs / COD into the denitrification tank. However, there is a risk that too much organic cargo will be led into the denitrification basin and thus no clean drain water can be reached. This process technology also requires sludge recirculation for each partial reactor.

Auch die Vorschaltung der Denitrifikationsstufe (vor die Stufe zur BSB5-CSB-Reduzierung) schafft hier meß- und regeltechnisch keine Erleichterung. 2The upstream of the denitrification level (before the level for BOD5-COD reduction) does not make any relief in terms of measurement and control technology. 2nd

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Soweit die biologische Abwasserreinigung in einem einzigen Reaktor erfolgt, wäre es denkbar, die BSB5-CSB-Reduzierung und Nitrifikation unter Sauerstoffzufuhr und anschließend - nach Abschalten der Luftzufuhr - die Denitrifikation ablaufen zu lassen. Auch dies erfordert aber wieder einen erheblichen Meß-und Regelaufwand, um sicherzustellen, daß in der Denitrifikationsstufe genügend biologisch abbaubare organische Substrate als H-Donator vorhanden sind.If the biological wastewater treatment takes place in a single reactor, it would be conceivable to reduce the BOD5-COD and nitrify with oxygen and then - after switching off the air supply - to carry out the denitrification. Again, however, this requires a considerable amount of measurement and control to ensure that sufficient biodegradable organic substrates are present as H donors in the denitrification stage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit einer möglichst einfachen Verfahrenstechnik eine biologische Abwasserreinigung zur simultanen Reduzierung des biologischen und chemischen Sauerstoffbedarfs, zur Nitrifikation und Denitrifikation durchzuführen, wobei vorzugsweise gleichzeitig eine Elimination von Phosphor und Phosphorverbindungen angestrebt wird.The invention is based on the object of demonstrating a possibility of carrying out biological wastewater purification with the simplest possible process technology for the simultaneous reduction of the biological and chemical oxygen demand, for nitrification and denitrification, preferably at the same time aiming to eliminate phosphorus and phosphorus compounds.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel im Rahmen eines Festbettverfahrens auf verblüffend einfache Weise durch intermittierendes Belüften mindestens eines Festbettreaktors erfolgen kann, soweit die nachstehenden Kriterien eingehalten werden: - während eines ersten Zeitintervalls zur BSB5- und CSB-Reduzierung wird der oder werden die Festbettreaktoren bis zur Nitrifikation im Reaktor belüftet, - während eines anschließenden zweiten Zeitintervalls wird der Festbettreaktor beziehungsweise werden die Festbettreaktoren mit neuem Abwasser beschickt, - während der Beschickung des/der Reaktoren mit neuem Abwasser wird die Belüftung zumindest zeitweise abgeschaltet.The invention is based on the surprising finding that, within the framework of a fixed bed process, this aim can be achieved in an astonishingly simple manner by intermittent ventilation of at least one fixed bed reactor, provided the following criteria are met: - during a first time interval for BOD5 and COD reduction, the or the fixed bed reactors are aerated until nitrification in the reactor, - during a subsequent second time interval, the fixed bed reactor or the fixed bed reactors are fed with new waste water, - during the loading of the reactor (s) with new waste water, the ventilation is switched off at least temporarily.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in besonders vorteilhafter Weise nach einer Ausführungsform realisieren, wenn das Abwasser in einem, aus mehreren, im strömungstechnischen Sinne hintereinander geschalteten Teilreaktoren (Kammern) bestehenden Reaktor behandelt wird.The process according to the invention can be implemented in a particularly advantageous manner according to one embodiment if the wastewater is treated in a reactor consisting of a plurality of sub-reactors (chambers) connected in series in the fluidic sense.

Dabei dient zum Beispiel ein erster Teilreaktor dem Abbau der organischen Fracht, ein zweiter Teilreaktor zur weiteren Reduzierung des biologischen und chemischen Sauerstoffbedarfs sowie parallel dazu der Nitrifikation, ein dritter Teilreaktor der Nitrifikation, ein vierter Teilreaktor der weiteren Nitrifikation und parallelen Denitrifikation sowie ein fünfter und gegebenenfalls sechster Reaktor der Denitrifikation. Dabei wird das verunreinigte Abwasser dem ersten Teilreaktor zugeführt und aus dem letzten Teilreaktor das gereinigte Abwasser entnommen.For example, a first sub-reactor serves to break down the organic cargo, a second sub-reactor to further reduce the biological and chemical oxygen demand and, in parallel, nitrification, a third sub-reactor for nitrification, a fourth sub-reactor for further nitrification and parallel denitrification, and a fifth and, if necessary sixth denitrification reactor. The contaminated waste water is fed to the first partial reactor and the cleaned waste water is removed from the last partial reactor.

Die Verfahrensführung erfolgt dann derart, daß die jeweils mit Festbetten ausgerüsteten Teilreaktoren zunächst während einer ersten Behandlungsphase (erstes Zeitintervall) belüftet werden. Dabei erfolgt die Reduzierung/Elimination der organischen Fracht sowie die Nitrifikation in den entsprechenden Teilreaktoren. Eine Denitrifikation ist unter den gegebenen (oxidierenden) Milieubedingungen zunächst nicht möglich. Während eines anschließenden zweiten Teilintervalls wird nun der Reaktor (erster Teilreaktor) mit neuem Abwasser beschickt, wobei sich der Abwasserstrom von Teilreaktor zu Teilreaktor in Richtung auf das austragsseitige Ende weiterbewegt, also auch in die für die Denitrifikation vorgesehenen Denitrifikationsstufen. Während dieser Beschickungsphase mit neuem (verunreinigtem) Abwasser wird die Belüftung zumindest zeitweise abgeschaltet.The process is then carried out in such a way that the partial reactors equipped with fixed beds are first aerated during a first treatment phase (first time interval). The reduction / elimination of the organic load and the nitrification takes place in the corresponding sub-reactors. Denitrification is initially not possible under the given (oxidizing) milieu conditions. During a subsequent second sub-interval, the reactor (first sub-reactor) is now fed with new wastewater, the wastewater flow moving from sub-reactor to sub-reactor in the direction of the discharge end, that is to say also into the denitrification stages provided for the denitrification. During this loading phase with new (contaminated) waste water, the ventilation is switched off at least temporarily.

Dabei kann die Abschaltung gleichzeitig für alle Reaktoren erfolgen, zumindest aber in den der Denitrifikation dienenden Teilkammern. Durch die parallele Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser wird gleichzeitig sichergestellt, daß in die Denitrifikationsstufen eine gewisse Menge an organischer Fracht gebracht wird, also an biologisch abbaubaren organischen Substraten, die als H-Donatoren vorhanden sind und die Reduktion oxidierter Stickstoffverbindungen (Nitrat, Nitrit) zu elementarem Stickstoff (N2) erlaubt. Nach einer Ausführungsform wird während der Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser die Belüftung zumindest in den, der Denitrifikation dienenden Teilreaktoren am Ende des Strömungsweges zumindest teilweise abgeschaltet. Alternativ kann während der Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser die Belüftung in allen Teilreaktoren zumindest Zeitweise abgeschaltet werden.The shutdown can be carried out simultaneously for all reactors, but at least in the sub-chambers used for denitrification. The parallel loading of the reactor with new wastewater simultaneously ensures that a certain amount of organic cargo is brought into the denitrification stages, i.e. of biodegradable organic substrates which are present as H donors and the reduction of oxidized nitrogen compounds (nitrate, nitrite) to elemental nitrogen (N2) allowed. According to one embodiment, the ventilation is at least partially switched off at least in the partial reactors serving for denitrification at the end of the flow path during the loading of the reactor with new waste water. Alternatively, the ventilation in all partial reactors can be switched off at least temporarily during the loading of the reactor with new wastewater.

Danach beginnt der Prozeß wieder von vorne, also mit einer Belüftungsphase, bei der die Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser unterbrochen ist. Überraschend wurde festgestellt, daß die auf diese Weise in die Denitrifikationsstufen geführte organische Fracht ausreicht, auch bei einem Festbettverfahren (ohne Schlammrückführung) die für die Mikroorganismen in der Denitrifikationsstufe notwendigen Milieubedingungen zu schaffen. Der Effekt kann optisch durch das Aufsteigen von C02 und N2 in Gasform beobachtet werden.The process then begins again, that is, with an aeration phase in which the reactor is stopped with new wastewater. Surprisingly, it was found that the organic cargo fed into the denitrification stages in this way is sufficient to create the environmental conditions necessary for the microorganisms in the denitrification stage even in a fixed bed process (without sludge return). The effect can be observed optically by the rise of C02 and N2 in gas form.

Die Denitrifikanten unterscheiden sich im aeroben Milieu nicht von anderen heterotrophen Bakterien. Die Fähigkeit zur Nitrat-Atmung ist jedoch bei vielen Bakterienarten vorhanden, die im vorliegenden Fall genutzt werden, eine Denitrifikation in einem einheitlichen "simultanen Verfahren" durchzuführen. Die entsprechenden heterotrophen Mikroorganismen bilden sich in der vorgeschalteten Nitrifikationsstufe aus und werden bei der Beschickung des Reaktors (der Reaktorkammern) in die Denitrifikationszellen geführt.In the aerobic environment, the denitrifiers do not differ from other heterotrophic bacteria. However, the ability to breathe nitrate is present in many types of bacteria that are used in the present case, denitrification in a uniform " simultaneous process " perform. The corresponding heterotrophic microorganisms form in the upstream nitrification stage and are fed into the denitrification cells when the reactor (the reactor chambers) is charged.

Dabei kann die Belüftung während des gesamten zweiten Teilintervalls (Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser) abgeschaltet werden. In der Regel wird es aber ausreichen, wenn die Belüftung nur 3The ventilation can be switched off during the entire second partial interval (feeding the reactor with new wastewater). As a rule, however, it will be sufficient if the ventilation is only 3

AT 404 932 B zeitweise während der Beschickung unterbrochen wird.AT 404 932 B is temporarily interrupted during loading.

Die Beschickung des mehrstufigen Reaktors mit neuem Abwasser während des zweiten Zeitintervalls kann erfindungsgemäfl in drei alternativen Verfahren erfolgen:According to the invention, the multi-stage reactor can be charged with new waste water during the second time interval in three alternative processes:

Nach einer ersten Alternative erfolgt die Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser während des zweiten Teilintervalls in Teilströmen in die der BSBs/CSB-Reduzierung und Denitrifikation dienenden Teilreaktoren am Anfang und am Ende des Strömungsweges.According to a first alternative, the reactor is charged with new wastewater during the second partial interval in partial flows into the partial reactors used for BOD / COD reduction and denitrification at the beginning and at the end of the flow path.

Nach einer zweiten Ausführungsform erfolgt die Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser während des zweiten Teilintervalls in Teilströmen in alle Teilreaktoren.According to a second embodiment, the reactor is charged with new waste water during the second partial interval in partial flows into all partial reactors.

Nach einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Beschickung des Reaktors mit neuem Abwasser während des zweiten Zeitintervalls über den in Strömungsrichtung des Abwassers ersten Teilreaktor und von dort über die nachgeschalteten Teilreaktoren.According to a further embodiment, the reactor is charged with new waste water during the second time interval via the first partial reactor in the flow direction of the waste water and from there via the downstream partial reactors.

Eine weitere Verfahrensvariante besteht darin, das Abwasser in einem, aus mindestens fünf, vorzugsweise sechs Teilreaktoren bestehenden Reaktor zu behandeln, wobei, in Strömungsrichtung des Abwassers betrachtet, in den ersten oder den ersten beiden Teilreaktoren die BSBs/CSB-Reduzierung, im zweiten und dritten oder zweiten bis vierten Teilreaktor die Nitrifikation und im vierten und fünften oder vierten bis sechsten Teilreaktor die Denitrifikation erfolgt und das gereinigte Abwasser über den letzten Teilreaktor abgezogen wird.A further process variant consists in treating the wastewater in a reactor consisting of at least five, preferably six, sub-reactors, the BOD / COD reduction in the first or the first two sub-reactors, viewed in the flow direction of the wastewater, in the second and third or second to fourth sub-reactor the nitrification and in the fourth and fifth or fourth to sixth sub-reactor denitrification takes place and the cleaned waste water is withdrawn via the last sub-reactor.

Grundsätzlich genügt es aber, wie oben ausgeführt, den Reaktor nur über die erste Teilkammer mit neuem Abwasser zu beschicken und gleichzeitig die Strömungswege zwischen den einzelnen Teilreaktoren zu öffnen, so daß das Abwasser bis zu den der Denitrifikation dienenden Teilreaktoren strömt. Auf diese Weise wird die notwendige Menge an organischer Fracht in die Denitrifikations-Reaktoren geführt. Die Denitrifikation läuft dann unter anoxischen Bedingungen (bei abgeschalteter Belüftung) ab. Soweit erforderlich, kann an das aus dem letzten Teilreaktor abgezogene Abwasser (in Strömungsrichtung des Abwassers betrachtet) eine Nachklärung angeschlossen werden.Basically, however, as stated above, it is sufficient to feed the reactor with new wastewater only via the first sub-chamber and at the same time to open the flow paths between the individual sub-reactors so that the wastewater flows to the sub-reactors used for denitrification. In this way, the necessary amount of organic cargo is fed into the denitrification reactors. The denitrification then takes place under anoxic conditions (with ventilation switched off). If necessary, a secondary clarification can be connected to the wastewater drawn off from the last partial reactor (viewed in the flow direction of the wastewater).

Durch die Verwendung von Festbettreaktoren kann - wie ausgeführt - auf jede Art von Schlammrückführung verzichtet werden. Auf diese Weise wird der meß- und regeltechnische Aufwand deutlich verringert. Die wechselnden anaeroben (anoxischen) und aeroben Zustände in den Teilreaktoren ermöglichen gleichzeitig eine biologische P-Elimination.The use of fixed bed reactors can - as stated - dispense with any type of sludge return. In this way, the measurement and control expenditure is significantly reduced. The changing anaerobic (anoxic) and aerobic conditions in the partial reactors enable biological P elimination at the same time.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Dabei zeigt Figur 1 - in schematisierter Darstellung - einen aus insgesamt sechs Teilreaktoren bestehenden Festbettreaktor.1 shows - in a schematic representation - a fixed bed reactor consisting of a total of six partial reactors.

In Figur 2 sind die Werte der organischen Fracht, an Ammonium, Nitrat, Gesamt-Stickstoff-Bilanz und elementarem Stickstoff für die einzelnen Teilreaktoren unter ständiger Belüftung als durchgezogene Linien dargestellt.2 shows the values of the organic load, of ammonium, nitrate, total nitrogen balance and elemental nitrogen for the individual sub-reactors with constant aeration as solid lines.

Figur 2 zeigt ebenfalls diagrammartig den prinzipiellen Verlauf der Werte für die vorgenannten Inhaltsstoffe unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und zwar in gestrichelten Linien.FIG. 2 also shows diagrammatically the basic course of the values for the abovementioned ingredients using the method according to the invention, in dashed lines.

In Figur 1 ist eine in sechs Teilreaktoren untergliederte Kläranlage dargestellt, wobei die einzelnen Teilreaktoren F1 bis F6 in strömungstechnischer Hinsicht hintereinander angeordnet sind. Während das (ungereinigte) Abwasser in den ersten Teilreaktor F1 bei A einströmt, wird das gereinigte Abwasser am Ende des letzten Teilreaktors F6 bei B entnommen, wobei sich hier gegebenenfalls noch eine (übliche) Nachklärstufe anschließen kann.FIG. 1 shows a wastewater treatment plant subdivided into six sub-reactors, the individual sub-reactors F1 to F6 being arranged one behind the other in terms of flow technology. While the (unpurified) wastewater flows into the first partial reactor F1 at A, the cleaned wastewater is removed at the end of the last partial reactor F6 at B, where a (customary) secondary clarification stage can optionally follow.

Bei der in Figur 1 - schematisch - dargestellten Kläranlage kann' es sich zum Beispiel um eine kompakte Kläranlage gemäß der DE 39 29 510 C2 handeln. Es ist deshalb nicht notwendig, daß die einzelnen Teilreaktoren F1 bis F6 vollständig voneinander getrennt sind; vielmehr genügt es, die einzelnen Teilreaktoren (Kammern) durch Wände voneinander zu trennen, wobei in diesen Wänden Strömungsöffnungen für das Abwasser angeordnet sind oder das Abwasser über die Oberkanten der Trennwände in die jeweils nächste Kammer strömt.The wastewater treatment plant shown schematically in FIG. 1 can be, for example, a compact wastewater treatment plant according to DE 39 29 510 C2. It is therefore not necessary for the individual partial reactors F1 to F6 to be completely separate from one another; rather, it is sufficient to separate the individual sub-reactors (chambers) from one another by walls, flow openings for the waste water being arranged in these walls or the waste water flowing over the upper edges of the partition walls into the respective next chamber.

Alle Teilreaktoren F1 bis F6 sind jeweils mit Festbetten und einer Belüftungseinrichtung ausgebildet. Auch insoweit gibt die DE 39 29 510 C2 geeignete Ausführungsformen an, so daß die an sich bekannten Festbettreaktoren hier nicht weiter dargestellt werden.All partial reactors F1 to F6 are each designed with fixed beds and an aeration device. In this respect, too, DE 39 29 510 C2 specifies suitable embodiments, so that the fixed bed reactors known per se are not shown further here.

Die Kläranlage ist so gestaltet, daß die einzelnen Teilreaktoren F1 bis F6 folgende Funktionen übernehmen können:The wastewater treatment plant is designed so that the individual sub-reactors F1 to F6 can perform the following functions:

Fl: Reduzierung/Beseitigung der organischen Fracht (BSB5-CSB) F2: weitere Beseitigung der organischen Fracht und/oder Nitrifikationskammer F3: Nitrifikationskammer F4: Nitrifikations- und/oder Denitrifikationskammer F5: Denitrifikationskammer F6: Denitrifikationskammer 4Fl: Reduction / elimination of the organic load (BOD5-COD) F2: Further elimination of the organic load and / or nitrification chamber F3: Nitrification chamber F4: Nitrification and / or denitrification chamber F5: Denitrification chamber F6: Denitrification chamber 4

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Um den einzelnen Teilreaktoren F1 bis F6 die vorstehend genannten Funktionen zukommen zu lassen, ist die Einstellung entsprechender Milieubedingungen des Abwassers, wie oben dargestellt, in den einzelnen Teilreaktoren notwendig.In order to provide the above-mentioned functions to the individual sub-reactors F1 to F6, it is necessary to set the appropriate environmental conditions for the waste water, as shown above, in the individual sub-reactors.

Zum besseren Verständnis des Wirkungsmechanismus unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend zunächst eine Fallkonstellation näher beschrieben, bei der die einzelnen Reaktoren F1 bis F6 ständig belüftet sind (wie bei einem reinen Nitrifikationsreaktor).For a better understanding of the mechanism of action using the method according to the invention, a case constellation is first described below in which the individual reactors F1 to F6 are constantly ventilated (as in the case of a pure nitrification reactor).

In Figur 2 sind dazu diagrammartig die Werte des organischen Kohlenstoffs, des Ammoniums, des Nitrates und des elementaren Stickstoffes über die einzelnen Teilreaktoren in durchgezogenen Linien dargestellt.For this purpose, the values of the organic carbon, the ammonium, the nitrate and the elemental nitrogen over the individual sub-reactors are shown in solid lines in FIG.

Zu erkennen ist, daß die Werte der organischen Fracht (organischer Kohlenstoff) von einem Maximum im Bereich des Teilreaktors 1 über den Teilreaktor 2 auf einen Wert von angenähert 0 fallen.It can be seen that the values of the organic load (organic carbon) fall from a maximum in the region of the sub-reactor 1 via the sub-reactor 2 to a value of approximately 0.

In etwa parallel dazu (geringfügig nach rechts, also auf die Teilreaktoren 2, 3 und gegebenenfalls 4 verschoben) verlaufen die Werte der Ammoniumkonzentrationen im Abwasser.The values of the ammonium concentrations in the wastewater run roughly parallel to this (slightly to the right, i.e. shifted to sub-reactors 2, 3 and possibly 4).

Entsprechend der Nitrifikation in den Teilreaktoren 2, 3 und 4 steigen die Nitratwerte des Abwassers zwischen dem ersten Teilreaktor F1 und dem vierten Teilreaktor F4 von 0 aut einen Maximalwert.Corresponding to the nitrification in the sub-reactors 2, 3 and 4, the nitrate values of the waste water between the first sub-reactor F1 and the fourth sub-reactor F4 increase from 0 to a maximum value.

Da in durchgehend belüftetem Zustand der Teilreaktoren F1 bis F6 keine anoxischen Verhältnisse vorhanden sind und nach weitestgehend vollständiger BSBs-CSB-Reduzierung und Nitrifikation keine biologisch abbaubaren organischen Substrate als H-Donator vorhanden sind, ist eine Denitrifikation nicht möglich, weshalb die heterotrophen Mikroorganismen keine für die Nitratatmung notwendigen Milieubedingungen vorfinden und entsprechend keine Umsetzung zu elementarem Stickstoff erfolgen kann, weshalb die in Figur 2 angezeigten Werte für den elementaren Stickstoff durchgehend null betragen und die für den Gesamt-Stickstoffgehalt (Ng) des Abwassers durchgehend maximal sind (da kein N2 entweicht).Since there are no anoxic conditions in the continuously ventilated state of the partial reactors F1 to F6 and after largely complete BODs-COD reduction and nitrification there are no biodegradable organic substrates as H donors, denitrification is not possible, which is why the heterotrophic microorganisms are not suitable for The nitrate breathing conditions are necessary and accordingly no conversion to elemental nitrogen can take place, which is why the values for elemental nitrogen shown in Figure 2 are consistently zero and those for the total nitrogen content (Ng) of the wastewater are consistently maximum (since no N2 escapes) .

Die in Figur 2 in durchgezogenen Linien dargestellten Werte verändern sich auch dann nicht grundsätzlich, wenn die Kläranlage intermittierend mit neuem Abwasser beschickt wird. Allenfalls wird die Reduzierung im Abbau der organischen Fracht und des Ammoniums sowie die Zunahme des Nitratgehaltes in Strömungsrichtung auf die weiter hinten liegenden Teilreaktoren verschoben.The values shown in solid lines in FIG. 2 do not fundamentally change even if the sewage treatment plant is intermittently fed with new wastewater. At most, the reduction in the breakdown of organic cargo and ammonium as well as the increase in the nitrate content in the direction of flow is shifted to the sub-reactors located further back.

Einen völlig anderen Verlauf zeigen die Kurven dagegen bei erfindungsgemäßer Fahrweise der Kläranlage.In contrast, the curves show a completely different course when the sewage treatment plant is operated according to the invention.

Wird nun nach einem ersten Zeitintervall, bei dem die einzelnen Teilreaktoren F1 bis F6 belüftet wurden, der Reaktor bei A mit neuem Abwasser beschickt und während dieser Beschickung die Belüftung (hier angenommen: vollständig) abgeschaltet, so verschiebt sich die Kurve für den Abbau der organischen Fracht nach rechts (in Richtung auf die Teilreaktoren F3 bis F6), wobei gleichzeitig eine gewisse Teilmenge an organischer Fracht in den Teilreaktor F4 und gegebenenfalls in die Teilreaktoren F5 und F6 geführt wird. Da zu diesem Zeitpunkt die Belüftung abgeschaltet ist, werden simultan anoxische Milieubedingungen in den Reaktoren F4 bis F6 geschaffen, wodurch die Teilreaktoren F4 bis F6 zu Denitrifikationskammern werden.If, after a first time interval in which the individual partial reactors F1 to F6 have been aerated, the reactor at A is fed with new waste water and the ventilation (assumed here: complete) is switched off during this charging, the curve for the degradation of the organic shifts Freight to the right (in the direction of the sub-reactors F3 to F6), a certain subset of organic cargo being fed into the sub-reactor F4 and possibly into the sub-reactors F5 and F6 at the same time. Since the aeration is switched off at this time, anoxic environmental conditions are simultaneously created in the reactors F4 to F6, as a result of which the sub-reactors F4 to F6 become denitrification chambers.

Auf diese Weise läßt sich in einem verfahrenstechnisch einfach zu beherrschenden Festbettverfahren eine simultane BSBs/CSB-Elimination, Nitrifikation und anschließende Denitrifikation erreichen.In this way, simultaneous BODs / COD elimination, nitrification and subsequent denitrification can be achieved in a fixed-bed process that is easy to master in terms of process technology.

Der unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beobachtende Verlauf der Werte für die organische Fracht, für Ammonium und Nitrat ist in Figur 2 gestrichelt dargestellt.The course of the values for the organic load, for ammonium and nitrate, which can be observed using the method according to the invention, is shown in dashed lines in FIG.

Die Werte für den elementaren Stickstoff belegen, daß mit Beginn des Teilreaktors 4 die Denitrifikation wirksam wird, indem durch die Nitrat-Atmung der Denitrifikanten elementarer Stickstoff nach folgender Reaktion gebildet wird, der optisch durch Aufsteigen von C02 und N2 in Gasform beobachtet werden kann: 5CH3OH + 6 N03' - 5 C02 + 7 H20 + 3 N2 + 6 OH-The values for the elementary nitrogen show that the denitrification becomes effective at the beginning of the sub-reactor 4 by the elemental nitrogen being formed by the nitrate respiration of the denitrifiers after the following reaction, which can be observed optically by the rise of CO 2 and N 2 in gas form: 5CH3OH + 6 N03 '- 5 C02 + 7 H20 + 3 N2 + 6 OH-

Entsprechend sinkt der Gesamt-Stickstoffgehalt des Abwassers.The total nitrogen content of the wastewater drops accordingly.

Je nach Belastung des Abwassers sowie der Auslegung der Kläranlage und ihrer Teilreaktoren kann es genügen, die Belüftung nur während eines Teils des zweiten Teilintervalls (Beschickung der Anlage mit neuem Abwasser) abzuschalten.Depending on the load on the wastewater and the design of the sewage treatment plant and its partial reactors, it may be sufficient to switch off the ventilation only during part of the second subinterval (feeding the plant with new wastewater).

Nach Unterbrechung der Beschickung mit neuem Abwasser wird die Anlage wieder unter Sauerstoffzufuhr (über die Belüfter) gefahren, um die für die Reduzierung der organischen Fracht und Nitrifikation notwendigen oxidierenden Milieubedingungen zu schaffen. Alsdann schließt sich wieder die zumindest teilweise unbelüftete weitere Verfahrensstufe an.After the supply of new wastewater has been interrupted, the system is operated again with oxygen (via the aerators) in order to create the oxidizing environmental conditions necessary for the reduction of organic loads and nitrification. Then the at least partially unvented further process step follows again.

Insoweit kann das Verfahren "quasi kontinuierlich" durchgeführt werden. Durch die wechselnden anoxischen und aeroben Rahmenbedingungen in den einzelnen Teilreaktoren wird gleichzeitig eine biologische P-Elimination ermöglicht. 5In this respect, the method can be " quasi-continuously " be performed. The changing anoxic and aerobic conditions in the individual sub-reactors enable biological P elimination at the same time. 5

Claims

AT 404 932 B It is within the scope of the invention - although this has procedural disadvantages - to design the first partial reactor F2 in the manner of a activated sludge tank, that is to say without a fixed bed, but with a sludge return. In principle, it is also possible to carry out the process according to the invention in a single reactor, but in accordance with the idea on which the invention is based, it must in any case be ensured that after a first time interval in which the reactor equipped with fixed beds is aerated, during a second Partial interval the reactor is charged with waste water and at the same time the ventilation is switched off at least temporarily during the charging. The reaction mechanism is analogous to that described above; However, by designing the reactor in individual subchambers, the mechanism of action of the method according to the invention is optimized in a particularly advantageous manner. 1. Fixed bed process for the simultaneous reduction of the biological and chemical oxygen demand (BOD5-COD), for nitrification and denitrification of wastewater by intermittent aeration of at least one fixed bed reactor such that the wastewater 1.1 during a first time interval for BOD5 and COD reduction until nitrification aerated in the reactor, 1.2 during a subsequent second time interval, the reactor is fed with new waste water, and 1.3 during the loading of the reactor with new waste water, the aeration is at least temporarily switched off.

2. The method according to claim 1, in which the wastewater is treated in a reactor consisting of a plurality of partial reactors (chambers) connected in series in the fluidic sense.

3. The method according to claim 2, wherein during the loading of the reactor with new wastewater, the aeration is at least partially switched off at least in the partial reactors serving the denitrification at the end of the flow path.

4. The method according to claim 2 or 3, in which the ventilation in all sub-reactors is switched off at least temporarily during the loading of the reactor with new waste water.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which the ventilation is switched off during the entire second time interval (charging the reactor with new waste water).

6. The method according to any one of claims 2 to 5, wherein the reactor is fed with new wastewater during the second time interval in partial flows into the partial reactors serving to reduce BODs / COD and denitrification at the beginning and at the end of the flow path.

7. The method according to any one of claims 2 to 5, in which the reactor is charged with new waste water during the second time interval in partial flows into all partial reactors.

8. The method according to any one of claims 2 to 5, wherein the reactor is charged with new waste water during the second time interval via the first partial reactor in the flow direction of the waste water and from there via the downstream partial reactors.

9. The method according to any one of claims 2 to 8, wherein the wastewater is treated in a reactor consisting of at least five, preferably six sub-reactors, wherein, viewed in the flow direction of the wastewater, the BODs / COD in the first or the first two sub-reactors -Reduction, in the second and third or second to fourth partial reactor the nitrification and in the fourth and fifth or fourth to sixth partial reactor denitrification takes place and the cleaned waste water is withdrawn via the last partial reactor.

10. The method according to any one of claims 2 to 9, wherein the, viewed in the flow direction of the waste water, withdrawn from the last sub-reactor is subjected to a clarification. 6 AT 404 932 B With 1 sheet of drawings 7