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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Anlage zur Realisierung des erfindungsgemassen Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich dabei auf Anlagen zur biologischen Abwasserreinigung, die Im wesentlichen aus folgenden Verfahrensschntten bzw Komponenten, fur die wiederum viele mogli- che Ausfuhrungsformen existieren, bestehen
Grobreinigung des Abwassers mit Rechen, Sieb und Sandfang Vork ! arbecken zur Sedimentation leicht absetzbarer Stoffe (optional)
Anlage zur biologischen Phosphatelimination (optional) Belebungsverfahren in Form von Durchlaufanlagen (mit getrennter Belebungsstufe und Nachklarbecken), Abwasserteiche oder Aufstauanlagen (Sequencing Batch Reactor",
SBR)
Diverse periphere Anlagen etwa zur Schlammbehandlung, Trocknung oder Biogasverwer- tung
Die Abwasserreinigung vollzieht sich dabei hauptsachlich Im Rahmen des Belebungsverfahrens Hier wird fur eine ausreichende Beluftung des Abwassers gesorgt, wodurch sich schleimige, makroskopisch erkennbare Flocken entwickeln Wenn die Belüftung eingestellt wird und das Wasser somit zur Ruhe kommt, setzen sich diese Flocken als Bodenschlamm ab Es zeigt sich, dass diese Flocken mit Bakterien und Protozoen besiedelt sind ("Belebtschlamm"), die organische Stoffe In mineralische Abbauprodukte umwandeln, dabei aber auch Biomasse aufbauen Durch spezielle Bakter ! enarten ("Nitnfikanten") erfolgt weiters die Umwandlung von Ammonium zu Nitrit (z B durch Nltrosomonas spec)
und weiter zu Nitrat (z B durch Nitrobacter spec) Diese Stoffumwandlungs- prozesse werden als Nitrifikation bezeichnet und bedurfen der Anwesenheit von Sauerstoff Stickstoff In Form von Ammonium wird im weiteren als NH4-N bezeichnet Die Umwandlung von Nitrat und Nltnt in atmosphärischen Stickstoff ("Denitrifikation") wird von anderen Mikroorganismen bewerkstelligt (den Denitnfikanten"), die fur diesen Metabolismus ein sauerstoffarmes Milieu bevorzugen Stickstoff in Form von Nitrit oder Nitrat wird im folgenden als NO,-N bezeichnet Im Belebungsbecken wird fur die gleichzeitige Anwesenheit beider Populationen und der damit assoziierten Blozonosen gesorgt, etwa indem ein Teil des Beckens beluftet und ein anderer Teil lediglich vorsichtig geruhrt wird
Kohlenstoffabbau,
insbesondere die Reduktion von BSBs (Biologischer Sauerstoffbedarf) und CSBs (Chemischer Sauerstoffbedarf), Nitrifikation, Denitrifikation sowie, bei fehlender separater Anlage zur Phosphatelimination, die biologische Phosphat-Elimination vollziehen sich hauptsachlich wahrend des Belebungsverfahrens Im Nachklarbecken wird schliesslich die in den Belebungsbecken gebildete Biomasse sowie andere absetzbare Stoffe vom gereinigten Abwasser getrennt, sodass ein schwebstoffarmer Abfluss erzeugt wird
Die zunehmenden Anforderungen an die Abwasserreinigung, sowohl hinsichtlich der Menge des zu behandelnden Abwassers als auch der Grenzwerte fur Inhaltsstoffe des geklarten Abwassers,
fuhren zu der Notwendigkeit von Erweiterungen oder Modernisierungen bestehender Klaranlagen Die ublichen biologischen Reinigungssysteme zur weitgehenden Reduzierung der Stickstoffund Phosphorverbindungen sowie einer weitgehenden Elimination von organischen Substanzen benotigen fur den biologischen Teil allerdings viel Raum und Flache, was insbesondere bei einer Kapazltatserwelterung bestehender Anlagen grossen zusatzlichen Platzbedarf und aufwendige, teure Umbauarbeiten erfordert Es mussen sehr hohe Investitionen in neue, zusätzliche Bele- bungs- und Nachklarbecken sowie zusatzllche Bauwerke samt maschineller-und messregeltechni- scher Einrichtungen, getätigt werden Dies immer unter der Voraussetzung, dass genügend Platz für zusätzliche Bauwerke vorhanden ist
Ziel der Erfindung ist es,
ein neues Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung vorzuschlagen, das in der bautechnischen Umsetzung geringeren Platzbedarf als übliche Anlagen nach sich zieht Insbesondere ist dieses Verfahren dazu geeignet, Kapazitatserweiterungen bestehender Anlagen fur die biologische Abwasserreinigung ohne grossen baulichen Aufwand und somit vergleichsweise preiswert zu ermoglichen und dabei auch gesteigerten Anforderungen an die Reini- gungsleistung gerecht zu werden Das soll unter geringem Platzbedarf für zusätzliche bauliche Erweiterungen und unter Beibehaltung und Weiterverwendung aller bestehenden Anlagen erfolgen
Erfindungsgemass wird das durch ein Verfahren gemäss Anspruch 1 fur neue Anlagen und
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Anspruch 2 für bestehende Anlagen erreicht Es ist dabei vorgesehen,
bel neuen Anlagen eine Biofiltrationsanlage den ueblichen Verfahrensschritten anzuschliessen und sie wie im folgenden beschneben zu verwenden, oder eine Blofiltrationsanlage bereits bestehenden Becken hinzuzufugen Wie noch genauer beschneben werden wird, wird die Blofiltrationsanlage vorzugsweise mit Prozessluftzugabe betneben, sodass durch das sauerstoffhaltige Milieu Nitrifikation begunstigt wird,
nicht jedoch die Denitrifikation Anspruch 1 sowie Anspruch 2 sehen daher weiters die Rezirkulation von Reinwasser aus der Biofiltrationsanlage In vorgeordnete Reinigungsstufen vor
Das erfindungsgemasse Verfahren kann somit In neuen Anlagen oder In bereits bestehenden Anlagen realisiert werden Im folgenden wird die Beschreibung auf die Realisierung des Verfahrens in bereits bestehenden und in Betneb befindlichen Anlagen beschrankt Es wird daraus aber unmit- telbar ersichtlich sein, wie der Neubau einer Anlage auf Basis des erfindungsgemassen Verfahrens zu erfolgen hatte
Wird die Biofiltrationsanlage einer bestehenden Anlage hinzugefugt, so ist etwa vorgesehen, Reinwasser aus der Biofiltrationsanlage in die vor der Hinzufugung der Blofiltrationsanlage als Belebungsbecken betriebenen Reinigungsstufen zu rezirkulieren.
Um Denitrifikation zu ermogli- chen, muss dieses Becken nun anoxisch gehalten werden, was durch entsprechende Beluftungsregelung bzw durch Vermischung erreicht werden kann Somit wird auch NOx-N entfernt
Es ist somit vorgesehen, dass die Biofiltrationsanlage den Hauptanteil der Reduktion von BSB5, CSB5, NH4-N, Feststoffen sowie, falls keine separaten Einrichtungen dafur vorgesehen sind, Phosphor-Verbindungen übernimmt, anstatt der etwa vor einer Kapazitätserweiterung dafur vorgesehenen Belebungsbecken Die Reduktion von NOx-N erfolgt im Rahmen der Denitrifikation im neuen. anoxischen Verfahrensschritt
DE 196 45 311 A 1 und WO 98/19969 A2 offenbaren Abwasserreinigungsverfahren, bei dem die Reinigung des Abwassers sowohl hinsichtlich des Abbaus organischer Substanzen, der Nitnfikation.
der Filterung von festen Stoffen und dem Phosphatabbau als auch der Denitrifikation ausschliesslich in der Biofiltrationsanlage ablauft Die Steuerung von Nitnfikation und Denitrifikation des Abwassers innerhalb der Biofiltrationsanlage wird uber eine kontrollierte Zufuhr von Prozessluft erreicht Die vorgeordneten Becken stellen lediglich eine mechanische Vorreinigung über Siebanlagen sowie eine Grobreinigung uber Auftrieb bzw Sedimentation zur Abtrennung von Schwimmstoffen (z B Pflanzenteilen) und Sinkstoffe (z B Sand) dar Bei konzentrierten Rohabwassern stellen sie uberhaupt nur Vorratstanks fur Rohwasser dar Die Verwendung von Belebungsbecken,
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Anmeldungexplizit ausgeschlossen
Im Gegensatz dazu wird im erfindungsgemassen Verfahren die Reinigung des Abwassers lediglich hinsichtlich des Abbaus organischer Substanzen,
der Nitnfikation, der Filterung von festen Stoffen und gegebenenfalls dem Phosphatabbau in der Biofiltrationsanlage vorgenommen, wahrend die Denitrifikation des Abwassers im vorwiegend anoxisch betriebenen Belebungsverfahren stattfindet Dazu wird das Abwasser nach dem Durchlaufen des Biofiltermediums vorzugsweise belastungsonentlert In die vorgeschalteten Belebungsbecken rezirkuliert (siehe Anspruch 1 der gegenstandlichen Anmeldung)
Bei der in DE 196 45 311 A1 erwahnten "Rezirkulation" des Abwassers (die überdies nur bei konzentrierten Rohabwassern vorgenommen wird) handelt es sich hingegen lediglich um eine Umwalzung des Abwassers in der Biofiltrationsanlage,
in dem Abwasser aus einer Ablaufleitung der Biofiltrationsanlage uber eine Ruckfuhrleitung wieder in die Zuleitung der Biofiltrationsanlage gepumpt wird Es handelt sich dabei lediglich darum, das Rohabwasser ofter durch das Biofilter- medium laufen zu lassen, falls ein einzelner Durchgang nicht die erforderliche Reinigungsleistung erbringt Ist das Abwasser nach mehrmaligem Durchlaufen der Biofiltrationsanlage hinreichend gereinigt, wird es abgefuhrt Es erfolgt jedoch keine Rezirkulation in vorangegangene Verfahrensschritte, insbesondere keine Rezirkulation in vorangegangene Belebungsverfahren, weil letztere In DE 196 45 311 A 1 auch nicht vorkommen
Anspruche 4 bis 9 der gegenstandlichen Erfindung beschreiben eine Anlage,
die zur Realisie- rung des erfindungsgemassen Verfahrens geeignet ist
Das erfindungsgemasse Verfahren sowie die zu deren Realisierung geeignete Anlage werden nun anhand beigelegter Zeichnungen fur den Fall der Erweiterung einer bestehenden Anlage naher beschrieben Dabei zeigen
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Figur 1 den schematischen Aufbau eines moglichen konstruktiven Ausfuhrungsbeispieles einer Bloflltratlonsanlage
Und Figur 2 eine Flussdiagramm einer bestehenden Anlage (durchgezogene Linien), die mit erfindungsgemassen Massnahmen erweitert wird (unterbrochene Linien)
Biofiltrationsanlagen sind kompakte Reaktoren, in denen biologische Abwasserreinigung,
Zuruckhaltung der durch den Reinigungsprozess gebildeten Biomasse und Filtration der mit dem Rohabwasser zugefuhrten Feststoffe erfolgt Sie finden unterschiedliche Anwendungen als selb- standige Einheiten, sind teilweise auch In neu errichteten Anlagen vorgesehen und werden In Form zweistufiger Anlagen (Nitrifikation/Denitrifikation) auch in bestehende Anlagen, vor allem zur Denitrifikation, eingefugt Es gibt abwärts und aufwärts durchstromte Systeme, wobei aufwärts durchströmte Systeme eine grössere Verbreitung gefunden haben Bei diesen Systemen erfolgt die Passage der Prozessluft (oder einer Kohlenstoffquelle) oder der Austrag des entstehenden Stickstoffs Im Gleichstrom mit dem Abwasser (Flg 1) Grundlage des Biofiltrationsverfahrens ist ein gefullter Festbettreaktor 1,
in dem sich Filtermaterial 2 mit poroser Oberfläche (z B Blähton) befin- det An diesem Filtermaterial lagern sich sessile Mikroorganismen an, die im Rahmen Ihres Stoffwechsels Wasserinhaltsstoffe eliminieren Erfindungsgemass wird vorzugsweise mit Zufuhrung von Prozessluft 3 gearbeitet, sodass besonders jene Mikroorganismen selektiert werden, die unter sauerstoffhaltigen Bedingungen existieren konnen Kohlenstoffabbau und Nitrifikation werden dadurch begünstigt Ohne Prozesslufteintrag werden Mikroorganismen mit anoxischem Wachstum begunstigt, was Denitrifikation von Abwasser 4 nach sich zieht.
Nach Passage des FIltermediums wird das Wasser In einem Spulabwasserbecken 5 gesammelt, dessen Uberlauf in ein Reinwasserbecken 6 gelangt Der durch den Aufbau von Biomasse anfallende Uberschussschlamm wird durch gezielte periodische Ruckspulung des Filtermediums 2 mit Reinwasser 7 in das Spulabwasser- becken 5 uber eine Spu ! wasserzufuhr 9 geleitet Diese Ruckspu ! ung, die das Filtermaterial reinigt wird vorzugsweise alle 24-36 Stunden, Im allgemeinen während der Nachtstunden,
durchgefuhrt
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Die Im erfindungsgemassenuber den Spulabwasser 8 In vorgeordnete Anlagenabschnitte geleitet werden kann Bloflltratlonsanlagen sind sehr variabel und konnen leicht inj ihrer Dimensionierung sowie der Betnebsfuhrung an unterschiedliche Anfordernisse angepasst werden Sie weisen mehrere Vorzuge auf
Eine Trennung der Biozonose ist leicht möglich
Durch die hoheren Biomassekonzentrationen sind kleinere Reaktionsvolumen und kurzere
Reaktionszeiten im Vergleich zu klassischen Aufbereitungstechniken erforderlich * Es fällt kein Schwimmschlamm an
Es kann eine bevorzugte Ansiedlung von speziellen Aufwuchsmikroorganismen beobachtet werden,
was zur verbesserten Reduzierung schwer abbaubarer Verbindungen fuhrt Hohes Schlammalter *GeringerFlachenbedarf * Einsetzbarkeit als Flockungsfilter mit gutem Feststoffruckhalt
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! ofiltrationsanlagetrieben wird, wurde ohne weitere Massnahmen das Reinwasser 7 unzulassig hohe Werte an NOx-N enthalten, weil ten, weil Denitrifikation innerhalb des Filtermediums 2 nur sehr beschrankt ablauft Deshalb ist.
wie in Fig 2 dargestellt, vorgesehen, das Reinwasser 7 in vorgeordnete Anlagenabschnitte über Rückfuhrungen 10 ruckzuleiten, sodass es insbesondere das vor der Kapazitätserweiterung der Anlage Im Belebtschlammverfahren betriebene Becken 11 erneut durchläuft Da dieses Becken erfindungsgemäss als anoxische Stufe betrieben wird, erfolgt hier nun effiziente Denitnflkatlon, also die Reduktion von NOx-N Zur Herstellung eines anoxischen Milieus ist es Insbesondere notwendig, das Becken nicht mehr oder nur sehr eingeschränkt zu belüften Ruhren oder sonstige Agitation des Abwassers ist vorsichtig zu gestalten, um ubermasslgen Sauerstoffeintrag aus der Umgebungsluft in das Abwasser zu vermelden Vorgeordnete Anlagenabschnitte, etwa wie jene in Fig.
2 gezeigten Grobklareinnchtungen 12 wie Rechen und Sandfang oder ein Becken zur biologischen Phosphatelimination 13 können beibehalten werden Der vor der Kapazitätserweiterung als Nachklärbecken 14 dienende Anlagenabschnitt kann ohne grössere Modifikation als Zwischenklarbecken 14 verwendet werden Das Zwischenklarbecken 14 weist eine Ableitung fur Uberschussschlamm
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15 auf, die Klarschlamm aus dem Reinigungsprozess entfernt, wahrend der Uberschussschlamm aus der Bloflltratlonsanlage 16 gemeinsam mit dem Spulabwasser 8 uber Ruckfuhrungen 17 In vorgeordnete Anlagenabschnitte ruckgeleitet wird
Die Rezirkulationsmengen sowohl von Reinwasser als auch von Spülabwasser werden bela- stungsonentiert gesteuert (online und spezielle SPS)
Je nach Erfordernis erfolgt somit die zusatz-
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on über belastungsonentierte Rezirkulation aus dem nachgeschalteten Reinwasserbecken
Durch das System von Biofiltration und Rezirkulation ist somit eine exakte Anpassung an die jeweilige Abwasserbehandlung leicht moglich und garantiert auch optimale Betriebskosten sowie modulare lare Erweiterungsmoglichkeiten Die verfahrensbedingte Elastizitat in der Betnebsfuhrung,
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einer belastungsonentlerten Telistromfuhrung, bedingt dabeifolgenden anhand eines illustrativen aber nicht einschrankenden Ausfuhrungsbelsplels dargestellt werden Insbesondere soll gezeigt werden, wie eine fiktive,
aber konkrete Aufgabe mit gegenstandlicher Erfindung gelost werden kann
Ausfuhrungsbeispiel
Aufgrund strengerer Richtlinien fur kommunale Abwasser und durch weitere Kanalanschlusse ISt eine bestehende Klaranlage mit einem Anschlusswert von 8000 EW60 In Ihrer Kapazltat zu erhohen Die bestehende Klaranlage hat die Verfahrensstufen
Mechanische Reinigung Vorklarung Vorgeschaltete Denitrifikation (212 m3)
Belebungsbecken (728 m3)
Nachklarung
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<tb>
<tb> und <SEP> SchlammstapelungQTW <SEP> 64, <SEP> 01/s <SEP> 230 <SEP> m3/h
<tb> QMW <SEP> 104, <SEP> 071/s <SEP> 374 <SEP> m3/h <SEP>
<tb>
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von Stickstoff von 96 kg Ng/d (Gesamtstickstoff, davon 67, 2 kg/d als NH4-N) und einer Phosphatbe- lastung von 16 kg Pg/d (gesamte Phosphatbelastung)
ausgegangen werden
Die Anforderungen an den Ablauf gemass wasserrechtlicher Vorschreibungen sind dabei
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<tb>
<tb> < 20 <SEP> mg <SEP> BSB5/1 <SEP> Mindestwirkungsgrad <SEP> 95%
<tb> < 75 <SEP> mg <SEP> CSB/I <SEP> Mindestwirkungsgrad <SEP> 85%
<tb> < 5 <SEP> mg <SEP> NH4-N/1 <SEP> Bel <SEP> Abwassertemperaturen <SEP> uber <SEP> 8 C
<tb> 70% <SEP> Nq <SEP> Abbau <SEP> Bel <SEP> Abwassertemperaturen <SEP> uber <SEP> 12 C
<tb> 1, <SEP> 0 <SEP> mg <SEP> Pq/I <SEP>
<tb> < 25 <SEP> mg <SEP> TOC/1 <SEP> 1) <SEP> Mindestwirkungsgrad <SEP> 85%
<tb>
1) TOC"Totalorganiccarbon"
Das nachstehende erfindungsgemasse Verfahren sowie die entsprechende Ausbauvanante haben nun den wasserrechtlichen Anforderungen zu entsprechen und werden uberdies die Vorgabe erfullen,
den vorhandenen Altbestand soweit als moglich zu nutzen
Das aus gegenstandlicher Erfindung resultierende hydraulische Konzept sieht dabei vor, das bestehende Vorklarbecken In Betneb zu lassen und einen Teilstrom (bis ca 108 m3/h) Immer uber das Vorklarbecken zu fuhren Nur die Mehrmengen werden direkt am Vorklarbecken vorbeigefuhrt
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und direkt in die Stufe zur biologischen Phosphatelimination (#Bio-P-Stufe") geleitet als Bio-P- Stufe wird das vorhandene Denltnflkatlonsbecken ("Denl-Becken")
mit einem Volumen von 212 m3 verwendet Danach ist die erfindungsgemasse Verfahrenskombination mkit vorgeschalteter Denitrifikation Im bestehenden Belebungsbecken und Nitrifikation in einer neuen Abwasserbiofiltrationsanlage vorgesehen Die vorhandene Beluftung kann belassen werden,
denn damit wird je nach Abwassertemperatur und Frachtanfall ein Denltnflkatlonsbetneb oder ein geregelter Nltnflkatlonsbetneb ermogllcht Weiters konnen mit der Beluftung In den Denitrifikationsbecken die anoxischen Zonen genau eingestellt werden Vor der B ! ofiltration kann zur Sicherheit auch eine Nachfallung mit Eisen-Fällungsmittel zur Phosphatelimination vorgesehen sein Dadurch werden alle bestehenden Bauteile verwendet und eine sehr kompakte Ausbaulosung der biologischen Stufe verwirklicht
Im Rahmen dieses Ausfuhrungsbelsplels wird das Abwasserblofilter zur Kohlenstoff-Ammonl- um-Entfernung eingesetzt Die erforderliche Denitrifikation wird durch Abwasserrezlrkulatlon In das vorhandene Belebungsbecken erreicht,
die im Denitrifikationsfall als anoxische Belebtschlammstufe betneben wird.
Bei den oben genannten Abwassermengen Im Zulauf ergeben sich Im Rahmen dieses Ausfuhrungsbeispiels folgende Abwassermengen Im Zulauf zur anoxlschen Stufe (mit Rucklaufen aus der Biofiltrationsstufe)
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<tb>
<tb> Qrw <SEP> 64, <SEP> 7 <SEP> I/s <SEP> 233, <SEP> 2 <SEP> m <SEP> /h
<tb> OMW <SEP> 104, <SEP> 78 <SEP> I/s <SEP> 377, <SEP> 2 <SEP> m <SEP> h
<tb>
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Fracht von 486 kg/d, eine Belastung mit Stickstoff von 104, 7 kg Ng/d (davon 74, 5 kg/d ais NH4-N) und eine Phosphatbelastung von 17, 5 kg Pg/d Hierbei wurde berücksichtigt,
dass ein 50%- Teilstrom uber die bestehende Vorklarung gefuhrt wird und so eine Reduktion des BSBs fur diesen Teilstrom von 10% zu berucksichtigen Ist Die Feststoffe fur diesen Teilstrom werden im Vorklarbecken zu 90% entfernt
Diese Werte, insbesondere jene fur NO-N, werden bei Durchlaufen von Bio-P-Eliminationsbecken, Deni-Becken und Zwischenklarbecken zwar weiter reduziert,
zum Erreichen der oben beschnebenen wasserrechtlichen Vorschreibungen ist nun eine entsprechende Dimensionierung der Blofiltrationsanlage notwendig Im Rahmen dieses Ausfuhrungsbelsplels kann das technische Problem uber eine Anlage mit 2 Abwasserbiofilter mit je 21 m2 Fllterflache und einem Gesamt-Filtervolumen von 168 m3 gelost werden Das Prinzip der Anlage ist in Fig 1 dargestellt Der Betneb der Abwasserbiofiltration kann voll automatisch gestaltet werden So kann etwa das Abwasser-Blofllter uber Drucksensoren uberwacht werden Die Ruckspulung erfolgt automatisch nach Zeit oder wenn erforderlich uber
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sehen Aus diesem Becken wird das Fllterruckspulwasser entnommen.
Das Spulabwasser mit dem biologischen Uberschussschlamm wird in ein Pufferbecken/Spülabwasserbecken mit ca 120 m3 Volumen geleitet Von diesem Becken wird das Ruckspulwasser in den Nachtstunden zum Zulauf der Vorklarung gepumpt
Das Reinwasser kann etwa gravitatisch über das Reinwasserbecken zu einem Ablaufschacht fliessen und von dort zur Ablaufmessstation und uber die bestehende Leitung zum Vorfluter Das zu rezlrkullerende Abwasser wird gravitätisch zum Zulauf der anoxischen Denitrifikation gefuhrt und vor dem Eintritt in das Denitrifikationsbecken mit einem Teil des Rucklaufschlammes vermischt Dadurch erreicht man eine Beluftung des Rucklaufschlammes und verhindert gleichzeitig,
dass zu sehr sauerstoffhaltiges Abwasser in die Denitrifikationsstufe gelangt
Die Verfahrensstufen der Gesamtanlage basierend auf dem erfindungsgemässen Verfahren sind somit.
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ReinigungNachklarbecken 2 Stuck 21 m2 Abwasserbiofilter CN (Nitrifikation) mit einem gesamten Filtervolumen von
168 m3 *Reinwasserbeckenmit120m3
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