AT503287B1 - Verfahren zur reinigung von abwasser - Google Patents

Description

2 AT 503 287 B1

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser, bei dem wiederholt folgende Schritte ausgeführt werden: - Zufuhr von Abwasser in einen Reaktor; - Belüften des Reaktorinhaltes; - Beenden der Belüftung, um Schlamm absetzen zu lassen; - Abzug von Klarwasser und von Überschussschlamm.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren handelt es sich um eines zum Betrieb einer biologischen Kläranlage das als SBR (Sequence Batch Reactor) Verfahren bezeichnet wird. Im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Kläranlagen, bei denen der jeweilige Zufluss und Abfluss der augenblicklich anfallenden Abwassermenge entspricht, wird bei dem SBR-Verfahren eine vorbestimmte Abwassermenge gesammelt und dann in kurzer Zeit in einen Reaktor eingepumpt. Die Behandlung des Abwassers in dem Reaktor erfolgt dabei im wesentlichen ohne weitere Zufuhr von Abwasser. Nach der Beendigung eines Behandlungszyklus wird der Reaktor teilweise entleert. Im oberen Bereich des Reaktors wird dabei Klarwasser abgezogen, und aus einem unteren Bereich des Reaktors wird eine geringe Menge Schlamm abgezogen, der einer Entsorgung zugeführt wird.

Im Vergleich zu kontinuierlich beschickten Belebtschlammverfahren bietet das SBR-Verfahren einige entscheidende Vorteile. Der Reinigungsprozeß findet bei diesem Verfahren losgelöst von hydraulischen Zulaufschwankungen statt. Weiters kann die Dauer der Reaktionszeiten auf einfache Weise und ohne bauliche Veränderungen an variable Zulaufkonzentrationen angepasst werden. Dadurch werden die Schwankungen der Ablaufkonzentrationen minimiert. Die zeitweilig erhöhten Substratkonzentrationen bewirken eine Steigerung der bakteriellen Stoffumsatzgeschwindigkeiten. Ferner kann die Vermeidung von Blähschlamm und die Selektion von flockenbildenden Bakterien durch den periodischen Wechsel zwischen Nährstoffangebot während der Füllphasen und Nährstoffmangel zum Ende der Reaktionsphasen erreicht werden. Dabei findet die Sedimentation des Belebtschlamms unter strömungsfreien Bedingungen statt und kann gegebenenfalls gut überwacht werden.

Wesentlich bei jeder Art des SBR-Verfahrens ist, daß in dem Reaktor stets eine vorbestimmte Menge Belebtschlamm verbleibt, so daß der Nutzinhalt des Reaktors, d. h. die pro Behandlungszyklus zuzugebende Abwassermenge, nur einen Bruchteil des Gesamtinhalts des Reaktors ausmacht. Bei herkömmlichen SBR-Verfahren wird etwa die Hälfte bis zwei Drittel des Gesamtinhalts des Reaktors als Belebtschlamm ständig zurückgehalten, während der übrige Teil für die Zufuhr von Abwasser vorgesehen ist. Nach der Zufuhr von Abwasser wird der Reaktor in üblicher Weise belüftet, um eine Nitrifikation durchzuführen. Gegebenenfalls kann vor der Belüftung durch einen anaeroben Verfahrensabschnitt eine Denitrifikation durchgeführt werden. Nach der Beendigung der Belüftung folgt eine Absetzphase, um oberhalb des Belebtschlamms eine Schicht von Klarwasser auszubilden. Danach wird das Klarwasser abgezogen. Um die Menge der Biomasse und des Schlammes und damit die Schlammkonzentration im Reaktor konstant zu halten, ist jedoch auch gleichzeitig ein Abzug einer gewissen Schlamm-Menge erforderlich.

Im Sinne eine optimalen Führung des Verfahrens ist es erforderlich, die im Reaktor vorliegende Schlammmenge innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zu halten.

Besonders wichtig ist es, einen schwebstofffreien Ablauf gewährleisten zu können und eine möglichst kurze Zykluszeit zu erzielen. Wesentliche Parameter sind in diesem Zusammenhang einerseits die erforderliche Wartezeit zwischen dem Abschalten der Belüftungseinrichtungen und dem Beginn des Klarwasserabzugs, die durch die sogenannte Sinkgeschwindigkeit des Schlamms bestimmt wird, und andererseits der Schlammspiegel zu Beginn des Klarwasserabzugs. 3 AT 503 287 B1

Diese beiden Faktoren beeinflussen sich gegenseitig und werden normalerweise mit hohen Sicherheitsreserven vorbestimmt, wobei die Überwachung dem Klärpersonal obliegt.

Insbesonders bei SBR-Anlagen mit vielen kleinen Reaktoren (Volumen pro Reaktor beispielsweise zwischen 5 und 30 rrr und Anzahlen von 20 bis 60 Stück) bietet eine mögliche vollautomatische Überwachung dieser Parameter und entsprechender Einstellung der Ablaufsteuerung entscheidende Vorteile.

Es sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, mit denen der Schlammspiegel im Inneren des Reaktors überwacht werden kann. Solche Messvorrichtungen sind jedoch aufwendig und wartungsintensiv, so dass insbesondere für kleinere Anlagen ein suboptimaler Betrieb in Kauf genommen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das bekannte Verfahren so weiterzubilden, dass auf einfache Weise ein Betrieb mit optimaler Schlammkonzentration bei hohen Reinigungsgraden eine große Durchsatzmenge erzielbar ist. Das Verfahren soll dabei möglichst und robust sein und einfach und kostengünstig betreibbar sein. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, das Verfahren der obigen Art in optimaler Weise durchzuführen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Abzug von Klarwasser und von Überschussschlamm folgendermaßen durchgeführt wird: - Entnehmen einer Probe aus dem Reaktor an einer Stelle unmittelbar über dem vorbestimmten optimalen Schlammpegel; - Untersuchen der Probe außerhalb des Reaktors auf die Anwesenheit von Schlamm; - Bei Anwesenheit von Schlamm in der Probe Entnahme von Schlamm aus dem Reaktor und/oder Einhalten einer weiteren Absetzphase und danach Rückkehr zum Schritt der Entnahme einer Probe; - Bei Abwesenheit von Schlamm Abzug von Klanwasser aus dem Reaktor.

Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass nicht der Schlammspiegel oder die Schlammkonzentration im Inneren des Reaktors bestimmt wird, sondern dass diese Messung automatisiert außerhalb des Reaktors durchgeführt wird. Auf diese Weise kann eine wesentliche Vereinfachung und Verringerung des Wartungsaufwands erreicht werden.

Einerseits kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Schlammspiegel konstant auf einem optimalen Niveau gehalten werden, indem Überschussschlamm in genau richtiger Dosierung abgezogen wird. Andererseits kann die Absetzphase dadurch kurz gehalten werden, dass genau erfasst wird, wenn der Absetzvorgang so weit fortgeschritten ist, dass der Klarwasserabzug möglich ist. Im Sinne eines selbstlernenden Systems kann aufgrund der Messwerte so auch ein verbesserter Schätzwert für die Dauer der nächsten Absetzphase gewonnen werden.

Bevorzugt erfolgt die Entnahme von Schlamm im unteren Bereich des Reaktors. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Entnahme von Schlamm über den selben Zugang des Reaktors erfolgt wie die Probenentnahme.

Grundsätzlich kann man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms messen. Dabei wird nach dem Ende der Belüftung eine vorbestimmte Basisabsetz-zeit abgewartet, die so kurz bemessen ist, dass an der Entnahmeöffnung für die Probe mit Sicherheit noch Schlamm vorliegt. Dann wird mit der Probennahme begonnen. Dazu wird jeweils nach einer Probennahme eine kurze Absetzzeit abgewartet. Sobald Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird, kann die Absetzgeschwindigkeit bestimmt werden.

Bevorzugterweise wird das Verfahren dabei so geführt, dass bei einem ersten SBR-Zyklus die 4 AT 503 287 B1

Absetzgeschwindigkeit des Schlamms bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender weiterer Absetzphase durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird und dass bei mindestens einem weiteren SBR-Zyklus die Absetzphase nach dem Ende der Belüftung in Abhängigkeit von der zuvor festgestellten Absetzgeschwindigkeit eingestellt wird. Man geht dabei von der Tatsache aus, dass sich die Betriebsbedingungen des Reaktors nicht abrupt ändern, sondern dass eine einmal bestimmte Absetzgeschwindigkeit über einen bestimmten Zeitraum gültig bleibt. So ist es beispielsweise in der Regel ohne größeren Probleme möglich nur jeden fünften bis zehnten SBR-Zyklus die Absetzgeschwindigkeit zu bestimmen und dazwischen vom letzten Messwert auszugehen und die Dauer der Absetzphase nach der Belüftung so einzustellen, dass das Klanwasser jedenfalls die erforderliche Qualität aufweist.

Alternativ ist es möglich, die Schlammmenge im Reaktor zu bestimmen, indem zwischen den Messungen eine geringe Schlammenge abgezogen wird, bis Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird. Dieser Schlammabzug kann grundsätzlich über die Messleitung erfolgen, es kann aber auch ein Abzug über eine separate Abzugsöffnung vorgenommen werden. Ähnlich wie oben für die Absetzgeschwindigkeit beschrieben ist auch die Veränderung der Schlammenge nur längerfristigen Schwankungen unterworfen. Dementsprechend ist es in bevorzugter Weise möglich, dass bei einem vorbestimmten SBR-Zyklus die Schlammmenge bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender Entnahme von Schlamm durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird und dass danach bei mindestens einem weiteren SBR-Zyklus eine vorbestimmte Schlammmenge abgezogen wird. Die vorbestimmte Schlammmenge kann aufgrund vorangegangener Messungen geschätzt werden. Es ist in diesem Zusammenhang aber auch möglich, für einen Teil der SBR-Zyklen die vorbestimmte Schlammenge auf Null zu setzen, d.h. keinen Schlamm abzuziehen und periodisch entsprechend größere Mengen zu entfernen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass abwechselnd bei einem ersten SBR-Zyklus die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender weiterer Absetzphase durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird und bei einem zweiten SBR-Zyklus die Schlammmenge bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender Entnahme von Schlamm durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird. Dabei ist es möglich, dass jeweils zwischen einem ersten und einem zweiten SBR-Zyklus bzw. zwischen einem zweiten und einem ersten SBR-Zyklus mindestens ein weiterer SBR-Zyklus ohne Probenentnahme durchgeführt wird. Mit der einfachsten apparativen Ausführung mit nur einer einzigen Probenentnahmeöffnung kann man in einem bestimmten SBR-Zyklus nur entweder die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms oder die Schlammmenge bestimmen. Bei diese Variante werden diese beiden Messungen abwechselnd durchgeführt, beispielsweise indem in den Zyklen 6n die Absetzgeschwindigkeit gemessen wird, in den Zyklen 6n + 3 die Schlammmenge bestimmt wird und in den Zyklen 6n + 1, 6n + 2, 6n + 4 und 6n + 5, keine Messungen durchgeführt werden, wobei n = 0, 1,2 ... ein Zähler für die SBR-Zyklen ist.

In bevorzugter Weise erfolgt die Bestimmung der Anwesenheit von Schlamm durch eine Trübemessung.

Weiters betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser mit einem Reaktor, der diskontinuierlich mit dem zu reinigenden Abwasser beschickt wird, wobei der Reaktor eine Zufuhröffnung, eine erste Abzugsöffnung zum Abzug von Klarwasser, eine zweite Abzugsöffnung zum Abzug von Schlamm und eine Öffnung zur Entnahme von Proben aufweist.

Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zur Entnah- 5 AT 503 287 B1 me von Proben mit einer Messeinrichtung verbunden ist, die dazu ausgebildet ist, die Anwesenheit von Schlamm festzustellen.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, kurze Zykluszeiten zu erreichen und gleichzeitig die Gefahr eines Schlammeintrags in das Klarwasser zu verringern.

Die Figur zeigt schematisch einen SBR-Reaktor für eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

Der SBR-Reaktor 1 besitzt eine Zufuhröffnung 2, die mit einer Zulaufleitung 3 in Verbindung steht und über ein Zufuhrventil 4 in den Reaktor 1 mündet. Am Boden des Reaktors 1 sind Belüftungskörper 5 in der Form von Tellerlüftern angeordnet. Eine Überlaufleitung 6 ist als Sicherheitseinrichtung vorgesehen und mündet im oberen Bereich in den Reaktor 1. Eine erste Abzugsöffnung 7 zum Abzug von Klarwasser steht mit einer Klarwasserabzugsleitung 8 in Verbindung und ist im Inneren des Reaktors 1 über eine flexible Leitung 9 mit einem schwimmenden Klarwasserabzug 10 verbunden.

Im unteren Bereich des Reaktors 1 ist eine zweite Abzugsöffnung 11 zum Abzug von Schlamm vorgesehen, der über eine Schlammabzugspumpe 12 in einer Schlammsammelleitung 13 eingebracht wird. Im oberen Drittel des Reaktors 1 ist eine Öffnung 14 zur Entnahme von Proben vorgesehen, die über eine Probennahmeleitung 15 und eine Probenentnahmepumpe 16 ebenfalls in die Schlammsammelleitung 13 mündet. Dazwischen ist in der Probennahmeleitung 15 eine Messeinrichtung 17 in der Form einer Trübe-Messeinrichtung vorgesehen.

Der Betrieb des erfindungsgemäßen Reaktors erfolgt in der folgenden Weise:

Grundsätzlich besteht ein SBR-Zyklus wie oben beschrieben aus folgenden Schritten: - Zufuhrphase: Über die Zufuhröffnung 2 wird das zu reinigende Abwasser in den Reaktor 1 eingeführt. Durch die kinetische Energie des Abwassers erfolgt eine Verwirbelung des Reaktorinhaltes. - Belüftungsschritt: Durch die Tellerlüfter 5 am Boden des Reaktors 1 wird Luft in den Reaktor eingeblasen, um einen aeroben Reinigungsvorgang durchzuführen. - Absetzphase: Nach Beenden der Belüftung erfolgt eine anaerobe Reinigung während der sich zuvor aufgewirbelte Belebtschlamm zum Boden des Reaktors hin absetzt. - Abzugsphase: Über den Klanwasserabzug 10 wird das Klarwasser unmittelbar unterhalb der Oberfläche abgezogen.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird der oben beschriebene Verfahrensablauf so modifiziert, dass die Absetzphase in folgende Teilschritte unterteilt wird: - Basisabsetzphase, in der eine erste grundsätzliche Beruhigung des Reaktorinhaltes erfolgt - 1. Probennahme - Feststellung von Schlamm in der Messeinrichtung 17; - Weitere Absetzzeit - 2. Probennahme - Feststellung von Schlamm in der Messeinrichtung 17 - Weitere Absetzzeit - Weitere Probennahme - Feststellung der Abwesenheit von Schlamm - Berechnung der Absetzgeschwindigkeit aus der Gesamtabsetzzeit

Claims (12)

1. 6 AT 503 287 B1 - Beendigung der Absetzphase In analoger Weise kann zur Messung der Schlammmenge die Absetzphase entsprechend durch Messungen unterteilt werden mit dem Unterschied, dass anstelle der weiteren Absetzphasen eine vorbestimmte geringe Schlammmenge abgezogen wird. Dies kann entweder über die Probenentnahmeöffnung 14 oder über die zweite Abzugsöffnung 11 erfolgen. Wie oben beschrieben, ist es besonders bevorzugt, in aufeinanderfolgenden SBR-Zyklen die beiden Messungen abwechselnd vorzunehmen, wobei gegebenenfalls weitere SBR-Zyklen ohne Durchführung von Messungen dazwischen liegen können. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, mit einfachsten Mitteln eine effiziente und sichere Führung des Verfahrens zu erreichen. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Reinigung von Abwasser, bei dem wiederholt folgende Schritte ausgeführt werden: - Zufuhr von Abwasser in einen Reaktor (1); - Belüften des Reaktorinhaltes; - Beenden der Belüftung, um Schlamm absetzen zu lassen; - Abzug von Klarwasser und von Überschussschlamm; dadurch gekennzeichnet, dass der Abzug von Klarwasser und von Überschussschlamm folgendermaßen durchgeführt wird: - Entnehmen einer Probe aus dem Reaktor (1) an einer Stelle unmittelbar über dem vorbestimmten optimalen Schlammpegel; - Untersuchen der Probe außerhalb des Reaktors (1) auf die Anwesenheit von Schlamm; - bei Anwesenheit von Schlamm in der Probe Entnahme von Schlamm aus dem Reaktor (1) und/oder Einhalten einer weiteren Absetzphase und danach Rückkehr zum Schritt der Entnahme einer Probe; - bei Abwesenheit von Schlamm in der Probe Abzug von Klarwasser aus dem Reaktor (1)·
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme von Schlamm im unteren Bereich des Reaktors (1) erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme von Schlamm über den selben Zugang des Reaktors (1) erfolgt wie die Probenentnahme.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten SBR-Zyklus die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender weiterer Absetzphase durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird und dass bei mindestens einem weiteren SBR-Zyklus die Absetzphase nach dem Ende der Belüftung in Abhängigkeit von der zuvor festgestellten Absetzgeschwindigkeit eingestellt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vorbestimmten SBR-Zyklus die Schlammmenge bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender Entnahme von Schlamm durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird und dass danach bei mindestens einem weiteren SBR-Zyklus eine vorbestimmte Schlammmenge abgezogen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd bei einem ersten SBR-Zyklus die Absetzgeschwindigkeit des Schlamms bestimmt 7 AT 503 287 B1 wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender weiterer Absetzphase durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird und bei einem zweiten SBR-Zyklus die Schlammmenge bestimmt wird, indem wiederholt eine Probennahme mit daran anschließender Entnahme von Schlamm durchgeführt wird, bis bei der Probennahme Abwesenheit von Schlamm festgestellt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen einem ersten und einem zweiten SBR-Zyklus bzw. zwischen einem zweiten und einem ersten SBR-Zyklus mindesten ein weiterer SBR-Zyklus ohne Probenentnahme durchgeführt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Anwesenheit von Schlamm durch eine Trübemessung erfolgt.
9. 9. Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser mit einem Reaktor (1), der diskontinuierlich mit dem zu reinigenden Abwasser beschickt wird, wobei der Reaktor eine Zufuhröffnung (2), eine erste Abzugsöffnung (7) zum Abzug von Klarwasser, eine zweite Abzugsöffnung (11) zum Abzug von Schlamm und eine Öffnung (14) zur Entnahme von Proben aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (14) zur Entnahme von Proben mit einer Messeinrichtung (17) verbunden ist, die dazu ausgebildet ist, die Anwesenheit von Schlamm festzustellen.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abzugsöffnung und die Öffnung (14) zur Entnahme von Proben kombiniert ausgeführt sind.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abzugsöffnung (11) im unteren Bereich des Reaktors (1) angeordnet ist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) als Trübemesser ausgebildet ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen