Verfahren zur Förderung des alkalischen Schlammfaulens Der Zweck eines Abwasserfaulraumes besteht darin, den absetzbaren Teil der Verunreinigung (sedimentieren de oder mechanisch abtrennbare Substanz) abzutrennen und abzubauen und die gelösten und feinverteilten, in Schwebe bleibenden organischen Stoffe abzubauen und auszuflocken. Wenn man hauptsächlich an die erstge nannte Stufe denkt, und zwar an die Sedimentierung, spricht man von einer Faulgrube oder einem septischen Tank.
Der Unterschied zwischen einem Abwasserfaul raum (Ausfaulgrube) und einer Faulgrube liegt im wesentlichen in der relativen Grösse, d. h. der Bela stung.
Die Umwandlung bzw. der Abbau der organischen Substanzen ist als ein Gärprozess anzusehen. Damit dieser wirksam werden und ohne Nachteile ablaufen kann, ist es notwendig, dass alkalische Bedingungen herrschen. Solche Bedingungen zu schaffen und aufrecht zu erhalten und damit die Methangärung bzw. Faulung zu fördern, kann sehr schwierig sein. Die erste Stufe des Umwandlungsprozesses, d. h. die Bildung von organi schen Säuren, kann leicht überhand nehmen, so dass eine saure ärung eintritt. Das dabei gebildete Gas besteht zum allergrössten Teil aus Kohlensäure.
Mit einer sauren Gärung (Kohlensäuregärung) erhält man eine schlechte Mineralisierung des Schlammes, die Bil dung von zähem und übelriechendem Schwimm schlamm sowie keine oder nur geringe Ausflockung. Man kann selten oder nie damit rechnen, dass in einem Abwasserfaulraum die alkalische Gärung von selbst auftritt. Man sollte mit der Notwendigkeit einer Einar beitungsperiode rechnen, wobei ein Impfen in irgendei ner Form mit oder ohne Zusatz von Alkali erforderlich ist. Danach muss angestrebt werden, die alkalische Gärung aufrechtzuerhalten.
Eine Grundvoraussetzung hierfür ist eine ausrechend hohe Temperatur im Abwas- serfaulraum, insbesondere des Bodenschlammes. Auf die Temperatur wirkt güngstig in erster Linie die Aufwär mung durch den Zufluss von warmem Wasser. Eine direkte Aufheizung dürfte in der Praxis nur in geringem Umfange infrage kommen. Sie stellt sich besonders teuer, die ja nicht nur der Bodenschlamm, sondern fast auch das gesamte Abwasser erwärmt werden muss. Dagegen kann das Isolieren des Abwasserfaulraumes gegen Abkühlung durch Grundwasser eine wirksame Massnahme sein.
Oft aber ist es nicht völlig ausreichend, sich auf die Temperatur zu verlassen. Man sollte ausserdem bestrebt sein, auch in anderer Weise die alkalische Gärung zu unterstützen. Dies kann z. B. durch Zusatz von Alkali geschehen. Ebenso hat sich die Dosierung von Chlor in irgendeiner Form manchmal als günstig erwiesen. Zu den auf lange Sicht wirksamen Massnahmen kann auch das Zurückhalten von Schlamm beim Entleeren gerech net werden (vergleiche deutsches Patent 1151470, schweizerisches Patent 354 394).
Im Nachstehenden werden noch einige weitere Ver fahren, deren Zweckmässigkeit erprobt worden sind, beschrieben.
Ein wirksames Verfahren ist es, den Schwimm schlamm nass und in Bewegung zu halten. Hierdurch kann eine starke Schwimmschlammbildung dauernd ver hindert werden, da der Schlamm zerteilt und entgast und dadurch sein Abbau gefördert wird. Ein weiteres Mittel besteht darin, Schwefelwasserstoff und Kohlensäure (Kohlendioxyd) aus dem Wasser abzutreiben, welche beiden Gase sauermachend wirken (ausserdem hat der Schwefelwasserstoff einen intensiven Sauerstoffbedarf in einem Vorfluter). Diese beiden Zwecke können durch mässige Lufteinblasung erreicht werden.
Lufteinblasung zur Schwimmschlammbekämpfung soll hauptsächlich im ersten Fach des Abwasserfaulrau- mes erfolgen, wo dieser Nachteil fast immer am grössten und beschwerlichsten ist. Versuche zeigen auch, dass die Ansammlung von Schwimmschlamm in den nachfolgen den Fächern gering wird, wenn in dieser Weise der Schwimmschlammbildung entgegengewirkt wird. Vor- richtungen zum Lufteinblasen sollen jedoch auch in nachfolgenden Fächern vorhanden sein (vergleiche das Folgende).
Weiterhin ist es wichtig, dass diese Form der Lufteinblasung nicht in grosser Tiefe in demjenigen Fach erfolgt, wo die sogenannte mechanische (primäre) Schlammabsetzung hauptsächlich geschieht, weil sonst der Sedimentierung entgegengewirkt wird und weil die methanerzeugenden Bakterien keinen Sauerstoff vertra gen, jedenfalls keine ständige Zufuhr. Wenn man in diese Fächer in der Tiefe (in der Nähe des Bodens) einbläst, sind grosse Luftmengen erforderlich, da man in diesem Fall zu einer im ganzen aeroben Behandlung übergehen muss (vgl. späteren Abschnitt).
Erfolgt die Lufteinblasung dagegen in mässiger Tiefe, am zweck- mässigsten nicht unterhalb der halben Wassertiefe, und ausserdem mit mässigen Mengen, so wird weder die Sedimentierung noch das Schlammfaulen gestört. Dazu kommt, dass eine wirksame Verbesserung des volumetri- sehen Wirkungsgrades (d. h. der wirklichen Aufenthalts zeit gegenüber der rechnerischen) erreicht wird, weil Kurzschlusströme ausgeschaltet werden.
Diejenige Lufteinblasung, die das Austreiben von Schwefelwasserstoff und Kohlensäure bezweckt, sollte auf den ganzen Abwasserfaulraum eingerichtet werden, wobei jedoch nicht alle Fächer infrage kommen müssen. Im ersten Fach erreicht man dieses Ziel im Zusammen hang mit der erwähnten Schwimmschlammbekämpfung. Eine derartige doppelte Wirkung erhält man in dem überhaupt erforderlichen Mass auch in den anderen Fächern, in denen die Gasaustreibung der Hauptzweck ist. In diesen Fächern ist es kaum ein Nachteil, wenn das Einblasen in der Nähe des Bodens erfolgt. Es soll unter allen Umständen in solcher Tiefe oder sonst in solcher Weise erfolgen, dass eine ausreichend grosse Wasser menge beeinflusst wird.
Auch hier wird ein stark verbesserter volumetrischer Wirkungsgrad erreicht. Zweckmässig kann die gleiche Tiefe in sämtlichen Fächern, in denen die Einblasung geschieht, angewandt werden. Eine ununterbrochene Lufteinblasung scheint nicht unbedingt nötig zu sein, sondern die Lufteinbla- sung kann bei geringem Zulauf von Abwasser, insbeson dere während der Nacht, unterbrochen werden. Es ist zu beachten, dass diese Methode im Prinzip keine Sauer stoffaufnahme, wenn auch eine gewisse Nitrifikation, bezweckt.
Ein drittes und spezielles Mittel zur Förderung der alkalischen Gärung - ausser den zwei genannten: der Schwimmschlammbekämpfung und der Austreibung von sauren Gasen - ist die Zufuhr von leicht zersetzbarer und für die Mikroben (Methanbakterien) nährender organischer Substanz.
Die anaerobe Methangärung, die eine Reduktion bedeutet, ist ein energiefördernder Pro- zess. Eine derartige Zufuhr stimuliert die Wirkung der Bakterien durch Deckung von deren Bedarf an solcher Nahrung, die leicht aufgenommen und verbraucht wer den kann, sowie von Material, insbesondere Protein, das geeignet ist, die eigene stickstoffhaltige Zellsubstanz aufzubauen.
Das Verfahren zur Förderung des alkalischen Schlammfaulens in einer aus mindestens einem anaer oben Teil und mindestens einem nachfolgenden aeroben Teil bestehenden Kleinkläranlage durch Zufuhr von leicht zersetzbaren organischen Stoffen zum Zwecke, die anaeroben biochemischen Prozesse zu stimulieren, ist dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Stoffe in Form von aktivem Schlamm im späteren, aeroben Teil erzeugt und danach laufend oder intermittierend in den ersten, anaeroben Teil überführt werden,
der hauptsäch lich für mechanische Sedimentierung und für Schlamm- faulung bestimmt ist.
Bei diesem Verfahren wird die für den anaeroben biologischen Prozess wünschenswerte organische Sub stanz während des nachfolgenden Reinigungsprozesses hergestellt. Dies bedeutet, dass der Teil des Verfahrens nach Beendigung der primären Sedimentierung nicht unter anaeroben, sondern unter aeroben Bedingungen erfolgen kann. Dafür diesen Zweck mindestens zwei Fä cher benutzt werden das eine zum Belüften und das an dere zum Sedimentieren (Klärung), kann ein Belebt- schlammprozess mit üblicher Schlammrückführung durchgeführt werden.
Ein Teil dieses Schlammes, der sogenannte Überschusschlamm, kann kontinuierlich oder intermittierend entfernt werden. Der Überschusschlamm wird laufend oder intermittierend zum anaeroben Teil (hauptsächlich im ersten Fach) der Anlage, gegebenen falls automatisch, überführt. Dieser Schlamm ist aktiv, d. h. er besitzt die vorgenannten Eigenschaften, da er leicht zersetzbar ist und u. a. Protein, Stickstoff, Phos phor und Kali enthält.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht mit dem oben geschilderten bekannten Prozess (für kleinere Ver hältnisse) zu verwechseln, der durchaus aerob sein muss und wobei das gesamte Abwasser und der gesamte Schlamm bereits von Beginn an belüftet wird. Falls die für das bekannte Verfahren verwendete Anlage nicht extrem gross dimensioniert oder in anderer Weise speziell ausgebildet ist, stellt der Überschusschlamm, der immer wieder behandelt und unschädlich gemacht wer den muss, ein schwieriges Problem dar.
Bei dem erfin- dungsgemässen Verfahren, das anaerob-aerob ist und bei dem die absetzbaren Stoffe vor dem aeroben Teil entfernt worden sind, hat man ja bereits einen Faulraum. Wenn dieser den Überschusschlamm aufnimmt, so ist dies nicht nur vorteilhaft, sondern die Schlammzufuhr ist auch hinsichtlich ihrer Menge von untergeordneter Be deutung für das erforderliche Schlammvolumen.
<I>Ausführungsbeispiel</I> Das erfindungsgemässe Verfahren wird unter Ver wendung eines Abwasserfaulraumes durchgeführt, wie er in den oben erwähnten Patenten beschrieben ist (siehe Gunnar Akerlindh: Biologische Umsetzungen in Ab wasserfaulräumen , Schweizerische Bauzeitung, 25. Januar 1958, 76. Jahrgang, Heft 4). Dieser Apparat besteht aus fünf Fächern, von denen die zwei ersten den anaeroben Teil bilden und die drei letzten den aeroben Teil darstellen.
In das erste Fach sind mehrere Rohre für kontinuierliche oder intermittierende Einblasung von Luft vorgesehen, mit dem Zweck, die oben genannte Schwimmschlammbildung zu bekämpfen und eine ver besserte volumetrische Leistung sowie die Entfernung von Kohlensäure und Schwefelwasserstoff zu bewirken. Eine verbesserte volumetrische Leistung bedeutet eine längere Verweilzeit und eine Erhöhung der Behand lungsintensität. Entsprechende Rohre können auch in den anderen Fächern, insbesondere den zweiten und fünften Fächern vorgesehen werden.
In diesem Fall kann das Lufteinblasen als Nachbelüftung für weiteren Schlammabbau dienen.
Das dritte Fach stellt den Belüftungsraum der Belebtschlammanlage dar. Die hier erforderliche reichli che Luftzufuhr erfolgt zweckmässig ebenfalls durch eintauchende Rohre. Im vierten Fach, wo die Klärung stattfindet, ist eine Mammutpumpe vorgesehen, die den Rücklaufschlamm zum dritten Fach zurückführt. Der Überschusschlamm wird durch eine weitere Mammut pumpe aus dem vierten oder fünften Fach, oder aus beiden, in das erste und gegebenenfalls auch in das zweite Fach überführt, um dort die Fäulnis zu fördern und eine gleichzeitige Beseitigung zu unterstützen.
Es ist zu bemerken, dass man Luft auch intermittie- rend in die Tiefe zum Aufrühren des Schlammes zuführen kann. Versuche haben gezeigt, dass eine derartige kurzzeitige Belüftung für die Schlammfaulung praktisch unschädlich ist. Die Schlammkonsistenz kann aber durch die Umwälzung und die gegebenenfalls bewirkte Mischung verschiedener Schichten verbessert werden, wahrscheinlich weil hierdurch die Angriffsmög lichkeiten für die Bakterien begünstigt werden.
Process for promoting alkaline sludge digestion The purpose of a wastewater digestion chamber is to separate and break down the settling part of the contamination (sedimented or mechanically separable substance) and to break down and flocculate the dissolved and finely divided organic substances that remain in suspension. If one thinks mainly of the first stage, namely sedimentation, one speaks of a septic tank or a septic tank.
The difference between a sewage septic tank (septic tank) and a septic tank lies essentially in the relative size, i.e. H. the load.
The conversion or degradation of the organic substances is to be regarded as a fermentation process. For this to be effective and to take place without any disadvantages, it is necessary that alkaline conditions prevail. Creating and maintaining such conditions and thus promoting methane fermentation and digestion can be very difficult. The first stage of the conversion process, i.e. H. The formation of organic acids can easily get out of hand, so that acidic fermentation occurs. The gas that is formed consists for the most part of carbon dioxide.
Acid fermentation (carbonic acid fermentation) results in poor mineralization of the sludge, the formation of viscous and foul-smelling floating sludge and little or no flocculation. One can rarely or never expect that alkaline fermentation will occur by itself in a sewage digester. One should anticipate the need for a training period, in which some form of vaccination with or without the addition of alkali is required. After that, efforts must be made to maintain the alkaline fermentation.
A basic requirement for this is a sufficiently high temperature in the sewage digester, especially in the bottom sludge. The main effect on the temperature is the warming up by the inflow of warm water. In practice, direct heating should only be an option to a limited extent. It turns out to be particularly expensive, as not only the bottom sludge but almost all of the wastewater has to be heated. On the other hand, isolating the wastewater digestion chamber against cooling by groundwater can be an effective measure.
But often it is not entirely sufficient to rely on the temperature. One should also try to support the alkaline fermentation in other ways. This can e.g. B. done by adding alkali. Likewise, the dosage of chlorine in some form has sometimes proven to be beneficial. The retention of sludge during emptying can also be counted among the measures that are effective in the long term (see German patent 1151470, Swiss patent 354 394).
In the following, a few more procedures, the suitability of which have been tested, are described.
One effective practice is to keep the swimming mud wet and moving. As a result, strong floating sludge formation can be permanently prevented, as the sludge is broken up and degassed and its breakdown is promoted as a result. Another means is to expel hydrogen sulfide and carbonic acid (carbon dioxide) from the water, both of which have an oxygenating effect (in addition, the hydrogen sulfide has an intensive need for oxygen in a receiving water). Both of these purposes can be achieved with moderate air injection.
Air injection to combat floating sludge should mainly take place in the first compartment of the wastewater septic tank, where this disadvantage is almost always the greatest and most difficult. Tests also show that the accumulation of floating sludge in the following compartments is low if the floating sludge formation is counteracted in this way. Devices for blowing in air should, however, also be present in the following compartments (compare the following).
Furthermore, it is important that this type of air injection does not take place at great depth in the compartment where the so-called mechanical (primary) sludge deposition mainly occurs, because otherwise the sedimentation is counteracted and because the methane-producing bacteria cannot tolerate oxygen, at least not a constant supply . If you blow into these compartments deep down (near the bottom), large amounts of air are required, since in this case you have to switch to an entirely aerobic treatment (see later section).
If, on the other hand, the air is blown in at a moderate depth, most expediently not below half the water depth, and also with moderate amounts, then neither the sedimentation nor the sludge rot is disturbed. In addition, an effective improvement in the volumetric efficiency (i.e. the actual residence time compared to the calculated) is achieved because short-circuit currents are switched off.
The air injection that aims to expel hydrogen sulfide and carbonic acid should be set up for the entire sewage digester, although not all compartments have to be considered. In the first subject, this goal is achieved in connection with the abovementioned scum control. Such a double effect is obtained to the extent necessary in the other subjects in which the expulsion of gas is the main purpose. In these compartments it is hardly a disadvantage if the blowing takes place near the bottom. Under all circumstances it should be done at such a depth or otherwise in such a way that a sufficiently large amount of water is affected.
Here, too, a greatly improved volumetric efficiency is achieved. The same depth can expediently be used in all subjects in which the injection takes place. An uninterrupted air injection does not seem to be absolutely necessary, but the air injection can be interrupted if there is little inflow of sewage, especially during the night. It should be noted that this method does not, in principle, aim to absorb oxygen, albeit a certain degree of nitrification.
A third and special means of promoting the alkaline fermentation - apart from the two mentioned ones: the control of floating sludge and the expulsion of acidic gases - is the supply of easily decomposable organic matter which nourishes the microbes (methane bacteria).
The anaerobic methane fermentation, which means a reduction, is an energy-promoting process. Such a supply stimulates the action of the bacteria by covering their need for such food that can easily be ingested and consumed, as well as material, in particular protein, which is suitable for building up its own nitrogenous cell substance.
The method for promoting alkaline sludge rot in a small sewage treatment plant consisting of at least one anaeric upper part and at least one subsequent aerobic part by supplying easily decomposable organic substances for the purpose of stimulating the anaerobic biochemical processes is characterized in that the organic substances are in the form are generated by active sludge in the later, aerobic part and then continuously or intermittently transferred to the first, anaerobic part,
which is mainly intended for mechanical sedimentation and sludge digestion.
In this process, the organic substance that is desirable for the anaerobic biological process is produced during the subsequent cleaning process. This means that the part of the process after the completion of the primary sedimentation cannot take place under anaerobic, but under aerobic conditions. For this purpose at least two compartments are used, one for aeration and the other for sedimentation (clarification), an activated sludge process with the usual sludge recirculation can be carried out.
Part of this sludge, the so-called excess sludge, can be removed continuously or intermittently. The excess sludge is continuously or intermittently transferred to the anaerobic part (mainly in the first compartment) of the system, if necessary automatically. This mud is active; H. it has the aforementioned properties because it is easily decomposable and u. a. Contains protein, nitrogen, phosphorus and potash.
The method according to the invention is not to be confused with the above-described known process (for smaller ratios), which must be absolutely aerobic and all the wastewater and all the sludge is aerated from the start. If the system used for the known process is not extremely large or specially designed in some other way, the excess sludge, which has to be treated and rendered harmless over and over, represents a difficult problem.
In the method according to the invention, which is anaerobic-aerobic and in which the substances that can be deposited have been removed before the aerobic part, one already has a digester. If this absorbs the excess sludge, this is not only advantageous, but the amount of sludge supplied is also of minor importance for the required sludge volume.
<I> Exemplary embodiment </I> The method according to the invention is carried out using a wastewater digestion room, as described in the above-mentioned patents (see Gunnar Akerlindh: Biological reactions in Ab water digestion rooms, Schweizerische Bauzeitung, January 25, 1958, year 76 , Issue 4). This apparatus consists of five compartments, the first two of which are the anaerobic part and the last three are the aerobic part.
In the first compartment several tubes are provided for continuous or intermittent injection of air, with the purpose of combating the above-mentioned scum formation and effecting an improved volumetric performance and the removal of carbonic acid and hydrogen sulfide. Improved volumetric performance means longer residence time and an increase in treatment intensity. Corresponding tubes can also be provided in the other compartments, in particular the second and fifth compartments.
In this case, the air injection can serve as post-ventilation for further sludge degradation.
The third compartment represents the ventilation space of the activated sludge system. The abundant air supply required here is also expediently provided by immersing pipes. In the fourth compartment, where the clarification takes place, a mammoth pump is provided that returns the return sludge to the third compartment. The excess sludge is transferred by another mammoth pump from the fourth or fifth compartment, or from both, into the first and possibly also into the second compartment in order to promote the putrefaction there and to support a simultaneous removal.
It should be noted that air can also be supplied intermittently into the depth to stir up the sludge. Tests have shown that such brief aeration is practically harmless to sludge digestion. The sludge consistency can, however, be improved by the agitation and the mixing of different layers that may be effected, probably because this increases the likelihood of attack by the bacteria.