Die Erfindung betrifft ein Belebtschlammabwasserreinigungsverfahren, das sowohl zur Reinigung von rohem als auch von vorbehandeltem Abwasser dienen kann, um einen praktisch phosphorfreien Ablauf zu erhalten, der einem Vorfluter zugeführt werden kann.
Bei dem heute angewandten Belebtschlammverfahren wird das Abwasser den üblichen Filtrations- und Vorsedimentationsverfahren unterworfen, dann mit Belebtschlamm, der aus einem Absetztank im Kreislauf zurückgeführt wird, vermischt und die so erhaltene gemischte Flüssigkeit wird dann belüftet. Während der Belüftung der gemischten Flüssigkeit bewirken die vorhandenen Organismen die aerobe Zersetzung der Feststoffe, wodurch eine sehr starke Verringerung des biochemischen Sauerstoffbedarfs erzielt wird.
Herkömmliche Abwassereinigungsverfahren versagen gegenüber Phosphaten, die in organischen Abwässern und Waschmitteln vorhanden sind; diese werden mit dem Abfluss den Vorflutern zugeführt, z.B. Seen, Flüssen und Strömen. Diese Phosphate ergeben eine Überdüngung, bzw. Eutrophisierung der Gewässer, wodurch hässliche Algenblüten und ernsthafte Verschmutzungs- probleme entstehen.
Es ist bekannt, dass Belüftung der gemischten Flüssigkeit bei der Belebtschlammbehandlung eine anfängliche Phosphataufnahme durch vorhandene Mikroorga- nismen bwirkt. In der U.S. Patentschrift Nr. 3 236 766 ist ein Verfahren beschrieben, das dieses Phänomen zur Entfernung von Phosphaten aus Abwässern ausnutzt.
Nach dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren wird die Wasserstoffionenkonzentration des rohen Abwassers, falls erforderlich, auf einen pH-Wert-Bereich von etwa 6,2 bis etwa 8,5 eingestellt, das Abwasser wird dann mit Belebtschlamm vermischt, die so erhaltene gemischte Flüssigkeit wird so belüftet, dass ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 0,3 mg/Liter in der gemischten Flüssigkeit aufrechterhalten wird, und aus der gemischten Flüssigkeit wird ein phosphatreicher Schlamm abgetrennt, wodurch ein praktisch phosphatfreier Abfluss erhalten wird. Der phosphatreiche Schlamm wird zur Verminderung des Phosphatgehalts vor der Rückführung mit frisch einfliessendem Abwasser behandelt.
Diese Behandlung kann durchgeführt werden, indem der phosphatreiche Schlamm mehrere Stunden unter anaeroben Bedingungen gehalten wird oder dass er 10 bis 20 Minuten lang bei einem pH-Wert von weniger als 6,5 gehalten wird. Die anaeroben Bed#ngungen und der saure pH-Wert bewirken, dass beträchtliche Mengen an intracellularem Phosphat aus dem Schlamm in eine flüssige Phase übertreten.
Es sind seitdem verschiedene andere Verfahren zur Verminderung des Phosphatgehalts von phosphat- reichem Schlamm im Anschluss an die Belüftungsstufe eines Belebtschlammverfahrens vorgeschlagen worden.
In den U.S. Patentschriften Nr. 3 385785 und 3 390077 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Wasserstoffionenkonzentration des phosphatreichen Schlamms auf einen pH-Wert von etwa 3,5 bis 6,0 eingestellt wird und bei dem der Schlamm so lange in Kontakt mit einem wenig Phosphat enthaltenden wässrigen Medium gerührt wird, bis wasserlösliches Phosphatmaterial aus dem Schlamm in die wässrige Phase übergegangen ist. Das mit Phosphat angereicherte wässrige Medium wird von dem Schlamm mit vermindertem Phosphatgehalt abgetrennt, der dann im Kreislauf zur Bildung der gemischten Flüssigkeit zurückgeführt wird.
Die U.S. Patentschrift Nr. 3 522 171 beschreibt ebenfalls ein Behandlungsverfahren für Schlamm zur Verminderung des Phosphatgehalts vor der Rückführung als Keimmaterial in die Belüftungszone des Belebtschlamm- systems. Bei der in dieser Patentschrift beschriebenen Methode wird unter anderem ein erstes Schlammkonzen- trat, das im Separator gewonnen wurde, stufenweise angesäuert, mit anschliessender Abtrennung eines zweiten Schlammkonzentrats. Dieses Konzentrat wird mit einem wenig Phosphat enthaltenden wässrigen Medium verdünnt, und ein drittes Schlammkonzentrat, welches das im Kreislauf zu führende Mikroorganismenkonzentrat mit vermindertem Phosphatgehalt ist, wird abgetrennt.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, eine chemische Phosphat-Fällbehandlung mit biologischer Phosphatentfernung zur Abwasserreinigung zu kombinieren.
In den U.S. Patentschriften Nr. 3 409 545 und 3 386 911 werden Verfahren beschrieben, bei denen rohes Abwasser zuerst mit Kalk behandelt wird, um einen Teil des Phosphatgehalts auszufällen. Der Abfluss wird dann mit Belebtschlamm vermischt und belüftet, so dass der Stoffwechsel der Mikroorganismen den Phosphatgehalt aufbraucht.
In der U.S. Patentschrift Nr. 3 480 144 ist die Zugabe eines Phosphatfällmittels direkt zur Belüftungszone eines Belebtschlammverfahrens beschrieben. Wegen des grossen Volumens des im Belüftungstank vorhandenen Materials und der verhältnismässig geringen Phosphatkonzen- tration ist ein grosser Überschuss an Fällmittel erforderlich, beispielsweise etwa die doppelte der stöchiome- trisch erforderlichen Menge.
Die Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur Abwasserreinigung können durch das erfindungsgemässe Belebtschlammabwasserreinigungsverfahren überwunden werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass rohes Abwasser mit Belebtschlamm, der ausgefällte Phosphatteilchen enthält, vermischt wird, dass die so erhaltene gemischte Flüssigkeit einer Belüftungszone zugeführt wird, in der sie zur Verminderung des biochemischen Sauerstoffbedarfs und zur Förderung der Phosphataufnahme durch die vorhandenen Mikroorganismen belüftet wird, dass der mit Phosphat angereicherte Schlamm von der gemischten Flüssigkeit abgetrennt wird, um einen im wesentlichen phosphatfreien Abfluss zu erhalten, dass der mit Phosphat angereicherte Schlamm einer Phosphatabscheidungszone zugeführt wird, in der der Schlamm behandelt wird, damit die im Schlamm vorhandenen Mikroorganismen Phosphat in die flüssige Phase abgeben,
dass dem Schlamm ein Phosphatfällmittel zugesetzt wird, um das in Wasser gelöste Phosphat auszufällen und dass der Schlamm, der die ausgefällten Phosphatteilchen enthält, zum Vermischen mit neuem Abwasser im Kreislauf zurückgeführt wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird eine Verminderung des Phosphatgehalts und eine Verringerung des biochemischen Sauerstoffbedarfs in dem behandelten Abwasser erzielt. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass herkömmliche Abwasserreinigungsanlagen angewendet werden können. Ferner erfolgt dadurch eine Verbesserung der Absetzeigenschaften des Schlamms, was eine bessere Verringerung des biochemischen Sauerstoffbedarfs und bessere Entfernung der suspendierten Feststoffe ermöglicht.
Anhand der beiliegenden Zeichnung, in der ein Fliessdiagramm eines Phosphatabtrennprozesses darge stellt ist, wird eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens näher erläutert.
In der Figur wird ein Strom rohen Abwassers durch herkömmliche Sieb- und Kiesfangvorrichtungen geführt und dann entweder direkt oder nach Vorklärung in einem Primär-Absetztank 2, aus dem Primärschlamm durch Leitung 3 entfernt wird, mit einer Mischung aus im Kreislauf geführten im folgenden beschriebenen Belebtschlamm und ausgefälltem Phosphat zu einer gemischten Flüssigkeit vermischt und durch Leitung 4 dem Belüftungstank 5 zugeführt. In dem Belüftungstank wird die gemischte Flüssigkeit mindestens in einem Teil des Belüftungstanks 1 bis 8 Stunden lang in solchem Ausmass belüftet, dass aerobe Bedingungen herrschen, d.h. dass eine messbare Menge an Sauerstoff in der gemischten Flüssigkeit vorhanden ist. Während der Belüftung nehmen die vorhandenen Bakterien Phosphat auf und verbrauchen in dem Abwasser vorhandenes organisches Material.
Die Teilchen des ausgefällten Phosphats, die dem Belüftungstank zusammen mit dem in Kreislauf geführten Schlamm zugeführt worden sind, bilden eine grosse Oberfläche, die Mikroorganismen und die für den Stoffwechsel und das Wachstum der Mikroorganismen erforderlichen Nährmittel anzieht und die Phosphatauf- nahme der Mikroorganismen verbessert. Während der Belüftung wird der biochemische Sauerstoffbedarf in starkem Masse verringert.
Nach der Belüftung wird die gemischte Flüssigkeit in einen Sekundärabsetztank 6 eingespeist. In dem Sekundärabsatztank 6 setzt sich eine Mischung aus an Phosphat angereichertem Schlamm und Teilchen von Phosphatniederschlag ab und wird von der Flüssigkeit abgetrennt. Das Vorhandensein des ausgefällten Phosphats verbessert die Absetzeigenschaften des Schlammes, da die Dichte der Mischung aus Schlamm und ausgefälltem Phosphat grösser ist als die des Schlamms allein. Der Schlamm enthält einen wesentlichen Teil des in dem Abwasser vorhandenen Phosphats. Der im wesentlichen phosphatfreie Abfluss wird in herkömmlicher Weise durch Leitung 7 abgeführt.
Die Mischung aus mit Phosphat angereichertem Schlamm und Teilchen von Phosphatniederschlag wird durch Leitung 8 aus dem Absetztank 6 entfernt. Ein Teil der Mischung, vorzugsweise etwa 5%, kann als Abfall verworfen werden und der Rest wird dem Phosphatabscheider 9 zugeführt. In dem Phosphatabscheider 9 wird die Mischung aus mit Phosphat angereichertem Schlamm und Teilchen von Phosphatniederschlag behandelt, um den Mikroorganismen in dem Schlamm das Phosphat zu entziehen. Diese Behandlung kann darin bestehen, dass die Mischung entweder unter anaeroben Bedlingung gehalten wird, wie es in der U.S. Patentschrift Nummer 3 236 766 beschrieben ist, oder dass die Mischung, wie in der U.S.
Patentschrift Nr. 3 654 146 beschrieben ist, belüftet wird oder aber, dass die Wasserstoffionen- konzentration der Mischung auf einen geeigneten pH Wert, beispielsweise unter 6,5, eingestellt wird und dass die Mischung mindestens 10 Minuten lang bei diesem pH-Wert belassen wird. Diese Behandlung bewirkt, dass die in dem Schlamm vorhandenen Mikroorganismen das Phosphat, das sie in dem Belüftungstank 5 aufgenommen haben, abgeben. Das Phosphat tritt aus dem Schlamm in die flüssige Phase über.
Ein Phosphatfällmittel, z.B. ein Aluminium- oder Eisensalz oder ein Alkali, wie z.B, Kalk, wird aus dem Vorrat 10 dem Phosphatabscheider 9 in einer zur Ausfällung des löslichen Phosphats des Schlamms ausreichenden Menge zugesetzt. Das Phosphatfällmittel kann dem Phosphatabscheider entweder zusammen mit dem an Phosphat angereicherten Schlamm oder getrennt davon zugesetzt werden. Wahlweise kann das Phosphatfällmittel dem Schlamm in einem besonderen Tank im Anschluss an die Phosphatabscheidungsstufe zugesetzt werden. Wegen des im Vergleich zum Volumen der gemischten Flüssigkeit im Belüftungstank verhältnismässig geringen Volumens des Schlamms ist erheblich weniger Phosphatfällmittel erforderlich, als wenn dieses dem Belüftungstank zugesetzt werden würde.
Die Mischung aus Belebtschlamm und ausgefällten Phosphatteilchen wird aus dem Phosphatabscheider entfernt und durch Leitung 11 zur Vermischung mit rohem Abwasser dem Belüftungstank 5 zugeführt.
Nach der vorliegenden Erfindung wird unlösliches ausgefälltes Phosphat zusammen mit dem Belebtschlamm zurückgehalten und als mit Phosphat angereicherter Abfallschlamm teilweise aus dem System entfernt. Dies kann nach herkömmlichen Abwasserreini- gungsverfahren durchgeführt werden und erfordert keine zusätzlichen Apparaturen. Darüber hinaus können vorhandene Abwasserreinigungsanlagen verwendet werden, da ein Eindick- und Absetztank, aus dem eine überstehende Flüssigkeit entfernt wird, was spezielle Kontrollvorrichtungen erforderlich macht, nicht benötigt wird.
Wenn ferner eine mit Phosphat angereicherte überstehende Flüssigkeit vom Schlamm abgetrennt wird und die überstehende Flüssigkeit anschliessend mit einem Phosphatfällmittel behandelt wird, bleibt ein Teil des löslichen Phosphats im Belebtschlamm. Nach der vorliegenden Erfindung wird nicht nur der dekantierbare Teil, sondern praktisch das gesamte lösliche Phosphat aus dem Schlamm entfernt. Dieses erhöht die Wirksamkeit des Verfahrens und vermindert die Belüftung, die erforderlich ist, um die Phosphataufnahme durch die Mikroorganismen im Belüftungstank 5 zu bewirken.
Im folgenden wird anhand eines Beispiels eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.
Beispiel
Die Wasserstoffionenkonzentration eines rohen Abwassers wird auf einen pH-Wert von 7 bis 8 eingestellt und durch herkömmliche Sieb- und Kiesfangein- richtungen geleitet. Das rohe Abwasser [ 3 785400 Liter pro Tag (1 000 000 gpd, gallons per day)#, das 100 ppm Feststoff enthält, wird mit im Kreislauf geführtem Belebtschlamm [ 719226 Liter pro Tag (119000 gpdll, der 500 ppm Phosphatniederschlag enthält, vermischt. Die gemischte Flüssigkeit wird in eine Belüftungszone eingespeist und 6 Stunden lang mit einer Menge von 37,5 Liter Luft pro Liter Abwasser (5 Kubikfuss Luft pro Gallone Wasser) belüftet. Die aus der Belüftungszone abfliessende gemischte Flüssigkeit wird in einen Sekundärabsetztank eingespeist.
Das geklärte Abwasser, das praktisch frei von Phosphat ist, wird nach der Chlorierung in einer Menge von 3 7854000 Liter pro Tag (1 000000 gpd) dem Abfluss zugeführt. Die abgesetzte Mischung aus mit Phosphat angereichertem Schlamm und Teilchen aus ausgefälltem Phosphat wird dem Sekundärabsetztank in einer Menge von 757080 Liter pro Tag (200000 gpd) entnommen. Ein Teil ¯ [ 37854 Liter pro Tag (10000 gpd) ] wird als Abfallschlamm verworfen, während der Rest einem anaeroben Phosphatabscheider zugeführt wird, in dem er mehrere Stunden unter anaeroben Bedingungen gehalten wird. Die in dem Abscheider herrschenden Bedingungen bewirken, dass beträchtliche Mengen des intracellularen Phosphats in die flüssige Phase übertreten.
Eine stöchiometrische Menge von Alaun, die erforderlich ist, um das lösliche vorhandene Phosphat auszufällen, wird dem Schlamm zugesetzt, und die Mischung aus Schlamm und ausgefälltem Phosphat wird zum Vermischen mit einfliessendem rohen Abwasser im Kreislauf zurückgeführt.