CH627147A5

CH627147A5 -

Info

Publication number: CH627147A5
Application number: CH353078A
Authority: CH
Inventors: Roberto Dr Sc Techn Mona; Juergen Gnieser
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1981-12-31
Also published as: DE2815199C3; ATA247978A; GB2017672B; IT1113221B; DE2815199B2; IT7921438A0; JPS6315039B2; JPS54142868A; FR2421848A1; US4231862A; ES478463A1; FR2421848B1; GB2017672A; AT355519B; DE2815199A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes für die Wiederverwendung in nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden Abwasserreinigungsstufen, wobei der zu konservierende Belebtschlamm-Anteil mit einem Gas gespült wird.

Müssen nach dem Belebtschlamm-Verfahren arbeitende Abwasserreinigungsstufen bei stark schwankenden Belastungen arbeiten, deren Schwankungsbreite relativ lang — beispielsweise Tage — ist oder erfährt bei ihnen der Rohwasseranfall gar einen Unterbruch in der Grössenordnung von ebenfalls Tagen, so ergeben sich bei plötzlich ansteigender Belastung bzw. dem Wiederanfahren Schwierigkeiten, weil die für das Erlangen der notwendigen Reinigungsleistung erforderlichen, aeroben Mikroorganismen nicht in der erforderlichen Menge oder mit der erforderlichen Aktivität vorhanden sind. Während einer relativ langen Anfahr-zeit arbeiten derartige Stufen daher mit reduzierter Wirksamkeit. Zur Überwindung dieses Nachteils ist es bekannt (DE-OS 24 46 289; J. Gnieser «Der spezifische Sauerstoffbedarf als Regelgrösse für aerobe biologische Systeme» in der Zeitschrift «Chemische Rundschau» Nr. 6/1978), während des Normalbetriebs immer anfallenden aktiven Über-schuss-Schlamm in einem Behälter zu speichern und mit Hilfe einer Belüftung sowie unter Umständen durch Zugabe von Nährstoffen am Leben zu erhalten; bei Bedarf wird dieser Schlamm dann als zusätzlicher Belebtschlamm wiederum in die Reinigungsstufe eingespeist.

Tritt nun beispielsweise ein Abwasserunterbruch ein, so «ruht» der gespeicherte Belebtschlamm in dem Behälter und wird nicht ständig erneuert und ausgetauscht. Sofern dem gespeicherten Belebtschlamm daher während solcher

Stillstandszeiten nicht Nährstoffe zugeführt und er nicht gleichzeitig belüftet wird, wird seine aktive Biomasse dabei ständig kleiner, weil eine Selbstveratmung stattfindet, d.h. ein Teil der aktiven Biomasse abgebaut und zersetzt wird, um als Nährstoff für den Rest zu dienen.

Die Bereitstellung der für eine Nährstoffzugabe notwendigen Anlageteile und der Verfahrensbetrieb der Nährstoffzugabe selbst, ergeben für derartige Anlagen und Verfahren einen zusätzlichen Aufwand. Aufgabe der Erfindung ist es, für die Konservierung von aktivem, aerobem Belebtschlamm ein Verfahren zu schaffen, bei dem dieser zusätzliche, anlageseitige und betriebliche Aufwand entbehrlich wird. Die erfindungsgemässe Löung dieser Aufgabe besteht darin, dass für die Spülung ein Gas verwendet wird, das aus Kohlendioxid (COz) besteht oder solches enthält und sauerstofffrei oder an Sauerstoff (02) gegenüber Luft verarmt ist. Das Spülgas kann vorteilhafterweise höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff, mindestens 10 Vol.-% Kohlendioxid und gegebenenfalls als Restgas Edelgas und/oder Stickstoff bis zu 90 Vol.-% enthalten.

Die Wirksamkeit des neuen Verfahrens, bei dem für die Konservierung dem aktiven Belebtschlamm keinerlei Nährstoffe zusätzlich beigegeben werden müssen, wird durch im folgenden beschriebene Versuche nachgewiesen. Obwohl bisher dafür keine absolut gesicherte Erklärung gegeben werden kann, wird angenommen, dass im Belebtschlamm derartiger biologischer Abwasserreinigungsstufen als Mikroorganismen in erster Linie sogenannte fakultative Aerobier vorhanden sind, die sowohl mit als auch ohne Sauerstoff lebensfähig sind. Bei einem ausreichenden Sauerstoffpartial-druck atmen diese Organismen wie alle Aerobier, wobei als Endprodukt des Stoffwechsels im wesentlichen Kohlendioxid entsteht. Bei sinkendem Sauerstoffangebot und Vorhandensein von Kohlendioxid — das ja, wie gerade erwähnt, bei der Veratmung entsteht — stellt sukzessive eine immer grössere Anzahl dieser Organismen ihren Stoffwechsel auf sogenannte Gärungsprozesse um, wobei die Kohlendioxid-Konzentration in dem die Mikroorganismen umgebenden Wasser die Art des dann ablaufenden Gärungsprozesses stark beeinflusst. Dieser Einfluss kann nun summarisch als eine Verlangsamung der Stoffwechselvorgänge aufgefasst werden, was dann ähnlich wie bei der Kühlung oder Gefrierung zu einer Konservierung der ursprünglichen Zustände führt, so dass dann die Verluste an aktiver Biomasse durch Selbstveratmung, wie sie bei der Schlammstabilisierung durch Belüftung auftreten, weitgehend verhindert werden können. Diese Stoffwechseländerungen sind reversibel, d.h. bei erneutem Sauerstoffangebot beginnen diese Organismen wieder zu atmen.

Die vorstehende Erklärung der bei dem neuen Verfahren in dem zu konservierenden Belebtschlamm ablaufenden Vorgänge macht deutlich, dass das Spülgas zweckmässigerweise das oder die Abgase einer mit Luft oder Sauerstoff betriebenen, nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden biologischen Abwasserreinigungsstufe sein kann. Hierbei tritt der zusätzliche Vorteil auf, dass zum einen das benötigte Kohlendioxid praktisch kostenlos zur Verfügung gestellt wird, und dass zum zweiten die mit derartigen Anlagen verbundenen möglichen Geruchsbelästigungen stark reduziert werden. Es kann jedoch auch nützlich sein, als Spülgas technisch reines Kohlendioxid zu verwenden.

Lässt sich für die Abwassen-einigungsstufe ein Ansteigen oder ein Wiedereinsetzen der Belastung rechtzeitig voraussagen, was in sehr vielen Fällen — wie z.B. bei über Feiertage und Wochenende stilliegenden Anlagen für die Reinigung von Industrieabwässern — möglich ist, so kann man eine rechtzeitige Aktivierung des konservierten Belebtschlammes erreichen, wenn dieser vor seinem erneuten Ein-

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"iOf satz in einer derartigen Stufe eine gewisse Zeit mit einem Gas gespült wird, dessen Sauerstoffgehalt mindestens demjenigen der Luft entspricht.

Zur Einsparung von Platz und Investitionsaufwand ist es sinnvoll, wenn der für die Koservierung vorgesehene Belebtschlamm vorher eingedickt wird. Zur Durchführung des neuen Verfahrens lassen sich alle bekannten, bisher für die Belüftung vorgesehenen Einrichtungen und Anlagen — wie z.B. mechanische oder selbstansaugende Belüfter und/oder Blasensäulen — verwenden; der Gaseintrag und/oder die Durchmischung des Schlammes können verbessert werden, wenn darüberhinaus mechanische Rührwerke und/oder statische Mischelemente für die Durchführung des Verfahrens verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem die Konservierungswirkung einer Belüftung mit derjenigen nach dem neuen Verfahren verglichen wird, ohne dass bei beiden während der Stillstandszeit zusätzlich Nährstoffe zugegeben werden.

Zwei Doppelwand-Rührkessel von gleicher Geometrie mit gleichartigen, für die Belüftungsverfahren bekannten Rührorganen werden mit gleichen Mengen Belebtschlamm einer kommunalen biologischen Abwasserreinigungsstufe gefüllt, der einen Gehalt von 1 g/1 Trockensubstanz aufweist; für diese Trockensubstanz wird angenommen, dass in ihr zu Beginn bei allen Versuchen die gleiche Menge an Biomasse, d.h. an lebenden Organismen, enthalten ist. Diese Annahme wird durch die Messergebnisse in Zeile 1 der Tabelle am Schlus der Unterlagen bestätigt, wie noch beschrieben wird.

Der eine Rührkessel wird dann mit Luft begast, während im anderen technisch reines C02 zur Begasung verwendet wird; die Begasungsrate beträgt 0,05 WM (Volumen Gas pro Volumeneinheit des Kessels und Minute, was identisch ist mit 3 Nm3 Gas pro m3 und Stunde [Nm3/m3. h]). Zur Bestätigung der Aktivität des in jedem Kessel gespeicherten Schlammes wird in bestimmten zeitlichen Abständen als Indikator ein Substrat definierter Zusammensetzung den beiden Kesseln zugeführt. Dieses Substrat, durch das den Organismen vor allem organischer Kohlenstoff zugeführt wird, besteht aus einer Pepton-Lösung mit einem Gehalt an organischem Kohlenstoff von 100 Milligramm (mg) pro Gramm (g) Biomasse, d.h. wie vorstehend erwähnt, pro Gramm (g) Trockensubstanz. Für 100 mg an organischem Kohlenstoff sind in der Lösung darüberhinaus noch 0,01 mg Phosphat in Form von Dinatriumphosphat (Naj;HP04. 2 H20) enthalten. Die Zugabe der Substratlösung erfolgt stossartig mit Hilfe einer Einspritzung.

Gemessen wird in beiden Kesseln die Geschwindigkeit der Kohlenstoffelimination, d.h. der Verbrauch an organischem Kohlenstoff nach der Substratzugabe, woraus die Zeit bis zur Erreichung eines stationären Zustandes ermittelt wird. Der Abbau an organischem Kohlenstoff wird dabei durch in zeitlichen Abständen erfolgende Probeentnahmen und anschliessende Analyse in einem handelsüblichen automatischen Analysator für organischen Kohlenstoff bestimmt.

Für die Durchführung der Messungen wird auch der Kessel, in den während der Speicher- oder Ruhezeiten, d.h. während der Zeiten, in denen kein Indikator-Substrat zugeführt wird, Kohendioxid eingeleitet wird, nach Zugabe des Substratstosses mit Luft begast, und zwar solange bis der Substratstoss wieder abgebaut ist.

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Die Temperaturen beider Kessel werden mittels Thermostaten mit Hilfe der Doppelmäntel auf 15°C ± 1°C konstant gehalten. Der pH-Wert, mittels Elektroden gemessen, wird durch Zudosieren von 5%iger NaOH oder 5%iger H2S04 im Bereich von 6,5 bis 7,5 konstant gehalten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammen-gefasst, in deren vorderster Spalte dabei die Konservierungszeiten in Tagen d, d.h. das Alter des Schlammes seit seiner Entnahme aus einer in Betrieb stehenden Reinigungsstufe, eingetragen sind.

In der Tabelle sind als Messergebnisse Zeiten t50 und t95 angegeben, die die jeweiligen Zeiten in Stunden verkörpern, die der Belebtschlamm im Kessel benötigt hat, um jeweils 50% bzw. 95% des Substratstosses oder Schmutzstoffimpulses wieder abzubauen.

Die Spalten 1, 2 und 3 sind je einem unterschiedlichen Konservierungsverfahren zuzuordnen.

Spalte 1 gilt für eine Konservierung durch reine Belüftung ohne zusätzliche Nährstoff zugaben, abgesehen von der Einspritzung des Indikator-Substrates.

Bei Spalte 2 ist eine Konservierung nach dem neuen Verfahren mit Kohlendioxid durchgeführt worden, wobei die C02-Einspeisung bis unmittelbar zu dem Zeitpunkt der geschilderten Substratzugabe dauert; zu diesem Zeitpunkt ist auf die erwähnte Luftbegasung umgestellt worden, die solange beibehalten worden ist, bis nach einem solchen Substratstoss in dem konservierten Schlamm wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht, d.h. die durch diesen Stoss verursachte Störung, abgebaut ist.

Spalte 3 schliesslich betrifft eine Konservierung ebenfalls nach dem neuen Verfahren mit Kohlendioxid; hier wird jedoch die C02-Begasung etwa 1 Stunde vor dem Substratstoss auf eine Belüftung umgeschaltet, um die Aerobie der Mikroorganismen bis zum Beginn dieses Stosses anzuregen. Nach Erreichen des neuen stationären Zustandes wird, wie bei Spalte 2, jeweils wieder auf C02-Begasung übergegangen.

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Konservierung durch Begasung mit Kohlendioxid erhebliche Vorteile bringt und dann besonders erfolgreich ist, wenn man den konservierten Belebtschlamm vor einem erneuten Einsatz unter aeroben Bedingungen eine gewisse Zeit, wie z.B. in dem dargestellten Fall etwa 1 Stunde lang, wieder mit Luft oder einem mit Sauerstoff angereicherten Gas vorbehandelt.

Weiterhin bestätigen die für alle drei Konservierungsmethoden gemessenen, etwa gleichen Zeiten in der ersten Zeile, in der die Zeiten t50 und t95 für im Schlamm nach einem Tag ermittelte Biomasse, also praktisch die Biomasse im Frischschlamm, eingetragen sind, dass die erwähnte Annahme gleicher Startbedingungen, d.h. gleicher Biomasse zu Beginn für alle drei Versuchsreihen, zu Recht unterstellt worden ist.

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Claims

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1. Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes für die Wiederverwendung in biologischen Abwasserreinigungsstufen, wobei der zu konservierende Belebtschlammanteil gespeichert und mit einem Gas gespült wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Spülung ein Gas verwendet wird, das aus Kohlendioxid besteht oder solches enthält und sauerstofffrei oder gegenüber Luft an Sauerstoff verarmt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff, mindestens 10 Vol.-% Kohlendioxid und gegebenenfalls als Restgas Edelgase und/oder Stickstoff bis zu 90 Vol.-% enthält.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas technisch reines Kohlendioxid verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas das Abgas einer mit Luft oder Sauerstoff betriebenen, nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden biologischen Abwasserreinigungsstufe verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konservierte Belebtschlamm vor seinem erneuten Einsatz in einer aeroben biologischen Abwasserreinigungsstufe eine gewisse Zeit mit einem Gas gespült wird, dessen Sauerstoffgehalt mindestens demjenigen der Luft entspricht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Konservierung vorgesehene Belebtschlamm vorher eingedickt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konservierung in einem Gefäss stattfindet, in dem eine gute Durchmischung des Belebtschlammes gewährleistet ist.