DD256506B1 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen nitrifikation - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Aufbereitung ammoniumhaltiger Wässer mit anschließender Denitrifikation in Kompaktreakioren.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ammoniumhaltige Rohwässer müssen zur weiteren Aufbereitung häufig einer Nitrifikation unterzogen werden, wobei Ammonium zu Nitrat oxidiert wird. Dabei können durch die Bildung des Nitrats vorgegebene Grenzwerte überschritten werden, die dan Einsatz von nitratreduzierenden Verfahren erfordern.

Ein effektives Verfahren der Nitrifikation ist die biologische Oxidation des Ammoniums. In den letzten Jahren sind hierzu speziell Rieseinimreaktoren entwickelt worden, die nach der Einarbeitung eine stabile Abbauleistung aufweisen, jedoch einen hohen Sauerstoffbedarf (3,6mg Огрго mg NH₄) aufweisen und auf Grund der erforderüchen Kontaktzeit ч'оп 20-30 min Bauhöhen um 5 m erfordern, wie z. B. in der Patentschrift WP 209354 beschrieben.

Für die Nitrateliminierung könr.u.. .'erschiedene Verfahren eingesetzt werden, so der Ionenaustausch, die Eliminierung von Makrophyten, die mikrooielle Denitrifikation im Festbett oder in der Wirbelschicht. An dieser Stelle soll η ir auf die biologische Denitrifikation in der Wirbelschicht eingegangen werden.

Die mikrobiellen Bedingungen werden anaerob oder anoxisch gewählt. Die Aufwuchsträger sind Sanri oder Aktivkohle, die mit Denitrifikanten beimpft werden. Um technische Kulturen gegen Fremdinfektionen zu schützen, wird z.B. beim Bionitverfahren mit 2 Kreisläufen gearbeitet, dem eigentlichen Prozeßkreislauf und dem Regenerationskreislauf für die Denitrifikantc.i.

Die bekannten Verfahren haben einen hohen Bedarf an Kohlenstoff als Nährstoff.

Zielstellung des im WP DD 256122 beschriebenen Reaktors zur biologischen anaerob-aeroben Behandlung von Wasser nach dem Wirbelschichtprinzip ist die Denitrifikation.

Dazu wird die Verfahrensführung unter Zusatz einer C-Quelle anaerob in einem Abstromwirbelbett begonnen. Das Wirbelbett wird aus einem schwimmfähigen Trägermaterial gebildet, das mit Denitrifikanten angeimpft ist, so daß unter den gegebenen Bedingungen die Denitrifikation abläuft. Da während der Denitrifikation die C-Quelle nicht soweit aufgebaut wird, daß das aufbereitete Wasser Trinkwasserqualität erreicht, ist im Außenring ein modifizierter belüfteter Schwimmkornfilter aus dem gleichen Trägermaterial angeschlossen, in dem die Kohlenstoffverbindungen biologisch abgebaut werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhöhung der Effektivität der biologischen Nitrifikation und Denitrifikation bei gleichzeitiger Senkung des Energieaufwandes für die Sauerstoffversorgung und Minimierung des Nährstoffbedarfs.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit Hilfe derer Ammonium biologisch oxidiert und im gleichen Reaktor die Denitrifikation der bei der Nitrifikation entstandenen Stickoxide durchgeführt wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem in einem Behälter zwei nach unten konisch ausgebildete Reaktorkammern unmittelbar übereinander angeordnet bind. In der ersten Reaktorkammer ist ein Eintauchtrockenfilter befindHch, der in seiner Schütthöhe so bemessen ist, daß die Aufenthaltszeit des Wassers in diesem Filter der erforderlichen Zeitspanne für die Umsetzung von NH₄ zu NO₂ entspricht. Im unteren Bereich des Eintauchtrockenfilters ist eine zusätzliche Belüftungseinrichtung

angeordnet. Die erste Reaktorkammer ist mit der zweiten über eine Leiteinrichtung verbunden, welche bis in den unteren, konisch ausgebildeten Teil der zweiten Reaktorkammer reicht und an ihrerr. unteren Ende eine Querschnittsverengung aufweist.

In derzweiten Reaktorkammer ist eine Schicht aus gekörntem Trägermaterial angeordnet, die 10-30% des Reaktorvolumens einnimmt und zu 40-60% aus einem adsorptiv wirkenden Material mit einer spezifischen Dichte von 1,2g/cm³ und zum restlichen Teil aus einem nicht adsorptiv wirkenden Material mit einer spezifischen Dichte von 0,5 bis kleiner 1 g/cm³ besteht.

Das zu behandelnde ammoniumbelastete, optisch klare Rohwasser wird zuerst über den mit Nitrifikanten beimpften schwimmenden Eintauchtrockenfilter geleitet, dessen Schütthöhe so bemessen ist, daß die Aufenthaltszeit des Wassers in diesem Filter der erforderlichen Zeitspanne für die Umsetzung von NH₄ zu NOj entspricht. Die O₂-Versorgung ist so festgelegt, daß pro Milligramm Ammonium etwa 2,7 mg O₂ zur Verfügung stehen. Unter diesen Bedingungen finden nur die Nitrifikanten der ersten Stufe wie Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrosolobus, Nitrospira die für ihr Wachstum erforderlichen Lebensbedingungen, und die Nitrifikation bricht bei Erreichen der Nitritstufe ab.

Anschließend wird das Wasser über die Leiteinrichtung der zweiten, im gleichen Behälter integrierten Filterstufe zugeführt.

Dabei strömt das zu behandelnde Wasser durch die Quer^chnittsverengung am Ende der Leiteinrichtung knapp oberhalb des Reaktorbodens mit einer hohen Geschwindigkeit von 1,5-10m/s aus, wird umgelenkt und durchströmt den Reaktor unter Ausschluß von Sauerstoff von unten nach oben. Die ausgespülte Biomasse ь-is der ersten Reaktorkammer wird im Denitrifikationsabschnitt als C-Quelle und Enzymträger verwertet. Dabei führen die erzwungenen anaeroben Bedingungen und die Verwirbelung des Trägermaterials zur Autolyse der Nitrifikanten.

Kohlenstoff und Enzyme werden am adsorptiven Trägermaterial der 2. Reaktorkammer adsorbiert und damit im Reaktorabschnitt angereichert.

Nach Animpfung mit Denitrifikanten bestehen damit die entsprechenden Lebensbedingungen für eine mikrobielle Denitrifikation. Durch die Dichte des adsorptiven Materials kommt es nur zu einer geringen Expansion, d.h. es entsteht kein Wirbelbett, sondern ein aufgelockertes Fließbett.

Das spezifisch leichtere, nicht adhäsiv v/irkende Trägermaterial in der 2. Re/iktorkammer schichtet sich über dem Fließbett als Wirbelbett ein.

Es bewächst ebenfalls und wirkt auf Grund der Erweiterung des Reaktorquc; schnittes und der damit verbundenen Verringerung der Fließgeschwindigkeit gleichzeitig als Filter, so daß über den Ablauf ein weitgehend schwebstorf 'reies Wasser entnommen wird.

Die produzierte Biomasse wird immer wieder als Nährstoffgrundlage in die biologischen Prozesse einbezogen. Dadurch kommt das System weitgehend ohne zusätzliche Nährstoffzufuhr aus, wobei die Ausgangsbelastung des Rohwassers mit organischen Stoffen in der Denitrifikationsstufe voll zur Verfügung steht, da die'Nitrifikanten ihren C-Bedarf aus dem СОг der Luft decken. Ein weiterer Vorteil besteht in einer sehr geringen Produktion von ".iberschußbioimsse.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet die Rückhaltung von Biomasse, C-Quelle und autochthonen Enzymen im Reaktor sowie eine äußerst optimale energie- und nährstoffsparende Verfahrensweise durch die Nutzung aller Zwischenprodukte und Beeinflussung der Bildung der gewünschten Zwischenprodukte und Milieubedingungen.

Ausführungsbeispiel

Das Wasser mit einem pH-Wert größer 7 und kleiner 8,5, einem Ammoniumgehalt von etwa 1,8 mg/l und einem Nitratgehalt von 40mg/l wird über eine Verteilungseinrichtung 3 (Verdüsung) gleichmäßig in die Reaktorkammer 1 (Filterfläche 1 m²) eingebracht. In der Reaktorommer 1, die mit vorgescha.. mten Polystrolkugeln 4 (Schütthöhe = 1 m, dw = 5mm) wird bei einer FiltrationsgeiChwindigkeit von 10m/h NH₄ zu NOj und teilweise zu NO3 umgesetzt. Über eine Belüftungseinrichtung, die sich in Reaktorkamr.¹ ier 1 unmittelbar über dem Einstauwasserspiegel (ist durch die Ablaufieitung 9 festgelegt) befindet, kann bei Bedarf zusätzlich be'üftet werden. Durch die schräge Anordnung der Bodenfläche (45°) im Sammelraum 5 werden die absetzbaren Stoffe zusammen mit dem Prozeßwasser über die Leiteinrichtung 6 (NW80) in die Reaktorkammer 2 befördert. Durch eine Verkleinerung des Querschnittes der Leiteinrichtung, an deren Ende (von außen verstellbare Düse, eingestelltauf 30 mm) etwa 20cm über der Entleerung, wird eine Strömung erzeugt, die das Aufwuchsträgermaterial der Reaktorkammer 2 durchwirbelt. Durch die trichterförmige Gestaltung des Bodens der Reaktorkammer 2 wird die Aufstiepsgeschwindigkeit des Prozeßw?ssers verringert, und es stellt sich eine Klassifizierung der Trägermaterialien entsprechend ihr=¹: Dichte in einem Fließbett und einer darüberlagernden Wirbelschicht ein.

Das Trägermaterial besteht zu 60% aus gekörnter Aktivkohle mit einer Dichte von etwa 1 2g/cm³ und zu 40% aus gesintertem Polystyrol mit einer Dichte von 0,95g/cm³.

Die Trägermaterialien in Reaktorkammer 2 sind für die Denitrifikanten Siedlungsgrundlage und Nährstofflieferanten von adsorbierten Stoffen.

Durch die Leitung 9 wird das Wasser der nächsten Aufbereitungsstufe zugeführt. Eine Be- und Entlüftung 10 ist zur Vermeidung von Unterdruck und zur Ableitung von Gasen angeordnet. Folgende Ablaufkonzentrationen wurden gemessen:

NH₄-0,2 mg/l NO₂-O₁I mg/1 NO₃-30 mg/l.

Bei höheren Ammoniumgehalten im Rohwasser ist zum einen durch die Zusatzbelüftung eine entsprechende Zugabe von Luft möglich und zum anderen der Wasserzulauf zu dröseln, wobei die Kontaktzeit im Filter erhöht wird. Weiterhin können durch Vergrößerung der Reaktionsraumb die Stoffumsäi dbenfalls erhöht werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur biologischen Behandlung von Wasser, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Behälter гѵѵеі nach unten konisch ausgebildete Reaktorkammern unmittelbar übereinander angeordnet sind, wobei Reaktorkammer (1), in der der Eintauchtrockenfilter befindlich ist, der in seiner Schütthöhe so bemessen ist, daß die Aufenthaltszeit des Wassers in diesem Filter der erforderlichen Zeitspanne für die Umsetzung von NH₄ zu NO₂ entspricht, mit Reaktorkammer (2) über eine Leiteinrichtung (6), welche bis "n den unteren konisch ausgebildeten Teil von Reakiorkammer (2) führt und an ihrem unteren Ende eine Querschnittsverengung aufweist, verbun len ist und in Reaktorkammer (2) eine Schicht aus gekörntem Trägermaterial angeordnet ist, welche zu 40—60% aus einem adsorptiv wirkenden Material (7) mit einer spez. Dichte von 1,2g/cm³ und zum restlichen Teii aus einem nicht adsorptiv wirkenden Material (8) mit einer spezifischen Dichte von 0,5 bis kleiner 1 g/cm³ besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine zusätzliche Belüftungseinrichtung im unteren Bereich des Eintauchtrockenfilters angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das körnige Material in Reaktorkammer (2) 10-30% des Reaktorvolumens einnimmt.