DD300362A5

DD300362A5 - Verfahren und reaktor zur anaeroben-aeroben abwasserbehandlung mit erhoehter c-, p- und n-eliminierung

Info

Publication number: DD300362A5
Application number: DD34385190A
Authority: DD
Original assignee: Inst Wassertechnologie Gmbh
Priority date: 1990-09-06
Filing date: 1990-09-06
Publication date: 1992-06-04
Also published as: DD300362A7

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser mit einer erhöhten C-, P- und N-Eliminierung unter Verwendung von verwirbelbaren Trägermaterialien in kleinen und mittleren Anlagen zur Abwasserbehandlung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ausgehend von den bekannten Verfahrensschritten einer gleichzeitigen C-, P- und N-Eliminierung werden in der Literatur verschiedene verfahrenstechnische und apparative Lösungen mit und ohne Trägerfixierung beschrieben. In DE 3215404 wird festgestellt, daß insbesondere bei der Phosphatentfernung die Biomasse abwechselnd aeroben und anaeroben Verhältnissen ausgesetzt werden sollte. Deshalb wird vorgeschlagen, daß das Abwasser in mindestens zwei Reaktionszonen behandelt und die Behandlung in einem zeitlichen Zyklus unter aeroben, anaeroben und gegebenenfalls

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anoxischen Bedingungen durchgeführt wird. Die auf dem Trägermaterial Txierte Biomasse bleibt dabei in der jeweiligen Reaktionszone und wird in einem speziellen zeitlichen Zyklus aeroben, anaeroben und anoxischen Bedingungen unterworfen. Die beschriebene Vorrichtung erfordert einen hohen Aufwand hinsichtlich zusätzlicher Einbauten sowie notwendiger Stouer- und Regelungsmechanismen.

In der Literatur werden eine Reihe weiterer Verfahren und entsprechende Einrichtungen zur kombinierten P- und N-Eliminierung beschrieben. So werden z. B. in DE 3301643 ein Verfahren und eine Vorrichtung dargestellt, mit dem Trägermaterial von der anaeroben, gegebenenfalls über die anoxische zur aeroben Zone befördert und gleichzeitig eine gleiche Menge an Trägermaterial aus der aeroben Zone über die anoxische zur anaeroben Zone zurückbefördert werden. Die anaerobe Zone ist in einer Ausführungsform als Wanderbett ausgebildet. Diese Erfindung ist nur mit einem hohen apparativen Aufwand realisierbar. Zusätzliche Fördereinrichtungen erhöhen die Betriebs- und Wartungskosten so . ie die Störanfälligkeit erheblich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Reduzierung der Aufwendungen für eine komplexe C-, P- und N-Eliminierung bei der Abwasserbehnndlung speziell in kleinen und mittleren Belebtschlammanlagen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein Verfahren und einen Reaktor unter Nutzung von verwirbelbaren Trägermaterialien und einer Belüftungseinrichtung unterschiedliche Zonen erhöhter C-, P- bzw. N-Eliminierunqsleistungen auszubilden, die die Vorteile einer wechselnden anaerohen-aeroben Abwasserbehandlung nutzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die in einem Reaktor enthaltenen verwirbelbaren Trägarmaterialien zur Immobilisierung von Biomasse über eine unbelüftete Fließbettzone und eine belüftete Wirbelbettzone im Kreislauf geführt werden. Dir selbsttätige Entnahme des Trägermaterials aus der Fließbettzone und Wiederzuführung in diese Zone erfolgen durch die Verwirbelung mittels einer in der Wirbelbettzone angeordneten Intensivbelüfteranlage. Die Trägermaterialien werden aus der beidseitig offenen Fließbettzone von einem Ende mitgerissen und lagern sich am gegenüberliegenden Ende dieser Zone wieder an. Dadurch fließt das Trägermaterial in der unbelüfteten Zone langsam in Richtung Entnahmestelle und wird anschließend in der belüfteten Zone verwirbelt. Rücklaufschlamm und/oder ein Teilstrom aus dem Reaktorablauf werden ganz oder teilweise in die unbelüftete Fließbcti^one eingeleitet. Das zu behandelnde Abwasser wird ebenfalls gun; oder teilweise in diese Zone eingeleitet.

ErfindungsgemäC wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß der flonkior durch eine oder mehrere Leitwände in eine belüftete Wirbelbettzone und eine unbelüftetd Fließbettzone unterteilt ist. Die Belüftung in der Wirbelbettzone erfolgt mittels Intensivbelüfter. Eine grobblasige Belüftung erfolgt mit einam Tauchstrahler von oben oder einem Druckbelüftungssystem vom Reaktorboden aus. Die Leitwände reichen von oberhalb des Reaktorbodens bis kurz oberhalb des Wasserspiegels (10 bis 150mm). Der Zulauf für Abwasser, Rücklaufschlamm und/oder einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf mündet in die Fließbettzone. Das Abwasser kann bei Vorwendung eines Tauchstrahlbelüfters ganz oder teilweise über diosen zugeführt werden. Im gesamten Reaktor ist körniges oder stückiges, verwirbelbares Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95 g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 30mm enthalten.

Der Abzug für behandeltes Abwasser ist mit einer Einrichtung zur Trägermaterialrückhaltung versehen. Der Volumenanteil der Fließbettzone am Gesamtreaktorvolumen beträgt 5 bis 40%. Im Reaktor ist so viel Trägermaterial, daß die Fließbettzone im Bereich der Tauchwände gefüllt ist. In der Wirbelbettzone ist im Betriebszustand ein Anteil von 10-40Vol.-% Trägermaterial enthalten. Bei Verwendung eines Tauchstrahlbelüfters anzuordnen, wobei dessen Flüssigkeitszuführung aus dem Ablauf des Reaktors selbst oder über den Zulauf erfolgt.

Unter dem Mündungsquerschnitt des Tauchstrahlbelüfters kann axialzentrisch ein Führungsrohr angeordnetsein, dessen Oberkante sich im Betriebszustand unter dem Wasserspiegel befindet.

Bei Verwendung von Druckluftbelüftern sind diese vorzugsweise seitlich am Boden der Wirbelbettzone anzuordnen. Die Funktion des Reaktors ist wie folgt:

Im erfindungsgemäßen Reaktor ist Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch sowie verwirbelbares Trägermaterial enthalten. Die Wirbelbettzone wird mittels Intensivbelüfter belüftet. Dadurch kommt es zu einer starken Verwirbelung der spezifisch leichten Aufwuchsträger und der suspendierten Biomasse. Aus der unteren Wirbelbettzone werden durch Umkehr- und Querströmungen Trägerteilchen ständig unter den Bereich der Fließbettzone abgelenkt. In der unbelüfteten Reaktorzone lagern sich durch den Auftrieb ständig Trägerteilchen an. Dadurch bildet sich ein kompaktes Fließbett aus, welches durch den Auftrieb der Trägerteilchen un J den Gegendruck an der Wasseroberfläche stabilisiert wird. Durch die ständige Anlagerung von Trägerteilchen an das untere Fließbett und durch deren Auftrieb wird ständig eine äquivalente Menge Trägermaterial in das aerobe Wirbelbett gedrückt. Dabei haben die Trägerteilchen kurzzeitig zusätzlichen Kontakt mit Luftsauerstoff. Im Fließbett entsteht somit eine langsame, jedoch ständige Bewegung der Aufwuchsträger von unten nach oben.

In das Fließbett können zu reinigendes Abwasser und rückgeführter Belebtschlamm zugeführt werden. Bei Verwendung eines Tauchstrahlbelüfters kann die Abwasserzuführung zumindest teilweise über diesen erfolgen. Durch suspendierte und immobilisierte Siomasse wird unter Nutzung der mit dem Abwasser zugeführten Nährstoffe an Nitrat gebundener und gelöster Sauerstoff innerhalb weniger Minuten verbraucht. Auf diese Weise entsteht aus dem anoxischen nach oben zunehmend ein anaerobes Fließbett. Durch die sich einstellenden Milieuverhältnisse und durch die in hoher Dichte vorhandene Biomasse werden biologisch nutzbare Kohlenstoffverbindungen und an dieses Milieu nicht angepaßte Mikroorganismen in niedermolekulare Verbindungen hydrolysiert. Bestimmte Hydrolyseprodukte werden durch P-speichernde Mikroorganismen aufgenommen und für den Baustoffwechsel genutzt. Als Energiequelle werden dafür intrazellulär gespeicherte Polyphosphate genutzt. Dadurch kommt es in der Fließbettzone zu einem Anstieg der Konzentration der gelösten Phosphate.

Die im Fließbett vorherrschenden anaeroben Milieuverhältnisse bedeuten für die P-spoichernden Organismen einen Selektionsvorteil. Weiterhin erfolgt eine Umwandlung organischer Stickstoffverbindungen in Ammonium.

Durch die Fließbewegung in dieser Stufe gelangen suspendierte und immobilisierte Biomasse anschließend in die aerobe Wirbelbettzone. In dieser Zone beträgt der Mindestsauerstoffgehalt 1,5g/cm³. Durch die Verwirbelung bildet sich auf der Trägeroberfläche ein dünner, physiologisch sehr aktiver Biofilm aus. Durch die Zerschlagung größerer Belebtschlammflocken wird ein weiterer Effekt erzielt, der sich auf die Stoffwechselintensität positiv auswirkt.

In der aeroben Wirbelbettzone erfolgen ein Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffo, eine Nitrifikalion von Ammonium und eine Eliminierung von Phosphat durch P-speichernde Mikroorganismen. Während die immobilisierte Biomasse mit den Trägern ständig im Reaktor verbleibt, verläßt ein Teil der suspendierten Biomasse mit dem behandelten Abwasser den Reaktor über den Ablauf. Ei ,1 Teil dieser Biomasse wird nach Abtrennung im Nachklärbecken bzw. als Teilstrom aus dem Reaktorablauf dem Reaktor erneut über das Fließbett zugeführt. Der Austrag der Träger wird durch eine spezielle Anordnung von Tauchwänden und durch Ausnutzung des relativ niedrigen spezifischen Gewichtes verhindert. Bei der Anordnung eines Tauchstrahlbelüfters kann dessen Flüssigkeitszuführung aus dem Reaktor selbst erfolgen. Durch diese Kreislaufführung über den Tauchstrahler ist es möglich, die Aufenthaltszeiten im Reaktor entsprechend der Belastung mit Abwasser zu variieren.

Eine erfindungsgemäße Variante besteht in der Trennung des Reaktorraumes durch eine Trennwand in zwei Teilreaktoren, wobei in jedem Teilreaktor eine oder mehrere Leitwände und ein Intensivbelüftersystem angeordnet sind. Der Zulauf für zu behandelndes Abwasser mündet in die Fließbettzone des arsen Teilreaktors. Der Zulauf für Rücklaufschlamm und einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf wird in die Fließbettzone beider Teilreaktoren eingeleitet. Der Ablauf des ersten Teilreaktors führt ebenfalls in die Fließbettzone des zweiten Teilreaktors.

Im ersten Teilreaktor ist geschlossenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 10mm, z. B. gesinterte Schaumpolystyrolflocken, enthalten. Im zweiten Teilreaktor befindet sich offenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,6 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 5 bis 30mm. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von PVC-Hohlzylinderkörpern (Raschigringe) mit je einer offenen Pore und/oder offenporige Schaumstoffkörper.

Die erweiterte Funktion dieser Ausführungsform ist wie folgt:

Durch den Intensivbelüfter werden Luftsauorstoff und Trägermaterial von der Oberfläche in den unteren Teil der Wi.'belbettzone befördert und dort verwirbeit. Ein Teil dor verwirbelten Träger gelangt unter das anaerobe Fließbett.

Die aufschwimmenden und aus den oberen anaeroben Fließbett abdriftenden Träger bilden in Oberflächennähe ein in Richtung des Intensivbelüfters bewegendes Fließbett. Die aufsteigenden Luftblasen passieren dieses Fließbett. Dadurch kommt es zur Anreicherung von Sauerstoff, und der Aerosolaustrag wird minimiert.

Das zu reinigende Abwasser, der Rücklaufschlamm und ein Teilstrom rückgeführten Mediums vom Ablauf des nachfolgenden Reaktors werden dem anaeroben Fließbett von oben zugeführt. Bei der Passage der Stufe wird ein Teil partikulärer Abwasserinhaltsstoffe rückgehalten. Unter Nutzung der im Abwasser enthaltenen Kohlenstoffverbindungen wird zugeführtes Nitrat denitrifiziert. Weiterhin erfolgen eine teilweise anaerobe Hydrolyse und Vergärung organischer Stoffe, die Ammonifikation organischen Stickstoffes und die Aufnahme spezieller Nährsubstrate durch eine teilweise anaerobe Hydrolyse und Vergärung organischer Stoffe, die Ammonifikation durch P-speichernde Mikroorganismen. Ein Teil der nicht an das Milieu angepaßten Mikroorganismen des Belebtschlammes wird selektiert und gleichfalls anaerob hydrolysiert. Die freigesetzten Kohlenstoffverbindungen können zur Denitrifikation genutzt werden.

Der erste Teilreaktor wird relativ hoch mit organischen Stoffen belastet (BSB-Raumbelastung größer 2 kg/m³, d). Durch die Anreicherung verschiedenartiger suspendierter und auf Trägermaterial in Form eines dünnen Biofilms immobilisierter Biomasse erfolgt ein schneller und weitgehender Abbau der organischen Stoffe. Begünstigend wirkt sich dabei aus, daß die relativ großen Belebtschlammflocken durch das Wirbelbett in kleinere, jedoch physiologisch aktivere Bruchstücke zerschlagen werden.

Bemerkenswert ist, daß sich in dieser Stufe bereits Nitrifikanten auf dem Trägermaterial ansiedeln.

Der weitgehende Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe, besonders während Belastungsspitzen, bildet die Voraussetzung für die biochemischen Wirkungen der nachfolgenden Stufe.

Das Material im zweiten Teilreaktor wird von Nitrifikanten und vor allem filtrierenden einzelligen Mikroorganismen besiedelt. Die Hohlräume bieten einen Schutz vor übermäßigem Abrieb der Biomasse. Demnach werden der Bewuchs durch die mechanische Beanspruchung im Wirbelbett und im Umkehrtauchstrahler in Grenzen gehalten. Die Dichte steigt nicht wesentlich an.

Aufgrund der niedrigen BSB-Raumbelastung kommt es in dieser Stufe zu starken Nitrifikationsprozessen. Das Nitrat wird in Teilströmen den anaeroben Fließbetten der ersten und zweiten Stufe zugeführt und dort zu molekularem Stickstoff denitrifiziert.

Dabei verbleibt das Trägermaterial mjt den speziellen Mikroorganismen in der jeweiligen Stufe.

Durch die spezielle Verfahreneführung und den Einsatz unterschiedlicher, den gewollten biologischen Prozessen angepaßten Aufwuchsträgern, wird die Schlammsyntheserate deutlich unter den Erfahrungswerten liegen. Es kommt weiterhin zu einem erhöhten Aufschluß biochemisch stabilerer organischer Stoffe. Der Anteil P-speichernder Mikroorganismen erhöht sich deutlich und wird damit eine weitergehende P-Eliminierung bewirken.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an vier Beispielen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: Reaktor mit Tauchstrahlbelüftung Fig. 2: Reaktor mit Druckluftbelüftung Fig. 3: zweistufiger Reaktor Fig. 4: dreistufiger Reaktor.

Beispiel 1

Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch wird aus dem trägermaterialfreien Ablauf 8 des erfindungsgemäßen Reaktors mit einem Tauchstrahlbelüfter 3 mit Druck mittig der Wirbelbettzone 2 des Reaktors zugeführt. Im Reaktor ist körniges Trägermaterial einer mittleren Dichte von 0,45g/cm³ und sinem mittleren Durchmesser von 3mm enthalten. Der Anteil der mit Trägermaterial

gefüllten Fließbettzone 1 am Gesamtreaktorvuiumen beträgt 25%. In der Wirbelbettzone sind etwa 30 Vol.-% Trägermaterial enthalten. Die zu beiden Seiten des rechteckigen, 3m hohen und 1,5m breiten Reaktors angeordneten Leiteinrichtungen 6 reichen von 80cm oberhalb des Reaktorbodens bis 10cm oberhalb der Wasseroberfläche. Sie nehmen die gesamte Breite des Reaktorsein.

Der Zulauf 7 für zu behandelndes Abwasser mündet in die Fließbettzone. Der Ablauf der dem Zulauf äquivalenten Menge Abwasser erfolgt über Tauchwände 5, die einen Austrag von Trägermaterial verhindern. Ein Teil der Biomasse wird nach Abtrennung in einem Nachklärbecken dem Reaktor über den Zulauf 7 zugeführt.

Beispiel 2

An den Außenseiten, längs eines 3 m hohen und 1,5 m breiten Reaktors sind Druckluftbelüfter 4 angeordnet. In der belüfteten Wirbelbettzone 2 befinden sich etwa 25VoI.-% Trägermaterial mit einer Dichte von 0,4-0,6g/cm³ und mit einem Durchmesser von 2-4 mm. Im Reaktor sind über die gesamte Länge beidseitig Leiteinrichtungen 6 angeordnet. Sie beginnen 1,50 m über dem Reaktorboden und enden 7cm oberhalb der Wasseroberfläche. Der Anteil der sich in der Mitte ausbildenden Fließbettzone 1 beträgt 30%. Die Fließbettzone 1 ist mit Trägermaterial gefüllt. Der Zulauf 7, der Ablauf 8 über Tauchwände 5 sowie die Zuführung ve π Rücklaufschlamm sind analog dem Beispiel 1 ausgebildet.

Durch den seitlichen Eintrag von Druckluft bildet sich zwischen Reaktorwand und Fließbettwand eine Schlaufenströmung aus, welche aufschwimmendes Trägermaterial wieder mit nach unten reißt, so daß sich dieses unter dem Fließbett 1 anlagern kann.

Es ist möglich, den Reaktor je nach Erfordernis bzw. den örtlichen Gegebenheiten in weiteren Ausführungsformen zu gestalten.

Bei einem runden Reaktor mit einem zusätzlichen Mittelrohr bildet sich die Fließbettzone je nach Anordnung der Belüftungseinrichtung außerhal ~> oder innen aus.

Weiterhin kann die Leiteinrichtuny vorzugsweise bei einem Längsreaktor nur einseitig angeordnet werden. Die Wirkungsweise ist dabei in Abhängigkeit der Höhen-Breiten-Verhältnisse analog den Ausführungsformen mit zwei oder mehreren Leiteinrichtungen.

Beispiel 3

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschreibt einen aus zwei 4 m hohen und 2 m breiten Teilreaktoren (9,10) bestehenden Reaktor. Beide besitzen ebenfalls je eine Wirbelbettzone 2 und eine Fließbettzone 1.

Im ersten Teilreaktor befinden sich 40Vol.-% (Schüttvolumen) gesintertes Schaumpolystyrol mit einer mittleren Dichte von 0,5g/cm³ und einem Durchmesser von 2-10mm.

Durch die Anordnung der Leiteinrichtungen 6, die 8cm über der Wasseroberfläche beginnen und bei einem Drittel der Reaktorhöhe enden, kommt es jeweils zur Herausbildung eines sich langsam von unten nach oben bewegenden, kompakten Fließbettes 1. Die Bewegung des Fließbettes 1 wird durch den Auftrieb der spezifisch leichten Träger bewirkt. Diese lagern sich unten an und fließen nach Passage des Bettes erneut in das angrenzende Wirbelbett 2 zurück. Das anaerobe Fließbett 1 nimmt etwa 10VoI.-% der beiden Teilreaktoren (9,10) ein. In beiden Teilreaktoren (9,10) sind weiterhin je eine Belüftungs- und Umwälzeinrichtung in Form eines Umkehrtauchstrahlers 3 angeordnet. Dur:h die Düse des Strahlers wird Wasser mit Druck über ein axia'zentrisch angeordnetes Führungsrohr 11 auf eine am Reaktorboden befindliche Verteilereinrichtung 12 gestrahlt.

Der obere Rand des trichterförmig ausgebildeten FUhrungsrohres 11 befindet sich 3cm unterhalb des Wasserspiegels.

Im Gegensatzzum ersten werden im zweiten Teilreaktor offenporige, schaumstoffartige Trägermaterialien oder ein Gemisch aus schaumsto'fartigen und geschlossenporigen Trägern mit größeren Hohlräumen (z. B. raschigringartige Kunststoffkörper) eingesetzt. Die Dichte der Träger beträgt 0,6-0,95g/cm³, und der Durchmesser bewegt sich vorzugsweise zwischen j bis 20 mm.

Der Ablauf das ersten zum zweiten Teilreaktor sowie der Ablauf 8 des zweiten Teilreaktors erfolgen über Tauchwände 5, die einen Trägermaterialaustrag verhindern. Die Rückführung eines Teilstromes aus dem Reaktorablauf 8 erfolgt über eine Pumpe 13 in die Fließbettzone 1 bzw. indiebeidenTauchstrahlbelüfter3.

Beispiel 4

Im ersten Teilreaktor 14 eines aus drei Teilreaktoren (14,15,16) bestehenden Poaktors befinden sich 25-40VpI.-% (Schüttvolumen) eines granulierten, geschlossenporigen, strukturierten Trägermaterials (gesintertes Schaumpolystyrol) mit einer Dichte von 0,35-0,95 g/cm³ und einem Komdurchmesssr von 2-10 mm. Jeder Teilreaktor hat wiederum ein Verhältnis zwischen Breite und Höhe von mindestens 1:2. Das Trägermaterial wird durch mittig angeordnete Druckluftbelüfter 4 so verwirbelt, daß sich im Teilreaktor 14 ein turbulentes Wirbelbett ausbildet.

Durch die seitliche Anordnung einer Leiteinrichtung 6 bildet sich ein kompaktes, langsam von unten nach oben bewegendes Fließbett aus. Die Fließbettzone 1 und deren Bewegung wird durch den Auftrieb der spezifisch leichten Träger bewirkt. Das obere Ende der Leiteinrichtung 6 ragt über die Wasseroberfläche. Die Fließbettzone nimmt etwa 15Vol.-% des ersten Teilreaktors 14 und 5Vol.-% des Gesamtreaktors ein.

Der Fließbettzone 1 werden das zu reinigende Abwasser, Rücklaufschlamm 17 sowie Medium aus dem dritten Teüreaktor 16 zugeführt. In dieser Stufe bilden sich anaerobe Milieuverhältnisse aus. Das hat (olgendo Wirkungen:

Denitrifikation von eingetragenem Nitrat, unaerobe Hydrolyse höhermolekularer organischer Stoffe in niedermolekulare, Ammonifikation von organisch gebundenem Stickstoff, Aufnahme niedermolekularer Nährsubstrata durch P-speichernde Mikroorganismen (dadurch Begünstigung des Wachstums dieser Mikroorganismen) und Selektion 'on Organismen des Belebtschlammes, die nicht an das anaerobe Milieu angepaßt sind.

Die letztgenannte Wirkung hat eine Senkung der Schlammsynthese zu Folge.

Der erste Teüreaktor 14 wird relativ hoch mit organischen Stoffen belastet. Die BSB-Haumbelastung beträgt hier mehr als 2kg

BSB₆An³ d.

Durch die Anreicherung verschiedenartiger suspendierter und auf Trägermaterial immobilisierter Mikroorganismen werden über 70% des BSB₆ abgebaut. Begünstigend wirkt sich auf die tliminierungsgeschwindigkeit aus, daß die relativ großen Belebtschlammflocken durch das Wirbelbett in kleinere, jedoch physiologisch wesentlich aktivere Bruchstücke zerschlagen werden. Auf den Oberflächen der Träger bildet sich ein dünner, sehr aktiver Biofilm aus. Bemerkenswert ist, daß sich in dieser relativ hochbelasteten Stufe bereits Nitrifikanten ansiedeln.

Der weitgehende Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe, besonders während Belastungsspitzen im ersten Teilreaktor 14, ist die Vorbedingung für die biochemischen Wirkungen in den folgenden Stufen.

Teilgereinigtes Abwasser und suspendierte Biomasse gelangen über einen Trägermaterial zurückhaltenden Ablauf 8 anschließend in einen zweiten Teilreaktor 15. Die immobilisierte Biomasse verbleibt mit den Trägern im ersten Teilreaktor 14. Die nachfolgende Stufe, sie nimmt etwa '/3 des Gesamtvolumens ein, ist zu 30 bis 50VoI.-% (Schüttvolumen) mit einem schaumstoffartigen, offenporigen Trägermaterial gefüllt. Der Durchmesser der Träger ist so bemessen, daß während der Belüftungsphase annähernd der gesamte Schaumstoffkörper mit Sauerstoff versorgt wird. Vorzugsweise beträgt daher der mittlere Durchmesser weniger als 2cm. Das spezifische Gewicht schwankt während des Betriebes bei 0,9 bis 1,1 g/cm³. Auf Grund des ausreichenden O₂-Angebotes werden die Schaumstoffkörper auf den äußeren Schichten, aber auch im Inneren vorwiegend von eerob bzw. fakultativ aerob lebenden Mikroorganismen besiedelt. Auch nitrifizierende Bakterien finden in dem relativ kohlenstoffarmen, jedoch mit Sauerstoff angereicherten Milieu optimale Bedingungen. Es erfolgt daher in dieser Stufe eine intensive biologische Oxydation von Ammonium zu Nitrat/Nitrit. Gleichzeitig erfolgt ein weiterer Abbau von BSB. Durch P-speichernde Mikroorganismen wird im Überschuß Phosphat aufgenommen.

Das teilnitrifizierte, weitgehend von biologisch nutzbaren Kohlenstoffverbindungen befreite Abwasser und die suspendierte Biomasse gelangen anschließend in einen dritten Teilreaktor 16. Die BSB-Raumbelastung dieser Stufe liegt unter 0,3kg BSB/m³d. Nitrifizierende Mikroorganismen finden in dieser Stufe optimale Lehensbedingungen während die Denitrifikation durch den Mangel an Kohlenstoffverbindungen nur noch teilweise möglich ist.

Im dritten Teilreaktor 16 sind daher ebenfalls offenporige, schaumstoffartige Träger (10-50 Vol.-%) enthalten. Sie unterscheiden sich von denen der Vorstufe durch einen größeren mittleren Durchmesser. Dieser beträgt 3-4cm. Dies hat zur Folge, daß sich während der Belüftung eine äußere aerobe Schicht ausbildet und sich im Inneren aoaerobe-anoxische Milieuverhältnisse mit entsprechenden Mikroorganismengruppen einstellen. Der anaerobe-anoxische Kern .nimmt etwa 20Vol.-% des Trägers ein. In den Poren der Randzonen siedeln sich vorwiegend festsitzende Ciliaten an. Durch deren Cilienbewegung wird eine Mikroturbulenz erzeugt, die einen Stofftransport von außen nach innen und umgekehrt bewirken. Dadurch gelangen unter anderem auch partikuläre Stoffe, insbesondere Bakterien, in den anaerob-anoxischen Bereich des Trägers. Ein Teil dieser Stoffe wird in diesem Milieu mikrobiell in niedermolekulare Verbindungen hydrolysiert. Ein Teil der Hydrolyseprodukte wird wiederum zur mikrobiellen Denitrifikation benutzt. Diese Nitratreduktion findet auch dann statt, wenn das umgebende Milieu der Träger mit Sauerstoff angereichert ist.

Um eine weitergehende Denitrifikation zu erreichen, wird ein Teil des aus dem dritten Teilreaktor 16 ablaufenden Mediums der im ersten Teilreaktor angeordneten, stark mit Kohlenstoffen angereicherten ana^roben Fließbettzone 1 zugeführt.

Um eine simultane Nitrifikation-Denitrifikation zu erreichen, sind im zweiten und dritten Teilreaktor getrennt ansteuerbare Belüftungseinrichtungen 4 angeordnet. Sie werden abwechselnd in vorgegebenen Zeitabständen und vorgegebener Zeitdauer in Betrieb genommen. Vorzugsweise schließt sich an eine Belüftungspha&e von 10 bis 20min eine ebensolange Ruhephase ohne Sauerstoffeintrag an. Der ständige Wechsel zwischen aeroben und anoxischen Milieuverhältnissen bewirkt, daß Nitrifikanten und Denitrifikanten gleichermaßen in einem Teilreaktor wirksam werden.

Dem zweiten Teilreaktor 15 wird bei bestimmten Belastungsverhältnissen zur Stimulierung der Nitrifikation ein Teilstrom (ca.

20Vol.-%) BSB-haltigen Abwassers zugeführt.

Von verfahrenstechnischer Bedeutung ist, daß sich im zweiten und dritten Teilreaktor erneut gut sedimentierbare Belebtschlammflocken bilden. Die Schlammsyntheserate liegt vergleichsweise niedrig.

Mit dem erfindungsgemäßen Reaktor sind eine Reihe von Vorteilen zu erzielen.

Das zu behandelnde Abwasser wird wechselweise aeroben und anaeroben Verhältnissen in einem Fließ- und einem Wirbelbett ausgesetzt. Alle für die Abwasserbehandlung wesentlichen Mikroorganismengruppen finden im Reaktor die für sie notwendigen Milieubedingungen:

Nitrifikanten - ausreichend Sauerstoff zur Nitrifikation von N-Verbindungen

P-eliminierende - anaerob -anoxische Bedingungen zur Eliminierung niedemolekularer Verbindungen und aerobe Mikroorganismen zur P-Aufnahmo aus dem Abwasser

Hydrolysebakterien - anaerob-anoxische Bedingungen zur Bildung niedermolekularer organischer Stoffe durch eine hohe Biomassekonzentrathn

Die Erfindung gewährleistet sehr intensive biotechnologische Prozesse. Mit geringem technologischen und apparativen Aufwand wird auf geringstem Raum eine effektive C-, P- und N-Eliminierung möglich. Die Erfindung ist somit besonders bei kleineren und mittleren Anlagen ökonomisch vorteilhaft einsetzbar. Eine Nachrüstung bestehender Anlagen ist mit geringen Kosten möglich.

Claims

1. Verfahren zur anaerob-aeroben Abwasserbehandlung mit erhöhter C-, P- und N-Eliminierung, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Reaktor enthaltene verwirbelbare Trägermaterialien über eine unbelüftete Nießbettzone und eine belüftete Wirbelbettzone im Kreislauf geführt werden, wobei eine selbsttätige Entnahme von Trägermaterial aus der und Wiederzuführung in die Fiießbettzone mittels einer Intensivbelüfteranlage erfolgt und Rücklaufschlamm und/oder ein Teilstrom aus dem Reaktorablauf ganz oder teilweise und/oder zu behandelndes Abwassers ganz oder teilweise in die unbolüftete Fließbettzone eingeleitet wird.

2. Reaktorzuranaerob-aeroben Abwasserbehandlung mit erhöhter C-, P- und N-Eliminierung, wobei im Reaktor zur teilweisen Immobilisierung von Biomasse verwirbelbare Trägermaterialien enthalten sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktor durch eine oder mehrere Leitwände in eine mittels Intensivbelüfter belüftete Wirbelbettzone und eine unbelüftete Fließbettzone unterteilt ist, wobei die Leitwände von oberhalb des Reaktorbodens bis oberhalb des Wasserspiegels reichen, daß der Zulauf für Abwasser, Rücklaufschlamm und/oder einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf in die Fließbettzone mündet, im Reaktor körniges oder stückiges Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 30 mm enthalten ist und ein Ablauf mit Trägermaterialrückhaltung vorgesehen ist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Volumenanteil der Fließbettzone am Gesamtreaktorvolumen 10 bis 40% beträgt.

4. Reaktor nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirbelbettzone im Betriebszustand 10-40 Vol.-% Trägermaterial enthält.

5. Reaktor nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Intonsivbelüfter ein in der Wirbelbettzone angeordneter Tauchstrahlbelüfter ist.

6. Reaktor nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeitszuführung des Tauchstrahlbelüfters mit dem Ablauf des Reaktors verbunden ist.

7. Reaktor nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß axialzentrisch unter dem Mündungsquerschnitt des Tauchstrahlbelüfters ein Führungsrohr angeordnet ist, dessen horizontal erweiterte Oberkante sich im Betriebszustand unter dem Wasserspiegel befindet.

8. Reaktor nach den Ai .Sprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Intensivbelüfter ein am Boden der Wirbelbettzone angeordnetes Druckluftbelüftungssystem ist.

9. Reaktor nach den Ansprüchen 2 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktorraum durch eine Trennwand geteilt ist, in jedem Teilreaktor eine oder mehrere Leitwände und ein Intensivbelüftersystem angeordnet sind, wobei im ersten Teilreaktor geschlossenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95 g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 10 mm und im zweiten Teilreaktor offenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,6 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 5 bis 30 mm enthalten ist, daß der Zulauf für Abwasser in die Fließzone des ersten Teilreaktors und der Zulauf für Rücklaufschlamm und einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf in die Fließbettzonen beider Teilreaktoren mündet und der Ablauf des ersten Teilreaktors in die Fließbettzone des zweiten Teilreaktors führt.

10. Reaktor nach den Ansprüchen 8 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß das offenporige Trägermaterial PVC-Hohlzylinderkörper mit je einer offenen Pore und/oder Schaumstoffkörper sind.