DE10009887A1

DE10009887A1 - Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung zur Entfernung von Stickstoff

Info

Publication number: DE10009887A1
Application number: DE2000109887
Authority: DE
Inventors: Eun-Tae Lim
Original assignee: TAELIM INDUSTRY CO Ltd
Current assignee: TAELIM INDUSTRY CO Ltd
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Die Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung schließt eine Reihe von Bearbeitungseinheiten ein, von denen jede ein einzelnes Entlüftungsbecken für den Denitrifizierungsprozeß durch fakultative Mikroben und zwei Belüftungsbecken für den Nitrifizierungsprozeß durch nitrifizierende Bakterien umfaßt. Zusätzlich wird in der Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung eine vorbestimmte Menge des Abwassers aus dem Belüftungsbecken am Ende jeder einzelnen Bearbeitungseinheit in das Entlüftungsbecken zurückgeführt, so daß der Ammoniakstickstoff, der im Belüftungsbecken zu Nitrat nitrifiziert wird, effektiv durch den Denitrifizierungsprozeß im Entlüftungsbecken entfernt werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Vor-Ort-Schmutz wasserbehandlungsvorrichtung zur effizienten Entfernung von in Schmutzwasser befindlichem Stickstoff und im besonderen eine Vor-Ort- Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung, bei der fakultative Mikroben und nitrifizierende Bakterien verwendet werden und der Wirkungsgrad der Stickstoffentfernung dramatisch verbessert wird.

2. Beschreibung des bekannten Standes der Technik

Herkömmlicherweise wurde eine Schmutzwasserbehandlungsmethode hauptsächlich verwendet, um organische Substanzen mittels aerober Mi kroben in einem Belüftungsbecken bzw. Aerationsbecken durch das Be lebtschlammverfahren zu entfernen.

Solch eine Schmutzwasserbehandlungsmethode unter Anwendung des Belebtschlammverfahrens, versagt jedoch bei der Entfernung von Stick stoff aus dem Schmutzwasser, und die im Schmutzwasser oder sanitären Abwasser enthaltenen Stickstoffverbindungen verursachen Eutrophie rung, welche in bedenklicher Weise das Wachstum von Chlorophyat, Algen usw. in Flüssen, Wasserläufen und dem Meer anregt.

Eine generelle herkömmlich verwendete Methode zur Entfernung von Stickstoff, welcher in Schmutzwasser enthalten ist, beinhaltet die mikro benbasierte Denitrifizierung in einem Entlüftungsbecken bzw. Anaera tionsbecken, welches mit Schmutzwasser gefüllt ist, und anschließende Nitrifizierung in einem Belüftungsbecken durch nitrifizierende Bakterien.

Solch eine konventionelle Methode zur Entfernung von Stickstoff ist je doch hinsichtlich des Wirkungsgrades der Entfernung von Stickstoff nicht zufriedenstellend. Zusätzlich werden die meisten konventionellen Vor- Ort-Schmutzwasserbehandlungssysteme zur Entfernung von Stickstoffin einem umfangreichen Maßstab betrieben. Daher besteht ein Bedarf, die konventionellen Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtungen zu verbessern, um den Wirkungsgrad der Entfernung von Stickstoff drama tisch zu erhöhen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, durch Verbesserung und Wiederverwendung der konventionellen Vor-Ort-Schmutzwasserbehand lungssysteme eine Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung zur Entfernung von Stickstoff zur Verfügung zu stellen, mit der im Schmutz wasser enthaltener Stickstoff unter Verwendung fakultativer Mikroben und nitrifizierender Bakterien dramatisch eliminiert werden kann.

Um oben genanntes Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine Vor-Ort- Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung zur Entfernung von Stickstoff zur Verfügung gestellt, die eine erste Bearbeitungseinheit, eine zweite Be arbeitungseinheit und ein Absetzbecken umfaßt. Die erste Bearbeitungs einheit schließt ein: ein erstes Entlüftungsbecken bzw. Anaerations becken zur Durchführung eines Denitrifizierungsprozesses mit darin ein geführten, fakultativen Mikroben; ein erstes Belüftungsbecken bzw. Aera tionsbecken zur Durchführung eines Nitrifizierungsprozesses von Abwas ser aus dem ersten Entlüftungsbecken mit darin eingeführten, nitrifizie renden Bakterien; und ein zweites Belüftungsbecken bzw. Aerations becken, das mit dem ersten Belüftungsbecken verbunden ist, zur kontinu ierlichen Durchführung des Nitrifizierungsprozesses mit den nitrifizie renden Bakterien, wobei eine vorbestimmte Menge an Abwasser aus dem zweiten Belüftungsbecken in das erste Entlüftungsbecken zurückgeführt wird. Die zweite Bearbeitungseinheit schließt ein: ein zweites Entlüf tungsbecken bzw. Anaerationsbecken zur Behandlung des Abwassers aus dem zweiten Belüftungsbecken der ersten Bearbeitungseinheit durch ei nen Denitrifizierungsprozess mit darin eingeführten, fakultativen Mikro ben; ein drittes Belüftungsbecken bzw. Aerationsbecken zur Durchführung eines Nitrifizierungsprozesses des Abwassers aus dem zweiten Ent lüftungsbecken mit nitrifizierenden Bakterien; und ein viertes Belüf tungsbecken bzw. Aerationsbecken, das mit dem dritten Belüftungs becken verbunden ist, zur kontinuierlichen Durchführung des Nitrifizie rungsprozesses mit den nitrifizierenden Bakterien, wobei eine vorbe stimmte Menge an Abwasser aus dem vierten Belüftungsbecken in das zweite Entlüftungsbecken zurückgeführt wird. Das Absetz- bzw. Abschei dungsbecken trennt das Wasser aus der zweiten Bearbeitungseinheit von Feststoff-Bestandteilen ab, so daß das Abwasser abläuft bzw. abgezogen wird und der Schlamm zu dem ersten Entlüftungsbecken der ersten Bear beitungseinheit zurückgeführt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung of fensichtlicher werden, wenn diese in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung betrachtet wird, in welcher:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, das die Struktur einer Vor-Ort-Schmutzwas serbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nach folgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden. In der folgenden Beschreibung sind altbekannte Funktionen oder Bauweisen nicht im Detail beschrieben, da diese die Erfindung in unnötigem Detail unklar machen würden.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur einer Vor-Ort-Schmutz wasserbehandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Vorort-Schmutzwasserbehandlungsvor richtung zur Entfernung von Stickstoff gemäß der vorliegenden Erfindung eine erste und zweite Bearbeitungseinheit, die in Reihenform geschaltet sind und jeweils ein einzelnes Entlüftungsbecken und zwei Belüftungs becken einschließen. Das heißt, die erste Bearbeitungseinheit umfaßt ein erstes Entlüftungsbecken 10, ein erstes Belüftungsbecken 20 und ein zweites Belüftungsbecken 30, und die zweite Bearbeitungseinheit, die mit der ersten Bearbeitungseinheit in Reihe geschaltet ist, umfaßt ein zweites Entlüftungsbecken 40, ein drittes Belüftungsbecken 50 und ein viertes Belüftungsbecken 60.

Weiterhin wird eine vorbestimmte Menge an Abwasser aus der einzelnen Bearbeitungseinheit, das die zwei Belüftungsbecken passiert hat, zu dem oberen Abschnitt der Bearbeitungseinheit, den Entlüftungsbecken, zu rückgeführt. Konkret wird eine vorbestimmte Menge an Abwasser aus dem zweiten Belüftungsbecken 30 in das erste Entlüftungsbecken 10 in der er sten Bearbeitungseinheit zurückgeführt (als ein erstes Rücklaufwasser), während eine zweite vorherbestimmte Menge an Abwasser aus dem vierten Belüftungsbecken 60 in das zweite Entlüftungsbecken 40 in der zweiten Bearbeitungseinheit zurückgeführt wird (als ein zweites Rücklaufwasser).

Fakultative Mikroben verursachen den Denitrifizierungsprozeß in den Entlüftungsbecken einer jeden Bearbeitungseinheit, und nitrifizierende Bakterien verursachen den Nitrifizierungsprozeß in den doppelten Belüf tungsbecken einer jeden Bearbeitungseinheit. Dafür werden die nitrifizie renden Bakterien in das obere der beiden Belüftungsbecken einer jeden Bearbeitungseinheit eingeführt. Das heißt, die fakultativen Mikroben werden in das erste Entlüftungsbecken 10 der ersten Bearbeitungseinheit und das zweite Entlüftungsbecken 40 der zweiten Bearbeitungseinheit eingeführt, um den Denitrifizierungsprozeß zu aktivieren. Die nitrifizie renden Bakterien werden in das erste Belüftungsbecken 20 der ersten Be arbeitungseinheit und das dritte Belüftungsbecken 50 der zweiten Bear beitungseinheit eingeführt, um so den Nitrifizierungsprozeß in dem ersten und zweiten Belüftungsbecken 20 und 30 der ersten Bearbeitungseinheit und dem dritten und vierten Belüftungsbecken 50 und 60 der zweiten Be arbeitungseinheit zu aktivieren.

Das behandelte Wasser, das die erste und zweite Bearbeitungseinheit pas siert hat, läßt man aus dem Absetzbecken ablaufen, und der Schlamm rückstand in dem Absetzbecken wird in das erste Entlüftungsbecken 10 der ersten Bearbeitungseinheit (als Rückführschlamm) zurückgeführt.

Im folgenden wird der Denitrifizierungsprozeß beschrieben, der von den fakultativen Mikroben in dem ersten Entlüftungsbecken 10 der ersten Be arbeitungseinheit und dem zweiten Entlüftungsbecken 40 der zweiten Be arbeitungseinheit durchgeführt wird.

Mikroben werden entsprechend ihrer Atembedingung in Anaerobier und Aerobier eingeteilt. Die Anaerobier werden unterteilt in obligate Anaero bier, für die ein Wachstum in der Anwesenheit von Sauerstoff schwierig ist, und fakultative Anaerobier, die zum Wachsen trotz der Anwesenheit von Sauerstoff fähig sind. Fakultative Aerobier beziehen sich auf Aerobier, die unter der Bedingung niedriger Sauerstoffkonzentration wachsen kön nen. Beide, fakultative Anaerobier und fakultative Aerobier, werden zu sammen bezogen auf "fakultative Mikroben". Es ist allgemein gültig, daß die meisten fakultativen Mikroben, die dem biologischen Schmutzwasser behandlungssystem zugesetzt werden, fakultative Aerobier sind, weil das Entlüftungsbecken des Belebtschlammbeckens eine Nitratkonzentration aufweist, die eine für das Wachstum der fakultativen Aerobier adequate Umgebung vorsieht.

Die fakultativen Aerobier setzen in dem Entlüftungsbecken ihr Wachstum durch Nitratatmung anstelle von aerober Atmung fort. Während dieses Vorgangs findet Denitrifizierung derartig statt, daß die fakultativen Mi kroben in den Entlüftungsbecken Nitrat (NO₃) zu Nitrit (NO₂) und weiter zu Stickstoffmonoxid (NO), Distickstoffoxid (N₂O) und gasförmigem Stick stoff (N₂) reduzieren. Das Endprodukt, Stickstoffgas (N₂), wird in die Luft abgegeben.

Beispiele für die fakultativen Mikroben umfassen Bacillus, Pseudomonas, Acrobacter, Micrococcus usw.

Im folgenden wird der Nitrifizierungsprozeß durch nitrifizierende Bakte rien beschrieben, die in das erste Belüftungsbecken 20 der ersten Bearbei tungseinheit und das dritte Belüftungsbecken 50 der zweiten Bearbei tungseinheit eingeführt werden.

In den Belüftungsbecken wandeln die nitrifizierenden Bakterien Ammoni akstickstoff in Nitratstickstoff um.

Beispiele für nitrifizierende Bakterien, die Ammoniak aerob zu Nitrit oxi dieren, schließen Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolo bus und ähnliche ein.

Beispiele für nitrifizierende Bakterien, die Nitrit aerob zu Nitrat oxidieren, schließen Nitrobacter, Nitrospina, Nitrosococcus usw. ein.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die nitrifizierenden Bakte rien in das obere der beiden Belüftungsbecken einer jeden Bearbeitungs einheit eingeführt, um den Nitrifizierungsprozeß zu bewirken. Die nitrifi zierenden Bakterien passieren ebenso wie das Abwasser das andere der beiden Belüftungsbecken, das mit dem oberen verbunden ist, um den Ni trifizierungsprozeß fortzusetzen.

Der Grund, warum die Vorrichtung ein doppeltes Belüftungsbecken an stelle von einem einzelnen Belüftungsbecken zur Nitrifizierung aufweist, liegt darin begründet, daß das doppelte Belüftungsbecken einen höheren Nitrifizierungswirkungsgrad liefert.

Ein Teil des Abwassers aus dem zweiten Belüftungsbecken 30 der ersten Bearbeitungseinheit läuft zu dem zweiten Entlüftungsbecken 40 der zweiten Bearbeitungseinheit weiter, und der Rest des Abwassers kehrt zu dem ersten Entlüftungsbecken 10 der ersten Bearbeitungseinheit zurück (als ein erstes Rücklaufwasser). Dieser Prozeß verläuft derartig, daß die fakul tativen Mikroben Ammoniakstickstoff, der in dem zweiten Belüftungs becken 30 durch nitrifizierende Bakterien nitrifiziert wird, durch Denitri fizierung in dem ersten oder zweiten Entlüftungsbecken 10 oder 40 zu gas förmigem Stickstoff umwandeln und dadurch den im Abwasser befindli chen Ammoniakstickstoff effektiv entfernen.

Ein Teil des Abwassers aus dem vierten Belüftungsbecken 60 der zweiten Bearbeitungseinheit kehrt in das zweite Entlüftungsbecken 40 der zweiten Bearbeitungseinheit zurück. Dieser Prozeß verläuft ebenso derartig, daß die fakultativen Mikroben Ammoniakstickstoff, der in dem vierten Belüf tungsbecken 60 durch nitrifizierende Bakterien nitrifiziert wird, durch Denitrifizierung in dem zweiten Entlüftungsbecken 40 zu gasförmigem Stickstoff umwandeln und dadurch den Ammoniakstickstoff, der in dem in der ersten Bearbeitungseinheit behandelten Abwasser verblieben ist, ef fektiv entfernen.

Die folgenden Beispiele beschreiben Experimente zur Bestimmung des Wirkungsgrades der Entfernung von in Abwasser enthaltenem Stickstoff unter Verwendung der oben beschriebenen Vor-Ort-Schmutzwasserbe handlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Beispiel Erste Ausführungsform

Ein Experiment wird in der Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrich tung gemäß Fig. 1 durchgeführt, wobei das Volumen eines jeden Beckens 40 Liter beträgt, die Menge des ersten Rücklaufwassers aus dem zweiten Belüftungsbecken 30 zu dem Entlüftungsbecken 10 1.5 Q, die Menge des zweiten Rücklaufwassers aus dem vierten Belüftungsbecken 60 zu dem zweiten Entlüftungsbecken 40 2.0 Q und die Menge des Rückführschlam mes aus dem Absetzbecken 70 zu dem ersten Entlüftungsbecken 10 1.4 Q ist.

Die Verweilzeit in einem jeden Becken beträgt ungefähr 4 Stunden, so daß sich die Verweilzeit in dem gesamten System auf 24 Stunden beläuft.

Die fakultativen Mikroben werden in Form eines flüssigen Mikrobenmate rials, bestehend aus Bacillus und Pseudomonas, innerhalb der ersten sie ben Tage mit einem Volumenstrom von 1000 mg/l und dann mit 20 mg/l pro Tag in das erste und zweite Entlüftungsbecken 10 und 40 eingeleitet.

Ebenso werden die nitrifizierenden Bakterien in Form eines flüssigen Mi krobenmaterials, bestehend aus Nitrodomonas und Nitrosobacter, inner halb der ersten sieben Tage mit einem Volumenstrom von 1000 mg/l und dann mit 20 mg/l pro Tag in das erste und dritte Belüftungsbecken 20 und 50 eingeführt.

Die Stickstoffgehalte des vorbehandelten Wassers mit einem kontrollier ten pH und des behandelten Wassers, aus dem der Stickstoff durch die er findungsgemäße Vorrichtung entfernt wurde, sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Vergleichsbeispiel Zweite Ausführungsform

Um die Überlegenheit der Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrich tung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf den Wirkungsgrad der Ent fernung von Stickstoff zu zeigen, wird der Stickstoffgehalt eines Abwas sers, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung behandelt wurde, mit dem eines Abwassers verglichen, das mit einer allgemeinen Vor-Ort- Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung unter Anwendung des Belebt schlammverfahrens behandelt wurde.

Das vorbehandelte Wasser, dessen pH kontrolliert wird (dasselbe wie in der ersten Ausführungsform), wird mit fünf Belüftungsbecken unter Ver wendung von allgemeinen Mikroben mit einer Verweilzeit von 30 Stunden behandelt. Die Stickstoffgehalte (mg/l) des Abwassers sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist der Gesamtwirkungsgrad der Stickstoffentfer nung nicht größer als 10.5%, weil fast der gesamte Stickstoff, der sich in dem vorbehandelten Wasser befindet, Ammoniakstickstoff ist, welcher durch das Belebtschlammverfahren wie in dem Vergleichsbeispiel nicht entfernbar ist. Das liegt daran, daß kein Denitrifizierungsprozeß in den Entlüftungsbecken stattfindet.

Im Gegensatz dazu entfernt die Verwendung der erfindungsgemäßen Vor richtung Ammoniakstickstoff dramatisch, und der Gesamtwirkungsgrad der Stickstoffentfernung beläuft sich auf 93,4%.

Wie oben beschrieben, umfaßt die Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungs vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Bearbeitungsein heiten, von denen eine jede ein einzelnes Entlüftungsbecken für den Deni trifizierungsprozeß durch fakultative Mikroben und zwei Belüftungs becken für den Nitrifizierungsprozeß durch nitrifizierende Bakterien um faßt. Zusätzlich wird in der Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrich tung eine vorbestimmte Menge an Abwasser aus dem Belüftungsbecken am Ende jeder einzelnen Bearbeitungseinheit zu dem Entlüftungsbecken zurückgeführt, so daß der Ammoniakstickstoff, welcher in dem Belüf tungsbecken zu Nitrat nitrifiziert wird, durch den Denitrifizierungsprozeß in dem Entlüftungsbecken effektiv entfernt werden kann.

Zwar wurde die Erfindung in Bezug auf eine bestimmte bevorzugte Ausfüh rungsform davon gezeigt und beschrieben, es wird dem Fachmann aber verständlich sein, daß verschiedene Änderungen in Gestalt und Details darin vorgenommen werden können, ohne von dem Inhalt und dem Um fang der Erfindung, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen.

Claims

1. Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung zur Entfernung von Stickstoff, umfassend:
eine erste Bearbeitungseinheit;
eine zweite Bearbeitungseinheit; und
ein Absetzbecken (70),
wobei die erste Bearbeitungseinheit umfaßt:
ein erstes Entlüftungsbecken (10) zur Durchführung eines Denitrifi zierungsprozesses mit darin eingeführten, fakultativen Mikroben;
ein erstes Belüftungsbecken (20) zur Durchführung eines Nitrifizie rungsprozesses des Abwassers aus dem ersten Entlüftungsbecken (10) mit darin eingeführten, nitrifizierenden Batkerien; und
ein mit dem ersten Belüftungsbecken (20) in Verbindung stehendes zweites Belüftungsbecken (30) zur kontinuierlichen Durchführung des Ni trifizierungsprozesses mit den nitrifizierenden Bakterien, wobei eine vor bestimmte Menge des Abwassers aus dem zweiten Belüftungsbecken (30) in das erste Entlüftungsbecken (10) zurückgeführt wird,
wobei die zweite Bearbeitungseinheit umfaßt:
ein zweites Entlüftungsbecken (40) zur Behandlung des Abwassers aus dem zweiten Belüftungsbecken (30) der ersten Bearbeitungseinheit durch einen Denitrifizierungsprozeß mit darin eingeführten, fakultativen Mikroben;
ein drittes Belüftungsbecken (50) zur Durchführung eines Nitrifizie rungsprozesses des Abwassers aus dem zweiten Entlüftungsbecken (40) mit nitrifizierenden Bakterien; und
ein mit dem dritten Belüftungsbecken (50) in Verbindung stehendes viertes Belüftungsbecken (60) zur kontinuierlichen Durchführung des Ni trifizierungsprozesses mit den nitrifizierenden Bakterien, wobei eine vor bestimmte Menge des Abwassers aus dem vierten Belüftungsbecken (60) in das zweite Entlüftungsbecken (40) zurückgeführt wird,
wobei das Absetzbecken (70) das Wasser aus der zweiten Bearbei tungseinheit von Feststoffbestandteilen abtrennt, um das Abwasser abzu ziehen und den Schlamm in das erste Entlüftungsbecken (10) der ersten Bearbeitungseinheit zurückzuführen.

2. Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die in das erste und zweite Entlüftungsbecken (10, 40) eingeführten, fakultativen Mikroben Bacillus und Pseudomonas einschließen.

3. Vor-Ort-Schmutzwasserbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die in das erste und dritte Belüftungsbecken (20, 50) einge führten, nitrifizierenden Bakterien Nitrosomonas und Nitrobacter ein schließen.