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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung mit organischen
Stoffen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, belasteter Abwässer bzw.
Suspensionen, bei dem ein Abbau emulgierter organischer Bestandteile
durch Mikroorganismen zunächst aerob
und danach anaerob erfolgt und dem anaeroben Abbau des aerob vorbehandelten
Abwassers eine Trennung in eine wasserreiche und eine wasserarme
Phase vorausgeht, sowie eine Behandlungsanlage zur Durchführung des
Verfahrens.
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Aus
der
DE 196 10 225
A1 ist ein Verfahren zur Behandlung von organische Stoffe
enthaltendem Abwasser bekannt. Bei diesem Verfahren werden im Abwasser
emulgierte organische Substanzen, z.B. Öle und Fette, in einem Reaktionsbehälter abgebaut. Der
Abbau erfolgt ausschließlich
aerob durch Mikroorganismen, die auf einem Festbett angesiedelt
sind und nach dem in der
DE
196 10 225 A1 beschriebenen SBR-Verfahren nach gezieltem
Zusatz von Emulgatoren eingesetzt werden.
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Ein
Verfahren der eingangs erwähnten
Art geht aus der
DE
42 05 787 C1 hervor. Im Abwasser emulgierte Kohlenwasserstoffe
und Tenside werden in einem Reaktor aerob abgebaut, wobei die aus
dem Reaktor austretende Mischphase in einer Trennvorrichtung in
eine wasserarme Flotationsphase, eine wasserarme Sedimentationsphase
und eine wasserreiche Phase getrennt werden. Während die wasserarmen Phasen
in den Reaktor zurückgeführt werden, wird
die wasserreiche Phase einem weiteren Reaktor zugeführt, in
welchem ein anaerober Abbau stattfindet. Der Abbau in der genannten
Reihenfolge erfolgt in zwei Stufen, wobei in einer Stufe vorrangig
die Kohlenwasserstoffe und in der anderen Stufe vorrangig die Tenside
abgebaut werden. Der Kohlenwasserstoffgehalt der nach diesem Verfahren
behandelten Abwässer
beträgt
1000 bis 2500 mg/l.
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Aus
der
DE 36 27 253 C2 ist
ein weiteres Verfahren der eingangs erwähnten Art bekannt, bei dem
nach einer aeroben Behandlungsstufe behandeltes Abwasser einer Sedimentationsstufe
zugeführt
wird, wo Wasser abgezogen wird. Danach wird abgesetzter Schlamm
z.B. mittels Zentrifugen eingedickt und einer Solvolyse unterzogen,
bei der sich ein Teil der Feststoffe löst. Die Lösung wird dann anaerob behandelt
und anschließend,
vor Wiedereinleitung in die aerobe Behandlungsstufe, werden Phosphorverbindungen
mit Kalk ausgefällt
und Stickstoffverbindungen als NH
3 ausgestrippt.
Die nach der Solvolyse verbleibenden Feststoffe werden entsorgt.
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Gemäß der
DE 41 02 966 C1 wird
emulgierte Kohlenwasserstoffe enthaltendes Abwasser nach einer anaeroben
Behandlung in einer Trennstufe in eine wasserreiche und in eine
wasserarme Phase getrennt. Die wasserarme Phase wird nach Trennung in
schwimmfähige
und nicht schwimmfähige
Anteile wieder dem Reaktor zugeführt.
Die wasserreiche Phase wird in weiteren Reaktoren (Restabbauzellen) anaerob
weiterbehandelt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren
der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, das zur Behandlung weitaus höher mit organischen Stoffen
belasteter Abwässer
geeignet ist.
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Das
diese Aufgabe lösende
Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der anaerobe
Abbau nach der Trennung unmittelbar in der wasserarmen Phase stattfindet.
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Durch
diese Erfindungslösung,
nach welcher der anaerobe Abbau in einer Phase erfolgt, in der die abzubauenden
organischen Stoffe stark angereichert sind, nachdem eine nur noch
gering belastete, wasserreiche Phase abgetrennt worden ist, lassen
sich in einem kontinuierlichen Prozess effizient große Abwassermengen
mit hohen Ausgangskonzentrationen an organischen Stoffen entsorgen,
z.B. Mischkonzentrationen mit einem CSB-Wert von 30.000 bis 40.000
mg/l. Dieser Wert liegt ungefähr
um den Faktor 10 höher,
als der in der
DE 42
05 787 C1 angegebene Wert. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur
Behandlung von Emulsionen, wie sie bei der spanabhebenden Bearbeitung
metallischer Werkstoffe als Kühl-
und Schmiermittel verwendet werden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Abwassertrennung durch Filtration des
aerob vorbehandelten Abwassers, während des aeroben Abbaus oder/und
danach. Zum Abbau in der wasserreichen Phase verbliebener organischer
Bestandteile genügt
die Einleitung dieser Phase in eine Pflanzenkläranlage.
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Ein
besonders effizienter Abbau lässt
sich erreichen, wenn gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein anaerobe Gärungsprozess
zweistufig in einer mesophilen und/oder einer thermophilen Phase
abläuft.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach
dem anaeroben Abbau eine Entwässerung,
wobei abgeschiedenes Wasser unter Vermeidung von Entsorgungsbedarf
wieder dem Abbauprozess zugeführt
wird.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt vor dem
aeroben Abbau eine Einstellung der Konzentration der organischen
Abwasserbestandteile auf einen konstanten Wert. Somit bestehen für die abbauenden
Mikroorganismen stets die gleichen Bedingungen, an die sie sich
optimal anpassen und so für
einen sehr effizienten biologischen Abbau sorgen können.
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Während die
Einstellung der Konzentration durch Zugabe größerer oder kleinerer Wassermengen
an reinem Wasser erfolgen kann, wird in einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zur Konzentrationseinstellung organisch hoch belastetes Abwasser
vor dem aeroben Abbau mit üblichem,
im Vergleich zu den genannten Emulsionen gering belastetem Sanitärabwasser
vermischt. So lässt
sich zusammen mit den belasteten Abwässern auch Sanitärwasser
entsorgen. Vorteilhaft liefert das Sanitärabwasser auch noch Zusatznährstoffe,
z.B. Stickstoff und Phosphate, welche den Abbau insbesondere langkettiger
Kohlenwasserstoffe durch Mikroorganismen fördern.
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Zweckmäßig wird
beim anaeroben Abbau anfallendes Biogas zur Energiegewinnung genutzt, wobei
u.a. ein verfahrenbedingter Bedarf an elektrischer und thermischer
Energie, z.B. für
Pumpen und Heizung, durch die gewonnene Energie teilweise gedeckt
wird.
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Eine
Reaktorstufe zum aeroben Abbau umfasst vorzugsweise einen kaskadierten
Schlaufenreaktor, während
eine Reaktorstufe zum anaeroben Abbau vorteilhaft durch einen zweistufigen,
z.B. in der
DE 32 08
977 C2 beschriebenen Pfropfenreaktor gebildet ist, in welchem
der mesophile und thermophile Abbauprozess abläuft.
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Die
Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden,
sich auf dieses Ausführungsbeispiel
beziehenden Zeichnung näher erläutert werden.
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Die
Zeichnung zeigt eine biologische Abwasserbehandlungsanlage, die
z.B. in einem auf Zerspanungsbearbeitung von Werkstücken eingerichteten Betrieb
installiert werden kann.
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In
einen Misch- und Ausgleichsbehälter 1 münden ein
Zulauf 2 sowie ein Zulauf 3 ein. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
werden dem Misch- und Ausgleichsbehälter 1 über den
Zulauf 2 kohlenwasserstoffhaltige Emulsionen, z.B. Bohrflüssigkeit, zugeführt, die
bei Zerspanungsbearbeitungen als Kühl- und Schmiermittel verwendet
werden und als Abfallsuspensionen anfallen.
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Der
Zulauf 3 steht mit einer Grobreinigungsanlage 4 in
Verbindung, der über
einen Zulauf 5 die Sanitärabwasser des Betriebs zugeleitet
werden. Die Grobreinigungsanlage 4 umfaßt ein Rechenwerk zum Abtrennen
fester Bestandteile, wie z.B. Toilettenpapier. Die durch das Rechenwerk
abgetrennten Feststoffbestandteile lassen sich durch eine Austragseinrichtung 6 von
der Grobreinigungsanlage abführen.
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Der
Misch- und Ausgleichsbehälter 1 steht über eine
Leitung 7 mit einer ersten Reaktorstufe 8 in Verbindung,
in welcher organische Bestandteile des aus dem Misch- und Ausgleichsbehälter 1 zugeführten Abwassers
durch Mikroorganismen aerob abgebaut werden. Ein Verdichter 9 führt über eine
Leitung 10 der Reaktorstufe 8 Luft zu, so dass
für den
aeroben Abbau genügend
Sauerstoff zur Verfügung
steht. In dem betreffenden Ausführungsbeispiel
ist die Reaktorstufe 8 durch zwei kaskadierte Schlaufenreaktoren
gebildet.
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Die
Verbindungsleitung 7 mündet
in eine Zirkulationsleitung, wo eine Vermischung des zugeführten Abwassers
mit einem Kreislaufstrom erfolgt, welcher dann als Treibstrahl für in der
Reaktorstufe angeordnete Ejektoren dient, welche die von dem Verdichter 9 zugeführte Luft
in feinen Blasen im Reaktor verteilen. Die eingebrachte Luft ändert im
Reaktor lokal die Dichte, woraus Kräfte resultieren, die den Antrieb
einer Strahlschlaufe um einen inneren Leitapparat bewirken. Pumpen
zum Zuführen
des Abwassers aus dem Behälter 1 über die
Leitung 7 in dem Reaktor 8 sind in der Figur nicht
gezeigt.
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Gemäß Pfeil 11 steht
die Reaktorstufe 8 mit einer Filtriereinrichtung 12 in
Verbindung, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Membranfilter
aufweist.
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Eine
Strichlinienumrahmung 13 soll andeuten, dass die Reaktorstufe 8 und
die Filtriereinrichtung 12 in einer Baueinheit zusammengefasst
sind. Die Filtriereinrichtung 12 könnte von der Reaktorstufe 8 auch
räumlich
getrennt und mit dieser über
eine Leitung verbunden sein.
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An
die Reaktorstufe 8 schließt sich über eine Abluftleitung 14 ein
Biofilter 15 an.
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Die
Filtriereinrichtung 12 dient zur Trennung des der aeroben
Abbaubehandlung unterzogenen Abwassers in eine wasserreiche Phase
und eine wasserarme, schlammartige Phase.
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Die
nach dem aeroben Abbau organisch nur noch gering belastete wasserreiche
Phase lässt
sich über
eine Leitung 16 einer Pflanzenkläranlage 17 mit einem
Ablauf 18 zuführen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
weist die Pflanzenkläranlage ein
Pflanzenbeet auf, das in zwei gleichflächige Felder unterteilt ist.
Die zulaufende wasserreiche Phase wird gleichmäßig auf die Fläche des
Pflanzenbeetes verteilt.
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Die
wasserarme, schlammartige Phase ist über eine Leitung 19 einer
zweiten Reaktorstufe 20 zuführbar, in welcher ein anaerober
Abbau des in dieser Phase enthaltenen organischen Materials durch Mikroorganismen
erfolgt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht die zweite Reaktorstufe 20 aus zwei kaskadierten,
phasendurchmischten Pfropfenstromreaktoren mit wärmeisolierenden Außenmänteln, wobei
in der ersten Stufe ein mesophiler Abbau bei 37°C und in der zweiten Stufe ein
thermophiler Abbau bei 55°C
betrieben wird. Der Abbau könnte
jedoch auch nur in einer oder zwei Stufe(n) mesophil oder thermophil
erfolgen.
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Das
abzubauende Material tritt unten in den jeweiligen Pfropfenstromreaktor
ein und mischt sich mit der entstandenen Biozynose. Das Material
steigt dann als Pfropfenstrom allmählich durch den rohrförmig ausgebildeten
Reaktor aufwärts,
wie dies in der
DE
32 08 977 C2 beschrieben ist. Durch den anaeroben Abbau
erzeugtes Biogas sammelt sich im Dombereich und gelangt in eine
Biogasleitung
21.
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An
die Reaktorstufe 20 ist über die Biogasleitung 21 ein
Speicher 22 für
die Aufnahme des in der Reaktorstufe 20 erzeugten Biogases
angeschlossen. Über
eine weitere Biogasleitung 23 steht der Speicher 22 mit
einem Blockheizkraftwerk 24 in Verbindung, welches, wie
durch Pfeile 25 und 26 angedeutet werden soll,
elektrischen Strom bzw. Heizwärme liefert.
Der Speicher 22 steht über
eine dritte Biogasleitung 27 ferner mit einer Fackelverbrennungsanlage 28 zum
Abbrennen überschüssigen Biogases
in Verbindung.
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Zur
Konstanthaltung der Temperaturen der Pfropfenstromreaktoren der
Reaktorstufe 20 ist eine Temperaturregelung vorgesehen,
in deren Rahmen eine Beheizung mit Warmwasser erfolgt, dass durch das
Blockheizkraftwerk 24 erzeugt wird.
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An
die zweite Reaktorstufe 20 schließt sich über eine Leitung 29 ferner
eine Entwässerungseinrichtung 30 an,
in welche nach dem anaeroben Abbau im Reaktor 20 verbliebenes
Restschlammmaterial geleitet wird. Das über einen Austrag 31 entnehmbare,
mechanisch entwässerte
Material lässt sich
z.B. als Dünger
verwerten. In dem betreffenden Ausführungsbeispiel weist die Entwässerungseinrichtung
eine Kammerfilterpresse auf.
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Über eine
Rückführungsleitung 32 lässt sich in
der Entwässerungseinrichtung
abgetrenntes Wasser in den Misch- und Ausgleichsbehälter 1 oder
in die Leitung 7 zurückführen.
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Die
vorangehend beschriebene Behandlungsanlage ist mit einer nicht gezeigten
Einrichtung zur umfassenden Steuerung aller Anlagenkomponenten und
ihres Zusammenwirkens ausgerüstet.
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In
den Misch- und Ausgleichsbehälter 1 der für einen
kontinuierlichen Betrieb ausgelegten Behandlungsanlage lassen sich
in dem betreffenden Ausführungsbeispiel
vor allem Kohlenwasserstoffe enthaltende Emulsionen in einer Menge
von ca. 20.000 m3 pro Jahr einleiten, wobei
der für
den Gehalt an organischen Substanzen maßgebende chemische Sauerstoffbedarf
(CSB-Wert) bei ca. 70.000 mg/l liegt. Etwa die gleiche Jahresmenge
an Sanitärabwasser
lässt sich
dem Misch- und Ausgleichsbehälter 1 über die
Grobreinigungsanlage 4 zuführen. Der CSB-Wert des Sanitärwassers
liegt bei ca. 1200 mg/l. Das in der Grobreinigungsanlage 4 anfallende Feststoffmaterial
kann nach Trocknung durch Verbrennung entsorgt werden.
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Im
Misch- und Ausgleichsbehälter 1 erfolgt durch
geeignete Mischung der Emulsion mit Sanitärabwasser eine Einstellung
auf einen konstanten CSB-Wert, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
bei ca. 35.000 mg/l liegt. In diesem Behälter bzw. Becken ist zweckmäßig ein
Rührwerk
angeordnet, das für
eine schnelle Durchmischung und einen schnellen Ausgleich der Konzentration
an organischen Substanzen sorgt.
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In
der nachgeordneten Reaktorstufe 8 erfolgt eine Intensivbelebung
des Abwassers, d.h. ein Abbau der darin enthaltenen organischen
Substanzen durch Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen. Das
Sanitärabwasser
liefert den Abbau insbesondere langer Kohlenwasserstoffketten fördernde
Zusatznährstoffe,
wie z.B. Stickstoff und Phosphate, die auch gesondert zugegeben
werden können.
Die Verweilzeit in der Reaktorstufe 8 beträgt ca. 2
Tage. Gleichzeitig erfolgt eine Filtration durch die in der Reaktorstufe 8 integrierte
Filtriereinrichtung 12 unter Trennung des behandelten Materials
in die wasserreiche und die wasserarme Phase. Während die wasserarme, schlammartige
Phase über
die Leitung 19 der Reaktorstufe 20 zugeführt wird,
gelangt die wasserreiche, wie reines Wasser leichtflüssige Phase über die
Leitung 16 in die Pflanzenkläranlage 17. Diese,
nur noch mit einem CSB-Wert von maximal 2000 mg/l belastete Phase
lässt sich
in der Pflanzenkläranlage
so weit aufbereiten, dass eine Abgabe des Wassers an die Umwelt
oder eine betriebliche Nutzung als Brauchwasser erfolgen kann.
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Durch
die Abtrennung der wasserreichen Phase erfolgt eine erhebliche Volumenreduzierung des
in der zweiten Reaktorstufe 20 anaerob abzubauenden Materials,
das nun konzentriert in Schlammform vorliegt. Bei geeigneter Verweilzeit
erfolgt durch die Vergärung
ein Abbau der organischen Substanzen unter Bildung von Biogas.
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Das
in der Reaktorstufe 20 kontinuierlich anfallende, im Speicher 22 zwischengespeicherte
Biogas wird nach Trocknung dem Blockheizkraftwerk 24 zugeführt, welches
Strom und/oder Heizwärme
erzeugt. Bei geringer Abnahme durch das Blockheizkraftwerk lässt sich
anfallendes Biogas, das der als Puffer wirkende Speicher 22 nicht
mehr aufnehmen kann, notfalls durch die Fackelverbrennungsanlage 28 beseitigen.
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Als
Heizwärme
wird die beim Verbrennungsprozess entstehende Abwärme aus
den Motorkühlkreisen
des Blockheizkraftwerkes genutzt, die mit den Kühlwasserpumpen zirkuliert und über Wärmetauscher
an das Heizungssystem abgegeben wird.