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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abwasser, wobei
das Abwasser zunächst in
einem Vorklärbehälter physikalisch
vorgeklärt
wird, danach in einem Bioreaktor insbesondere mehrmals hintereinander
durch Belüften
nitrifiziert und anschließend
durch Bewegung denitrifiziert wird und danach im Wege einer Nachklärung das
derart behandelte Wasser von den Schwebestoffen getrennt wird.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zum Reinigen von Abwasser in Form eines
einen Bioreaktor bildenden Behälters,
mit einem Zulauf für
physikalisch vorgeklärtes
Abwasser, mit insbesondere im Bereich des Behälterbodens angeordneten Luftaustrittsdüsen zum
Belüften
des Abwassers zum Zwecke einer Nitrifikation, mit einem Rührwerk zum
Bewegen des Abwassers zum Zwecke einer Denitrifikation und mit einem
Abfluss zum Teilentleeren des Behälters nach einem insbesondere
mehrmals hintereinander durchgeführten
aus einer Nitrifikation mit einer anschließenden Denitrifikation bestehenden
Doppelschritt.
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Zum
Reinigen von Abwasser nach dem oben angegebenen Verfahren wird eine
Vorrichtung verwendet, bei der das Abwasser zunächst grob mechanisch mittels
eines Rechen vorgereinigt wird. Danach erfolgt innerhalb eines Vorklärbeckens
eine physikalische Vorklärung.
Das derart vorgeklärte
Wasser wird sodann in einen Bioreaktor gebracht, wo das Wasser sequentiell
einer Nitrifikation mit einer anschließenden Denitrifikation unterzogen
wird. Bei der Nitrifikation wird der im Abwasser enthaltene Ammoniumstickstoff
zu Stickstoffnitrat oxidiert. Dies erfolgt durch eine Belüftung aerob.
Anschließend
erfolgt anaerob eine Denitrifikation, bei der die in dem Abwasser
befindlichen Mikroorganismen das Stickstoffnitrat in Stickstoffoxyd
und Wasser umwandeln, wobei das Stickstoffoxyd ausgast. Nachdem
dieser zweistufige Prozess mehrfach durchgeführt wird, wird das derart biologisch
gereinigte Wasser in ein Nachklärbecken befördert, in
welchem sich der Schlamm absetzen kann.
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Der
abgesetzte Schlamm wird von Zeit zu Zeit aus dem Nachklärbecken
entfernt, einem Faulprozess unterzogen, getrocknet und anderweitig
verwendet oder entsorgt.
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Zur
mechanischen Trennung von Wasser und Schlamm schlägt die
EP 0 510 328 B1 ein
Filtrationsverfahren bzw. eine Filtrationsvorrichtung vor. Auch
die
DE 10151 833 A1 befaßt sich
mit einem Filtrationsmodul zur Trennung des Wasseranteils von Schwebestoffen
bei Abwasser.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung
derart weiterzubilden, dass eine Klärung von verhältnismäßig kleinen
Abwassermengen auf verhältnismäßig kleinem
Raum mit geringem Aufwande möglich
ist.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch das in den Ansprüchen angegebene Verfahren bzw.
durch die in den Ansprüchen
angegebene Vorrichtung.
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Es
ist vorgesehen, dass die Nachklärung durch
Filtration erfolgt, wobei es von Vorteil ist, wenn das Filtrationsmodul
innerhalb des Bioreaktors, in welchem auch die Nitrifikation und
Denitrifikation stattfindet, angeordnet ist. Zufolge dieser Ausgestaltung
besitzt die gesamte Kläranlage
lediglich einen Puffer zum Zwischenspeichern des ungeklärten Abwassers,
dem auch die physikalische Vorklärungseinrichtung
zugeordnet sein kann, und den Bioreaktor sowie gegebenenfalls einen
Bunker für
den Schlamm. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
eignet sich besonders für
die Verwendung auf Schiffen sowie bei konzentriertem Abwasser im
industriellen und kommunalen Bereich. Der Bioreaktor be steht aus
einem geschlossenen Gehäuse
mit einem Zufluss, durch welchen das physikalisch vorgeklärte Abwasser
in den Behälter
einströmt.
Innerhalb des Behälters
befindet sich darüber
hinaus ein Rührwerk,
um das darin enthaltene Abwasser zusammen mit den Schwebestoffen
zu bewegen. Weiter besitzt der Behälter insbesondere an seinem
Boden Luftaustrittsöffnungen,
mit denen Luft in das Abwasser eingeblasen werden kann. Die überschüssige Luft
kann an der Oberseite des Behälters
durch eine geeignete Öffnung
entweichen. Wesentlich ist, dass innerhalb des Behälters ein
Filter, insbesondere eine Membranfilteranordnung angeordnet ist.
Mittels dieser Membranfilteranordnung kann das biologisch geklärte Wasser
von den Schwebeteilchen getrennt werden. Durch natürliches
Gefälle
oder durch eine Pumpe kann das geklärte Wasser aus dem Membranfilter heraustransportiert
werden. Der Membranfilter ist derart in dem Behälter angeordnet, dass er ständig unterhalb
der Wasseroberfläche
liegt. Zum Klären des
Abwassers wird der Behälter
zunächst
bis zur maximalen Füllhöhe mit physikalisch
vorgeklärtem Abwasser
gefüllt.
Sodann wird in den Behälter
beispielsweise ein bis zwei Stunden lang Luft eingeblasen. Während dieser
Nitrifikation erfolgt eine Oxidation der Ammoniumbestandteile des
Abwassers. Nach dieser Nitrifikation werden ohne Zugabe von Luft
das Abwasser und die darin enthaltenen Mikroorganismen bewegt. Dies
erfolgt mittels eines Rührwerkes. Dieser
anaerobe Prozessschritt dauert typischerweise 15 bis 60 Minuten.
Während
dieses Prozesses erzeugen die Mikroorganismen des Belebtschlammes aus
den nitrifizierten Stickstoffverbindungen NO2, welches
als Gas entweicht. Dabei entstehen auch Schwebestoffe. Der Nitrifikationsschritt
und der Denitrifikationsschritt werden in erforderlichem Maße nacheinander
folgend wiederholt. Die Sequenz wird beendet, wenn die Ablaufwerte
des Abwassers die erforderliche Minimalkonzentration erreicht haben. Danach
wird das Abwasser durch das Membranfiltrationsmodul abgepumpt, bis
der Wasserstand einen Minimalpegel erreicht hat, der oberhalb des
Filtrationsmodules liegt. Dann kann über den Zufluss erneut physikalisch
vorgeklärtes
Abwasser in den Behälter einströmen. Erreicht
die Schwebstoffkonzentration innerhalb des Bioreaktors einen Maximalwert,
beispielsweise über
18 g/l, wird der Schlamm abgesaugt und in einem Bunker zwischengespeichert.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert.
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Die 1 zeigt
in schematischer Darstellung den Aufbau eines Bioreaktors. Der Bioreaktor 1 besteht
aus einem geschlossenen Behälter
mit etwa 2 bis 5 cbm Inhalt. In den Behälter 1 mündet eine
Abwasserzuleitung 6. Dem Boden des Behälters 1 sind mehrere
Luftaustrittsdüsen 4 zugeordnet,
durch welche Luft in das sich im Behälter 1 befindliche
Abwasser eingeblasen werden kann. Im Behälter befindet sich noch ein
Rührwerk 7 und
der Boden des Behälters
besitzt eine Schlammabsaugöffnung 8.
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Wesentlich
ist ein im Behälter
1 angeordneter
Membranfilter
3. Der Membranfilter
3 kann eine Ausgestaltung
besitzen, wie sie die
DE
692 05 198 T2 beschreibt. Die
DE 692 05 198 T2 wird vollinhaltlich
mit in den Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung mit einbezogen.
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Der
Membranfilter 3 besitzt eine Vielzahl von parallel zueinander
angeordneter Filtermembranmodule, die einer gemeinsamen Ableitung 5 zugeordnet sind.
Die Ableitung 5 kann eine Pumpe 9 aufweisen, durch
welche das geklärte
Wasser 5 durch den Abfluss 5 gepumpt wird. Die
Trennung zwischen Schwebestoffen und Wasser erfolgt innerhalb des Membranfilters 3.
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Zum
biologischen Klären
von physikalisch vorgeklärtem
Abwasser wird dieses Abwasser durch den Wasserzufluss 6 in
den Bioreaktor 1 bis zur Maximalhöhe 2 (max) eingefüllt. Sodann
wird durch die Luftaustrittsdüsen 4 Luft
in das Abwasser eingeblasen, um die im Abwasser befindlichen Inhaltsstoffe zu
oxidieren. Diese Nitrifikation dauert typischerweise 1 bis 2 Stunden,
vorzugsweise 1,5 Stunden. Diese Zeiten können je nach Abwasserfracht
und erforderlicher Reinigungsleistung variabel anhand einer On-Line
Meßtechnik
oder manuell optimiert werden.
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Der
Nitrifikation schließt
sich ein Denitrifikationsschritt an. Ohne die Zugabe von Luft wird
mit Hilfe des Rührwerkes 7 das
im Behälter 1 befindliche
Abwasser zusammen mit den Schwebestoffen bewegt. Während dieses
Mischvorgangs, der 15 bis 50 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten dauern
kann, wandeln die sich im Bioreaktor 1 befindlichen Mikroorganismen
die durch die Oxidation entstandenen Stickstoffkomponenten in NO2 und Wasser um.
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Der
Nitrifikationsschritt und der Denitrifikationsschritt können mehrfach
hintereinander durchgeführt
werden. Vorzugsweise wird dieser Doppelschritt vier- bis sechsmal
hintereinander durchgeführt.
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Nach
Erreichen einer Minimalkonzentration an Inhaltsstoffen innerhalb
des Abwassers wird das Wasser von dem Belebtschlamm getrennt. Hierzu wird
das Wasser mittels der Pumpe 9 durch den Abfluss 5 durch
die Membranen des Membranfilters 3 gepumpt. Zur Reinigung
der Membranen kann Luft in den Membranfilter 3 eingeblasen
werden.
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Das
Abpumpen des geklärten
Abwassers erfolgt solange, bis der Wasserspiegel innerhalb des Behälters 1 von
dem Maximalniveau 2 auf das minimale Niveau 2' (min) abgesunken
ist. Das minimale Niveau 2' liegt
noch oberhalb des Membranfilters 3.
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Erreicht
die Schwebeteilchenkonzentration innerhalb des Bioreaktors 1 eine
Maximalkonzentration von beispielsweise > 18 g/l, so wird Schlamm durch eine Schlammabsaugöffnung 8 entfernt.
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Erreicht
die Schwebeteilchenkonzentration innerhalb des Bioreaktors 1 eine
Maximalkonzentration von beispielsweise 18 g/l, so wird der sich
auf dem Boden des Behälters 1 abgesetzte
Schlamm durch eine Schlammabsaugöffnung 8 entfernt.
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Der
mit der Bezugsziffer 3 bezeichnete Membranfilter besteht
aus einer Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten flachen,
insbesondere quaderförmigen
Hohlkörpern.
Die Breitseitenflächen der
quaderförmigen
Hohlkörper
werden von wasserdurchlässigen
Membranen gebildet. Diese Membranen sind mikroporös, so dass
nur das Wasser, nicht aber die Schwebeteilchen hindurchtreten können. Um
ein Verstopfen der Membranen zu vermeiden, kann auch während des
Abpumpens zeitweise oder andauernd Luft durch unterhalb der Membranen
angeordnete Lufteintrittsdüsen
in den Zwischenraum zwischen den Membranen eingeblasen werden. Durch
die aufsteigenden Luftblasen werden die Membranoberflächen mechanisch
gereinigt. Die einzelnen flachen Hohlkörper können mit geeigneten Rohrleitungen
sowohl unten als auch oben miteinander verbunden sein. Diese Rohrleitungen
sind mit dem Abfluss 5 verbunden, so dass mittels der Pumpe 9 innerhalb
der Hohlkörper
ein Unterdruck erzeugt werden kann, der das geklärte Wasser durch die Membranen
saugen kann.
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Das
Verfahren ist insbesondere in der Lage, auch konzentrierte, industrielle
oder kommunale Abwässer
weitestgehend so zu reinigen, dass die Leitwerte der EU-Badegewässerrichtlinie
unterschritten werden. Der Membranfilter kann chemisch gereinigt werden.
Dies erfolgt in situ, ohne Veränderung
der Einbausituation vollautomatisch oder manuell. Die Reinigung
erfolgt vorzugsweise in regelmäßigen Zyklen,
deren Länge
normalerweise zwei bis sechs Monate betragen. Wahlweise können die
Membranen aber auch regelmäßig gewechselt
werden. Die Reinigung kann vor Ort in gleichen Zeiträumen erfolgen.
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Das
Verfahren ist in der Lage, die insbesondere auf Schiffen anfallenden
konzentrierten Abwässer
nahezu vollständig
zu reinigen. Das Verfahren nutzt den Vorteil der Membrantechnik,
so dass auf eine Sedimentation, wie sie bei den bekannten Verfahren
erforderlich ist, verzichtet werden kann. Der besondere Vorteil
der Erfindung wird auch darin gesehen, dass die Phasen der Abwasserreinigung
zeitlich nacheinander in einem einzigen Behälter erfolgen. Die belüftete und
unbelüftete
Phase werden nacheinander durchgeführt. Je nach Abwasserfracht und
Belastung werden diese Zeiten optimiert und den Reinigungsanforderungen
angepaßt.
In der letzten belüfteten
Phase erfolgt die Filtration des Permeats über die Membranen. Dadurch
entfällt
der Vorgang der Sedimentation komplett. Die Schlammkonzentration
beträgt
während
der biologischen Reinigung etwa 12 bis 20 g/l. Dadurch kann das
Reaktorvolumen gering gehalten werden. Stoßbelastungen aufgrund schwankender
Zuflusskonzentrationen werden durch die zeitlich angepaßten Phasen,
die manuell oder durch entsprechende On-Line Messungen optimiert
werden können,
aufgefangen und abgearbeitet. Das Abwasser wird in der Regel zusätzlich in
einem Puffer vorgespeichert, um die Zuflußschwankungen auszugleichen.
Hierdurch bringen auch kleine Reaktorvolumina keine Nachteile.
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Ebenfalls
können
optimal zur Adsorption organischer oder sonstiger Abwasserinhaltsstoffe,
insbesondere Substanzen, die unter dem Summenparameter AOX zusammengefaßt werden,
gezielt durch Dosierung von zum Beispiel Aktivkohle während einer
Abbauphase, in der dies idealerweise durchgeführt wird, erfolgen. Da die
Adsorption von organischen Abwasserinhaltsstoffen im herkömmlichen Verfahren
sehr stark die Aktivkohle belädt
und dadurch die Adsorption von AOX deutlich reduziert und somit
die Betriebskosten erheblich steigert, stellt dieses Verfahren einen
erheblichen Vorteil für
die Betriebskosten dar.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.