DE102007021887B3 - Procedure for biological treatment of wastewater with low temperature, comprises settling bio film consisting of sessile micro organisms, and flowing unheated, colder mixture containing waste water and mud to subsurface of the film - Google Patents
Procedure for biological treatment of wastewater with low temperature, comprises settling bio film consisting of sessile micro organisms, and flowing unheated, colder mixture containing waste water and mud to subsurface of the film Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur biologischen Behandlung von Abwässern mit niedrigen Temperaturen.The The invention relates to a method and a device for biological Treatment of wastewater with low temperatures.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Alle Verfahren der biologischen Abwasserreinigung bauen auf der Nahrungs- und Fortpflanzungsstrategie sich selbst entwickelnder Bakterien auf. Wird ihnen Trägermaterial als Aufwuchsfläche angeboten, siedeln sie sich als sogenannter Biofilm darauf an. Da sie fest auf den Aufwuchsflächen fixiert sind, wird von sessilen Mikroorganismen auf Festbetten gesprochen.All Biological wastewater treatment processes are based on food and reproductive strategy of self-developing bacteria on. Will they carrier material as nursery area offered, they settle on it as a so-called biofilm. There she firmly on the nursery surfaces are fixed, is spoken by sessile microorganisms on fixed beds.
Verfahrenstechnisch können diese Festbetten als eigenständige technische Gebilde in einem biologischen Reaktor betrieben werden. Sie übernehmen die gesamte Reinigung der Abwässer.process engineering can these fixed beds as independent technical structures are operated in a biological reactor. They take over the entire cleaning of the wastewater.
Dagegen versteht man unter kombinierten Verfahren den Einbau von fest verankerten Festbetten in das Belebtschlamm- oder ein gleich geartetes Verfahren. Hier übernehmen die Festbetten nur einen Teil der Reinigungsleistungen. Für Festbetten haben sich z. B. strukturierte Packungen aus gewellten, miteinander verbundenen Kunststoffen als geeignet erwiesen. Die Festbetten können aufwärts, abwärts oder seitwärts durchströmt werden. Die Fließrichtungen werden insbesondere bei aeroben Verfahren durch die Art der Belüftungseinrichtungen bestimmt.On the other hand is understood by combined methods the installation of firmly anchored Fixed beds in the activated sludge or a similar process. Take over here the fixed beds only a part of the cleaning services. For fixed beds have z. B. structured packages of corrugated, with each other connected plastics proved to be suitable. The fixed beds can be up, down or down sideways flows through become. The flow directions in particular in aerobic processes by the type of aeration devices certainly.
Solche
Verfahren und Anlagen sind z. B. aus der
Der gegenwärtige Wissensstand wird auch prinzipiell von H.-J. Pöpel in „Festbett- und Fließbettreaktoren zur Nitrifikation und Denitrifikation als Alternative zum Belebtschlammverfahren" (Schriftenreihe WAR 91 – TH Darmstadt, S. 101 bis 128, Hrsg.: Verein zur Förderung des Institutes WAR – Darmstadt 1996) gut beschrieben.Of the current Knowledge is also in principle by H.-J. Pöpel in "fixed bed and fluidized bed reactors for nitrification and denitrification as an alternative to the activated sludge process "(Series WAR 91 - TH Darmstadt, pp. 101 to 128, ed.: Association for the Promotion of the Institute WAR - Darmstadt 1996) well described.
Darauf bezogen sind eine der Leistungsfähigkeit für aerobe und anoxische Verfahren und Vorrichtungen veröffentlicht.Thereon are related to one of the performance for aerobic and anoxic methods and devices.
So
ist nach der
Aus
der
Dabei sind die Mischkammerelemente in ihren geometrischen Formen so konzipiert, dass eine vollständige Durchmischung des durchströmenden Mediums erreicht werden soll. Durch diese beabsichtigte vollständige Durchmischung des Inhalts der Mischkammerelemente bzw. der Mischkammereinheiten kann bei der Beheizung einzelner Mischkammerelemente immer die „Mischkammereinheit 28" einschließlich ihres gesamten Medieninhaltes bis auf eine Temperatur von 37°C erwärmt werden.there the mixing chamber elements are designed in their geometric shapes, that a complete Mixing of the flowing through Medium should be achieved. By this intended thorough mixing the contents of the mixing chamber elements or the mixing chamber units can always be the "mixing chamber unit when heating individual mixing chamber elements 28 "including her entire media contents are heated to a temperature of 37 ° C.
Die
erforderlichen hohen Energieverbräuche bei Erwärmung des
jeweiligen gesamten Abwasservolumens sind bei den aus dem Stand
der Technik bekannten Verfahren als unwirtschaftlich anzusehen.
Die Größe des zusätzlichen
Energiebedarfes wird nach Kenntnis volumen- und einwohnerbezogener
Richtwerte deutlich. Für
traditionelle Verfahren der kommunalen Abwasserbehandlung bei Abwassertemperaturen
von 8°C
bis 14°C
gilt in etwa:
Temperatursteigerungen in Reaktoren/Fermentern mit diesen Volumina waren und sind energetisch unakzeptabel. Außerdem müssten die erwärmten gereinigten Abwässer ab 30°C aus Umweltschutzgründen wieder abgekühlt werden.temperature increases in reactors / fermenters with these volumes were and are energetically unacceptable. Furthermore would the heated ones purified wastewater from 30 ° C for environmental reasons again chilled become.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Um diese gravierenden Nachteile zu vermeiden, liegt der erfindungsgemäße Grundgedanke des beanspruchten Verfahrens dann, nur die Oberflächen der Festbetten und nicht die Räume der Reaktoren/Fermenter mit dem gesamten beinhalteten Abwasservolumen zu beheizen. Kommen vorzugsweise kombinierte Verfahren zur Anwendung, so ist das Verhältnis zwischen den großen Reaktorvolumina (10 m3/EW ... 0,1 m3/EW) und den dann installierten beheizten Festbetten mit maximal 0,03 m3/EW so bedeutend, dass bei den angestrebten Temperaturdifferenzen von 2°C ... 4°C zwischen dem kalten Abwasser und den warmen Festbetten, keine Erwärmung des Abwassers spürbar wird. Mit anderen Worten: bei weiterhin niedrigen Abwasser-Schlammtemperaturen in den Reaktoren/Fermentern soll die Aktivität und Menge der die beheizten Festbetten besiedelnden Bakterien verbessert werden.In order to avoid these serious disadvantages, the basic idea of the claimed method according to the invention is then to heat only the surfaces of the fixed beds and not the spaces of the reactors / fermenters with the entire wastewater volume involved. If combined processes are preferably used, the ratio between the large reactor volumes (10 m 3 / rev. ... 0.1 m 3 / rev.) And the then installed heated fixed beds with a maximum of 0.03 m 3 / rev. that at the desired temperature differences of 2 ° C ... 4 ° C between the cold waste water and the warm fixed beds, no heating of the wastewater is felt. In other words, with still low wastewater sludge temperatures in the reactors / fermenters, the activity and amount of bacteria colonizing the heated fixed beds should be improved.
Damit sollen bei minimalen erforderlichen Energieeinsatz die Umsatzraten der sessilen heterotrophen und autotrophen Bakterien zur Behandlung von Abwässern mit niedrigen Temperaturen erhalten und gesteigert werden, z. B.
- • in belüfteten Oxidationsteichen mit eingebauten Festbetten bei Abwassertemperaturen < 3°C zur Aufrechterhaltung relevanter Reinigungsleistungen;
- • in Belebungsanlagen mit eingebauten Festbetten bei Abwassertemperaturen < 10°C zur Gewährleistung der Nitrifikation und Denitrifikation;
- • in ventilated oxidation ponds with built-in fixed beds at wastewater temperatures <3 ° C to maintain relevant cleaning performance;
- • in activated sludge plants with built-in fixed beds at wastewater temperatures <10 ° C to ensure nitrification and denitrification;
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens nach Patentanspruch 1 sowie die Merkmale der Einrichtung nach Patentanspruch 2 gelöst.These The object is achieved by the features of the method according to claim 1 and the features of the device according to claim 2 solved.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die erfindungsgemäße Lösung ist anwendbar bei der biologischen Aufbereitung von organisch verschmutzten und stickstoffhaltigen Abwässern mittels aerob und anoxisch lebender Mikroorganismen. Bei niedrigen Abwasser- und Reaktortemperaturen, z. B. < 3°C für den organischen Kohlenstoffabbau und < 10°C für die Nitrifikation und Denitrifikation, sollen die Mindestumsatzraten der Mikroorganismen durch die ausschließliche Beheizung der Festbetten energetisch optimiert aufrechterhalten bleiben.The inventive solution applicable in the biological treatment of organically polluted and nitrogenous wastewater by means of aerobic and anoxic living microorganisms. At low Sewage and reactor temperatures, eg. B. <3 ° C for the organic carbon degradation and <10 ° C for nitrification and denitrification, should be the minimum conversion rates of microorganisms by the exclusive Heating the fixed beds maintained energetically optimized stay.
Das Wesen der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die biologischen Prozesse der Abwasserbehandlung temperaturabhängig verlaufen. Insbesondere sind es die dabei zutreffenden Milieubedingungen pH-Wert, Nährstoffverhältnis, Salz und O2-Gehalt sowie explizit die Temperatur, die die Substratabbaugeschwindkgkeiten gelöster Abwasserinhaltsstoffe mithilfe von aeroben, anoxischen und anaeroben Mikroorganismen bestimmen. Steigende Geschwindigkeiten können u. a. auch zu Verkürzungen der erforderlichen Reaktionsräume führen.The essence of the invention is based on the knowledge that the biological processes of wastewater treatment are temperature-dependent. In particular, it is the applicable environmental conditions pH value, nutrient ratio, salt and O 2 content, as well as explicitly the temperature, which determine the substrate degradation rates of dissolved wastewater constituents by means of aerobic, anoxic and anaerobic microorganisms. Increasing speeds can also lead to shortening of the required reaction spaces.
Im Rahmen der MONOD-Kinetik können die Wachstumsraten μ [h–1] der Mikroorganismen in Abhängigkeit von unterschiedlichen Einflussgrößen theoretisch definiert werden. Die folgende darauf bezogene Gleichung beschreibt jedoch nur ein spezielles Bakterium. Mischpopulationen, wie sie insbesondere in der kommunalen Abwasserreinigung zur Anwendung kommen, können demzufolge nur dem Grunde nach charakterisiert werden.As part of the MONOD kinetics, the growth rates μ [h -1 ] of the microorganisms can be theoretically defined as a function of different influencing factors. However, the following related equation describes only one particular bacterium. Mixed populations, such as those used in municipal wastewater treatment in particular, can therefore only be characterized as such.
Nach Monod ist: wobei unter
- μmax
- = maximale Wachstumsrate [h–1]
- S
- = Substratkonzentration [mg/l]
- ks
- = Halbsättigungskonstante, abhängig u. a. von der Temperatur [mg/l]
- t
- = Zeit [h]
- μ max
- = maximum growth rate [h -1 ]
- S
- = Substrate concentration [mg / l]
- k s
- = Half-saturation constant, depending among other things on the temperature [mg / l]
- t
- = Time [h]
Geht man davon aus, dass das Mikroorganismenwachstum direkt proportional der Substratabbaugeschwindigkeit ist, wird die qualitativ definierbare Bedeutung der Temperatur für den Abbau der Abwasserinhaltsstoffe ersichtlich.going it is believed that microbial growth is directly proportional the substrate degradation rate is the qualitatively definable Meaning of temperature for the degradation of wastewater constituents.
Im Mittelpunkt der interessierenden Betrachtungen stehen aerobe und anoxische Prozesse zur Reduzierung der organischen Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen mit Hilfe von heterotrophen und autotrophen Bakterien. Dabei geht es in erster Linie um die Aufrechterhaltung der Mindestsubstratabbaugeschwindigkeiten bei niedrigen Abwassertemperaturen als Voraussetzung für die Einhaltung der gesetzlichen Überwachungswerte.in the The focus of interest considerations are aerobic and anoxic processes to reduce organic carbon and nitrogen compounds using heterotrophic and autotrophic bacteria. This is primarily about maintaining the minimum substrate degradation rates low wastewater temperatures as a prerequisite for compliance the statutory monitoring values.
Festbetten werden vom Abwasser in unterschiedlich gerichteten Strömungen umspült. Sie zeichnen sich durch große Aufwuchsflächen für die Biomasse und hohe Feststoffgehalte aus. Die Temperaturbedingungen für die angesiedelten Biomassen auf den Festbetten entsprechen den zugeführten Abwassertemperaturen.fixed beds are lapped by the wastewater in differently directed currents. she are characterized by large ones growth surfaces for the Biomass and high solids content. The temperature conditions for the settled biomasses on the fixed beds correspond to the supplied wastewater temperatures.
Durch die erfindungsgemäße Beheizung der Festbetten können auf diesen den angesiedelten Mikroorganismen, unabhängig von den vorliegenden Abwassertemperaturen, idealisierte Temperaturbedingungen zur Verfügung gestellt werden. Bei der gezielten ausschließlichen Beheizung der Festbetten wird der erforderliche Energieeinsatz zur Erhaltung und Steigerung der Umsatzraten der Bakterien reduziert.By the heating according to the invention the fixed beds can on these the settled microorganisms, regardless of the present sewage temperatures, idealized temperature conditions for disposal be put. In the targeted exclusive heating of the fixed beds The energy required to maintain and increase the conversion rates of the bacteria are reduced.
Für die Beheizung der Festbetten sind nahezu alle Wärmequellen anwendbar. Insbesondere sind die im Rahmen der anaeroben Schlammbehandlung innerhalb der Kläranlagen anfallenden alternativen Energiequellen geeignet.For heating The fixed beds are almost all heat sources applicable. Especially are within the anaerobic sludge treatment within the sewage treatment plants suitable alternative energy sources suitable.
Die das Festbett bildenden, das Heizmedium führenden Einbauten, z.B. Rohre aus gut wärmeleitenden Materialien, können mit wärmedämmenden Stoffen umhüllt werden. Letztere Stoffe sollten sich in Abhängigkeit von ihrer gewünschten Außentemperatur in Fließrichtung des Heizmediums verjüngen. Somit kann den auf den wärmedämmenden Stoffen siedelnden Bakterien eine nahezu konstante Temperatur garantiert werden.The forming the fixed bed, the heating medium leading internals, e.g. Tube made of good thermal conductivity Materials, can with thermal insulation Wrapped in fabrics become. The latter substances should vary depending on their desired outside temperature in the flow direction Rejuvenate the heating medium. Thus, on the heat-insulating Substances settling bacteria guarantees a nearly constant temperature become.
Als besonderes Problem bei beheizten Festbetten tritt das schnelle Schlammwachstum mit steigenden Temperaturen und eine plötzlich fast schlagartige Entschlammung auf. Die Entfernung dieses Überschussschlammes aus dem biologischen Reaktor bedarf gesonderter konstruktiver Lösungen.When a particular problem with heated fixed beds is the rapid growth of sludge with rising temperatures and a sudden almost abrupt desludging on. The removal of this excess sludge from the biological reactor requires separate constructive solutions.
Um die Leistungsfähigkeit der entschlammten Festbetten aufrechtzuerhalten, können dessen Oberflächen mit unterschiedlichen Materialien (z. B. Textilien) beschichtet werden. Dadurch wird, wie z. B. von „schwachbelasteten Tropfkörpern" bekannt, eine kurzzeitige totale Leistungsminderung vermieden.Around the efficiency to maintain the de-mudded fixed beds, can its surfaces coated with different materials (eg textiles) become. As a result, such. B. of "weakly loaded drip bodies" known, a short-term Total power reduction avoided.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen mit dazugehörigen Bildern näher erläutert. Dabei zeigen:The Invention is based on two embodiments with associated Pictures closer explained. Showing:
Das
erste Ausführungsbeispiel
zeigt entsprechend
Dem
biologischen Reaktor (
Auf
dem beheizten Trägermaterial
entsprechend Einzelelement (
Durch
einen Kompressor (
Das
in
Das
zweite Ausführungsbeispiel
gemäß
Die
seitwärts
gerichtete Anströmung
des Festbettes (
- 11
- biologischer Reaktorbiological reactor
- 22
- aufwärts durchströmtes Festbettupward flowed through fixed bed
- 33
- Wärmeaustauscherheat exchangers
- 44
- Rohrleitungpipeline
- 55
- Rohrleitungpipeline
- 66
- Steuer- und RegelorganTax- and control organ
- 77
- Zulaufleitungsupply line
- 88th
- Tauchwandbaffle
- 99
- Ablaufprocedure
- 1010
- ÜberlaufschwelleOverflow threshold
- 1111
- Schlammleitungsludge line
- 1212
- Druckleitungpressure line
- 1313
- Kompressorcompressor
- 1414
- SchlammstapelraumSludge storage space
- 1515
- StützenSupport
- 1616
- Heizmedium, Wärmequelleheating medium, heat source
- 1717
- EinzelelementSingle element
- 1818
- Biomasse, Biofilmbiomass, biofilm
- 1919
- Photovoltaikanlagephotovoltaic system
- 2020
- Steuergebäudecontrol building
- 2121
- WendelbelüfterWend aerators
- 2222
- seitwärts durchströmtes Festbettsideways flow through fixed bed
- 2323
- Metallgestellmetal frame
- 2424
- E-KabelE cable
Claims (5)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200710021887 DE102007021887B3 (en) | 2006-05-19 | 2007-05-08 | Procedure for biological treatment of wastewater with low temperature, comprises settling bio film consisting of sessile micro organisms, and flowing unheated, colder mixture containing waste water and mud to subsurface of the film |
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DE102006024111.8 | 2006-05-19 | ||
DE102006024111 | 2006-05-19 | ||
DE200710021887 DE102007021887B3 (en) | 2006-05-19 | 2007-05-08 | Procedure for biological treatment of wastewater with low temperature, comprises settling bio film consisting of sessile micro organisms, and flowing unheated, colder mixture containing waste water and mud to subsurface of the film |
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DE102007021887B3 true DE102007021887B3 (en) | 2008-03-06 |
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Citations (3)
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DE3916250A1 (en) * | 1988-07-14 | 1990-02-22 | Wolfgang Luehr | Mixing chamber module - with coaxial ring channels in each half joined by serated radial webs |
DE4429208C1 (en) * | 1994-08-18 | 1995-11-16 | Lars Stahmer | Purifying waste water by adjusting pH and temp., filtering, and |
-
2007
- 2007-05-08 DE DE200710021887 patent/DE102007021887B3/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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