DE102010035751B4 - Method of reducing scum in a sewage treatment plant - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Reduzierung von Schwimmschlamm in einer Kläranlage durch Reduzierung des in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch enthaltenen elememtaren Stickstoffs mittels Sauerstoff oder mittels mit Sauerstoff angereicherter Luft, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser-Belebtschlamm-Gemisch vor dem Eintritt in das Nachklärbecken durch einen Stickstoffkontaktor geleitet und dabei an mindestens einer zur gezielten Entgasung des Wasser-Belebtschlamm-Gemisches dienenden und von der anderen Seite mit Sauerstoff beaufschlagten Membran vorbeigeführt wird, wobei die Stickstoff-Konzentration in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch in dem Stickstoffkontaktor auf eine die Entstehung von Schwimmschlamm zumindest weitgehend verhindernde Konzentration gesenkt wird, wobei der Stoffaustausch im direkten Kontakt der beiden Phasen an den Porenöffnungen der Membran erfolgt und weder Flüssigkeit noch Gas durch die Membran strömt und wobei die Sauerstoffzufuhr in den Stickstoffkontaktor in Abhängigkeit von der Konzentration des elementaren Stickstoffs im Ablauf des Belebtschlammbeckens geregelt wird und in diskontinuierlichem Betrieb eine Ableitung des Sauerstoffs aus dem Stickstoffkontaktor über Belüftungselemente unterhalb der Membran durchgeführt wird.Process for reducing floating sludge in a sewage treatment plant by reducing the elemental nitrogen contained in the water-activated sludge mixture by means of oxygen or by means of air enriched with oxygen, characterized in that the water-activated sludge mixture is passed through a nitrogen contactor before entering the secondary settling tank and is guided past at least one membrane which is used for the targeted degassing of the water / activated sludge mixture and which is supplied with oxygen from the other side, the nitrogen concentration in the water / activated sludge mixture in the nitrogen contactor at least largely resulting in the formation of floating sludge preventing concentration is reduced, the mass transfer takes place in direct contact of the two phases at the pore openings of the membrane and neither liquid nor gas flows through the membrane and the oxygen supply into the nitrogen contactor depending on the concentration of the elemental nitrogen in the outlet of the activated sludge basin is regulated and in discontinuous operation the oxygen is removed from the nitrogen contactor via aeration elements below the membrane.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Schwimmschlamm in einer Kläranlage durch Reduzierung des in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch enthaltenen elementaren Stickstoffs mittels Sauerstoff oder mittels mit Sauerstoff angereicherter Luft.The invention relates to a method for reducing scum in a sewage treatment plant by reducing the elemental nitrogen contained in the water-activated sludge mixture by means of oxygen or by means of oxygen-enriched air.

Der gezielte Einsatz von Sauerstoff ist zur weitgehenden Vermeidung von Schwimmschlamm notwendig, da in Kläranlagen als Folge der Denitrifikation bei der biologischen Abwasserreinigung elementarer Stickstoff entsteht. Weil der Belebtschlamm durch die Belüftung bereits mit Stickstoff gesättigt ist, kann der zusätzliche Stickstoff zu einer Übersättigung führen. Im Nachklärbecken ist eine solche Übersättigung auf jeden Fall unerwünscht, da das überschüssige Gas bei ungünstigen Verhältnissen in Form kleiner Blasen entweicht und an den Belebtschlammflocken anhaftet. Dies kann zu einer Störung der Sedimentation, der so genannten Schwimmschlammbildung, führen. Um die Ablaufqualität der Kläranlage zu gewährleisten, kann es erforderlich sein, den überschüssigen Stickstoff vor Eintritt in das Nachklärbecken aus dem Belebtschlamm zu entfernen. Hierzu kann eine Strippung mit Reinsauerstoff erfolgen. Dazu wird z. B. Sauerstoffgas feinblasig in den Belebtschlamm eingepresst. Beim Aufstieg der Blasen kommt es zu einem Stoffaustausch zwischen gelöster Phase und Gasraum. Für eine effektive Entfernung des Stickstoffs muss dabei die Phasengrenzfläche zwischen Gasblasen und Flüssigkeit möglichst groß und die Stickstoffkonzentration im Gas möglichst gering sein. Dies führt zu einer relativ hohen Sauerstoffmenge, die an der Beckenoberfläche in die Atmosphäre entweicht. Bekannt ist ein solches Verfahren zur Beeinflussung des Schlammvolumenindex mit dem Ziel der Vermeidung von Schwimmschlamm z. B. aus der EP 1 445 239 . Es handelt sich um ein Verfahren, bei dem die Stickstoffkonzentration im Wasser-Belebtschlamm-Gemisch durch Strippung auf eine beliebige Konzentration gebracht wird, die unterhalb der Sättigungskonzentration liegen soll. Die Stickstoffkonzentration im Belebungsbecken wird dabei kontinuierlich hinter einer Sauerstoffbarriere gemessen, sodass die eingeblasene Sauerstoffmenge derart gesteuert wird, dass eine Sättigungs- oder Untersättigungskonzentration für Stickstoff unter den gegebenen Umgebungsbedingungen vorliegt. Aus der WO03/05178281 ist eine Belüftungsapparatur zur Zufuhr von Sauerstoff in Wasser unter Einsatz einer Membran bekannt. Die US 2006/0163157 A1 zeigt ein biologisches Verfahren unter Einsatz einer Membran zur Anhaftung von Bakterien.The targeted use of oxygen is largely necessary to avoid floating sludge, since in sewage treatment plants as a result of denitrification in biological wastewater treatment elemental nitrogen is produced. Because the activated sludge is already saturated with nitrogen through the aeration, the additional nitrogen can lead to a supersaturation. In Nachklärbecken such supersaturation is undesirable in any case, since the excess gas escapes in unfavorable conditions in the form of small bubbles and adheres to the activated sludge flakes. This can lead to a disturbance of sedimentation, the so-called scum formation. In order to ensure the effluent quality of the treatment plant, it may be necessary to remove the excess nitrogen from the activated sludge before entering the secondary clarifier. Stripping with pure oxygen can be carried out for this purpose. This is z. B. oxygen gas pressed into the activated sludge fine bubbles. As the bubbles rise, there is a mass transfer between the dissolved phase and the gas space. For an effective removal of nitrogen, the phase boundary between gas bubbles and liquid must be as large as possible and the nitrogen concentration in the gas must be as low as possible. This leads to a relatively high amount of oxygen that escapes into the atmosphere at the pool surface. Such a method is known for influencing the sludge volume index with the aim of avoiding scum z. B. from the EP 1 445 239 , It is a process in which the nitrogen concentration in the water-activated sludge mixture is brought by stripping to an arbitrary concentration, which should be below the saturation concentration. The nitrogen concentration in the aeration tank is measured continuously behind an oxygen barrier, so that the injected amount of oxygen is controlled so that there is a saturation or undersaturation concentration for nitrogen under the given ambient conditions. From the WO03 / 05178281 For example, a ventilation apparatus for supplying oxygen in water using a membrane is known. The US 2006/0163157 A1 shows a biological method using a membrane to adhere bacteria.

Derartige Verfahren haben sich allerdings vor allem wegen ihres hohen Sauerstoffverbrauchs als nachteilig erwiesen.However, such methods have proved disadvantageous, above all because of their high oxygen consumption.

Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Reduzierung von Schwimmschlamm in einer Kläranlage durch Reduzierung des in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch enthaltenen Stickstoffs zu schaffen, das bei geringem Sauerstoffverbrauch eine effektive Reduzierung für unterschiedlichste Beckenanordnungen gewährleistet.Thus, the present invention has the object to provide a method for reducing scum in a sewage treatment plant by reducing the nitrogen contained in the water-activated sludge mixture, which ensures an effective reduction for a wide range of pool arrangements with low oxygen consumption.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass das Wasser-Belebtschlamm-Gemisch vor dem Eintritt in das Nachklärbecken durch einen Stickstoffkontaktor geleitet und dabei an mindestens einer zur gezielten Entgasung des Wasser-Belebtschlamm-Gemisches dienenden und von der anderen Seite mit Sauerstoff beaufschlagten Membran vorbeigeführt wird, wobei die Stickstoff-Konzentration in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch in dem Stickstoffkontaktor auf eine die Entstehung von Schwimmschlamm zumindest weitgehend verhindernde Konzentration gesenkt wird, wobei der Stoffaustausch im direkten Kontakt der beiden Phasen an den Porenöffnungen der Membran erfolgt und weder Flüssigkeit noch Gas durch die Membran strömt und wobei die Sauerstoffzufuhr in den Stickstoffkontaktor in Abhängigkeit von der Konzentration des elementaren Stickstoffs im Ablauf des Belebtschlammbeckens geregelt wird und im diskontinuierlichen Betrieb eine Ableitung des Sauerstoffs aus dem Stickstoffkontaktor über Belüftungselemente unterhalb der Membran druchgeführt wird.This object is achieved according to the process that the water-activated sludge mixture is passed before entering the secondary sedimentation tank through a Stickstoffkontaktor and thereby at least one targeted for degassing of the activated sludge mixture water and applied from the other side with oxygen membrane is passed in which the nitrogen concentration in the water / activated sludge mixture in the nitrogen contactor is reduced to a concentration which at least largely prevents the formation of floating sludge, the mass transfer taking place in direct contact between the two phases at the pore openings of the membrane and neither liquid nor gas passes through the membrane flows and wherein the oxygen supply to the nitrogen contactor is regulated as a function of the concentration of elemental nitrogen in the effluent of the activated sludge basin and in discontinuous operation a discharge of the oxygen from the nitrogen contactor via Be Ventilation is carried below the membrane.

Als zusätzlicher Verfahrensschritt ist vor dem Eintritt in das Nachklärbecken das Leiten des Wasser-Stickstoff-Gemischs durch einen Stickstoffkontaktor vorgesehen, in dem mittels einer oder mehrerer Membranen eine gezielte Entgasung des Gemisches durchgeführt wird. Die Membranen werden innen mit Sauerstoff beaufschlagt und in möglichst turbulenter Strömung vom Belebtschlamm umströmt. Dank der Membraneigenschaften und Betriebsbedingungen wird sichergestellt, dass weder die Flüssigkeit noch das Gas durch die Membran strömt. Der Stoffaustausch erfolgt im direkten Kontakt der beiden Phasen an den Porenöffnungen. Durch den Kontakt tritt Stickstoff und ggf. auch Kohlendioxid in die Membran ein. Gleichzeitig geht ein Teil des Sauerstoffs in Lösung. Das zusätzliche Aggregat in Form des Stickstoffkontaktors wird so in den Ablauf des Belebungsbeckens in der Kläranlage eingebunden, dass die Entstehung von Schwimmschlamm auf diese Weise gezielt verhindert werden kann.As an additional process step, before passing into the secondary clarifier, the water-nitrogen mixture is passed through a nitrogen contactor in which a targeted degassing of the mixture is carried out by means of one or more membranes. The membranes are exposed to oxygen inside and flows around in the most turbulent flow of activated sludge. Thanks to the membrane properties and operating conditions, it is ensured that neither the liquid nor the gas flows through the membrane. The mass transfer takes place in direct contact of the two phases at the pore openings. Through the contact nitrogen and possibly also carbon dioxide enters the membrane. At the same time, part of the oxygen goes into solution. The additional aggregate in the form of the nitrogen contactor is integrated into the process of the aeration tank in the treatment plant so that the formation of scum can be specifically prevented in this way.

Insofern ist es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als Vorgabe zu verstehen, dass die Stickstoffkonzentration in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch in dem Stickstoffkontaktor auf eine die Entstehung von Schwimmschlamm zumindest weitgehend verhindernde Konzentration gesenkt wird. Im Gegensatz zu bisher bekannten Kontakt-Apparaten, besteht das erfindungsgemäße Ziel bei Einsatz in der Kläranlage nicht mehr in der maximalen Entfernung des Gases aus der Flüssigkeit. Vielmehr ist es lediglich erforderlich, die Stickstoffkonzentration soweit unter die Sättigungsgrenze zu drücken, dass es nicht mehr zu einer Schwimmschlammbildung kommen kann.In this respect, it is to be understood in the context of the method according to the invention as a specification that the nitrogen concentration in the water-activated sludge mixture in the nitrogen contactor is reduced to a concentration largely preventing the formation of floating sludge. In contrast to previously known Contact devices, the objective of the invention is no longer in the maximum removal of the gas from the liquid when used in the treatment plant. Rather, it is only necessary to push the nitrogen concentration below the saturation limit so far that it can no longer lead to scum formation.

Während z. B. bei der Reinstwasseraufbereitung eine Gasentfernung von deutlich über 90% erforderlich ist, ist es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren als ausreichend anzusehen, wenn die Stickstoffkonzentration um ca. 20% bis 30% gesenkt wird. Da der Stofftransport entscheidend vom Konzentrationsgefälle abhängt, können somit bei einer Teilentgasung deutlich höhere Transportgeschwindigkeiten erzielt werden.While z. B. in the ultrapure water treatment, a gas removal of well above 90% is required, it should be considered sufficient in connection with the method according to the invention, when the nitrogen concentration is reduced by about 20% to 30%. Since the mass transport depends crucially on the concentration gradient, significantly higher transport speeds can thus be achieved with partial degassing.

Von besonderer Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Sauerstoffzufuhr, über die letztlich die Reduzierung des in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch enthaltenen Stickstoffs geregelt wird. Nach einer Variante der Erfindung ist diesbezüglich vorgesehen, dass die Sauerstoffzufuhr in den Stickstoffkontaktor in Abhängigkeit von der Stickstoffkonzentration im Ablauf des Belebtschlammbeckens geregelt wird.Of particular importance for the process according to the invention is the supply of oxygen, which ultimately controls the reduction of the nitrogen present in the water / activated sludge mixture. According to a variant of the invention, provision is made in this regard for the oxygen supply to the nitrogen contactor to be regulated as a function of the nitrogen concentration in the effluent of the activated sludge basin.

Ergänzend, ggf. zur Überprüfung oder alternativ hierzu ist daran gedacht, dass die Sauerstoffzufuhr in den Stickstoffkontaktor in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Ablauf des Stickstoffkontaktors geregelt wird.In addition, if necessary, for review or alternatively, it is contemplated that the oxygen supply is controlled in the Stickstoffkontaktor function of the oxygen concentration in the expiration of the nitrogen contactor.

Es ist als vorteilhaft anzusehen, wenn eine Online-Messung der Stickstoffkonzentration und/oder der Sauerstoffkonzentration durchgeführt wird. Hierzu dienen eine entsprechende Sonde zur Messung des Stickstoff- und/oder Sauerstoffgehalts an der jeweiligen Stelle im Ablauf des Belebungsbeckens bzw. am Ausgang des Stickstoffkontaktors.It can be regarded as advantageous if an online measurement of the nitrogen concentration and / or the oxygen concentration is carried out. Serve for this purpose a corresponding probe for measuring the nitrogen and / or oxygen content at the respective point in the course of the aeration tank or at the output of the nitrogen contactor.

Es wurde bereits die entscheidende Bedeutung der Sauerstoffzufuhr zur Realisierung des Verfahrens angesprochen. Die Membranen werden an ihrer Innenseite mit dem Sauerstoff beaufschlagt und auf ihrer Außenseite in möglichst turbulenter Strömung von dem Belebtschlamm umströmt. Um eine möglichst turbulente Strömung um die Membran zu erzeugen, kann z. B. eine Belüftung unterhalb der Membran angeordnet werden. Die Belüfter werden vorteilhafterweise diskontinuierlich betrieben. Da mit dem Eintreten des Stickstoffs in die Membran gleichzeitig ein Teil des Sauerstoffs in Lösung geht, ist es notwendig, diese Verluste an Sauerstoff auszugleichen und zu verhindern, dass sich eine zu hohe Stickstoffkonzentration in dem Gas entwickelt. Daher ist vorgesehen, dass in dem Stickstoffkontaktor Sauerstoff kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgetauscht wird, um die angesprochenen Verluste auszugleichen. Die Entgasung kann im Teilstrom oder Vollstrom erfolgen. Bei extremen Stickstoffbelastungen kann die Belüftung unterhalb der Membranen auch mit reinem Sauerstoff erfolgen. Auf diese Weise wird vorteilhaft das Verfahren der Membranentgasung mit einer Stickstoff-Strippung kombiniert.The crucial importance of the oxygen supply for realizing the method has already been addressed. The membranes are acted upon on the inside with the oxygen and flows around on its outside in the most turbulent flow of the activated sludge. To create a turbulent flow around the membrane as possible, z. B. a ventilation can be arranged below the membrane. The aerators are advantageously operated discontinuously. Since with the entry of the nitrogen into the membrane at the same time a part of the oxygen goes into solution, it is necessary to compensate for these losses of oxygen and to prevent an excessive nitrogen concentration in the gas develops. It is therefore provided that in the nitrogen contactor oxygen is exchanged continuously or discontinuously in order to compensate for the aforementioned losses. The degassing can be done in partial or full flow. Under extreme nitrogen conditions, ventilation below the membranes can also be done with pure oxygen. In this way, the method of membrane degassing is advantageously combined with a nitrogen stripping.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei diskontinuierlichem Betrieb eine Ableitung des Sauerstoffs aus dem Stickstoffkontaktor über die Belüftungselemente unterhalb der Membran durchgeführt und/oder der Sauerstoff anschließend für eine Nachbegasung eingesetzt wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that, in the case of discontinuous operation, a discharge of the oxygen from the nitrogen contactor is carried out via the venting elements below the membrane and / or the oxygen is subsequently used for a subsequent gasification.

Was die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens betrifft, ist vorgesehen, dass in der Kläranlage zwischen einem Belebtschlammbecken und einem Nachklärbecken mindestens ein Stickstoffkontaktor vorgesehen ist, der mindestens zwei Kammern aufweist, die voneinander durch eine zur gezielten Entgasung des Wasser-Belebtschlamm-Gemisches dienenden Membran getrennt sind.As far as the device for carrying out the method is concerned, it is provided that at least one nitrogen contactor is provided in the sewage treatment plant between an activated sludge tank and a secondary clarifier, which has at least two chambers which are separated from one another by a membrane used for targeted degassing of the water-activated sludge mixture are.

Die Kammern nehmen jeweils Reinsauerstoff oder Wasser-Belebtschlamm-Gemisch auf und werden durch eine Membran getrennt. Die Tauchmembranen werden innen mit Reinsauerstoff beaufschlagt und vom Wasser-Belebtschlamm-Gemisch umströmt. Durch den Kontakt tritt Stickstoff (und Kohlendioxid) in die Membran ein. Gleichzeitig geht ein Teil des Sauerstoffs in Lösung. Der Stickstoffkontaktor ist dabei als separates Aggregat zwischen Belebtschlammbecken und Nachklärbecken ausgebildet.The chambers take each pure oxygen or water-activated sludge mixture and are separated by a membrane. The immersion membranes are charged with pure oxygen inside and flowed around by the water-activated sludge mixture. Through contact, nitrogen (and carbon dioxide) enters the membrane. At the same time, part of the oxygen goes into solution. The nitrogen contactor is designed as a separate aggregate between activated sludge basin and secondary clarifier.

Dabei ist daran gedacht, dass als Stickstoffkontaktor ein Schacht oder ein Zulaufkanal vor dem Nachklärbecken dient bzw. dass der Stickstoffkontaktor in einen solchen zwischen Belebtschlamm- und Nachklärbecken integriert ist. Die Installation der Membranen soll vorzugsweise im Vollstrom erfolgen, um hohe Strömungsgeschwindigkeiten und damit eine hohe Turbulenz zu gewährleisten.It is envisaged that serves as a nitrogen contact a shaft or inlet channel upstream of the secondary clarifier or that the Stickstoffkontaktor is integrated into such between activated sludge and secondary sedimentation. The membranes should preferably be installed in full flow in order to ensure high flow velocities and thus high turbulence.

Es ist nach einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Membran als Platte ausgebildet ist. Plattenmodule haben sich als unempfindlich gegenüber Fest- und Faserstoffen erwiesen und können unterschiedlichen Formen und Ausgestaltungen der Stickstoffkontaktoren gut angepasst werden.It is provided according to an embodiment of the invention that the membrane is formed as a plate. Plate modules have proven to be insensitive to solid and fibrous materials and can be well adapted to different shapes and designs of the nitrogen contactors.

Alternativ dazu ist daran gedacht, dass die Membran als Hohlfaserbündel ausgebildet ist. Hohlfasermembranen verfügen über eine besonders hohe spezifische Oberfläche und erfordern damit den geringsten Platzbedarf. Wegen der hohen Feststofffracht im Belebtschlamm und der Gefahr von Verzopfungen sollten sie jedoch nur eingesetzt werden, wenn eine Feinsiebung vorgeschaltet werden kann.Alternatively, it is contemplated that the membrane is formed as a hollow fiber bundle. Hollow fiber membranes have a particularly high specific surface area and thus require the smallest space requirement. However, due to the high solids load in the activated sludge and the risk of clogging, they should only be used if a fine screening can be used upstream.

Im Hinblick auf Art der Tauchmembran und Größe der Poren wird vorgeschlagen, dass die Membran als Ultrafiltrationsmembran mit Porengrößen von ca. 0,05 μm ausgebildet ist. With regard to the nature of the immersion membrane and the size of the pores, it is proposed that the membrane is designed as an ultrafiltration membrane with pore sizes of approximately 0.05 μm.

Um das Eindringen der Flüssigkeit in die Membran zu verhindern, werden vorzugsweise hydrophobe Materialien bevorzugt. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Membran aus Polypropylen (PP) oder Polyvinylidenflourid (PVDF) hergestellt ist. Nachteil von hydrophoben Werkstoffen ist die stärkere Foulingneigung. Sowohl Polypropylen als auch Polyvinylidenflourid haben aber bereits in Membranbioreaktoren ihre Praxistauglichkeit in Zusammenhang mit Belebtschlamm bewiesen. Darüber hinaus spielt die Porosität der Oberfläche der Membran eine wesentliche Rolle. Je mehr Poren pro Oberflächeneinheit vorhanden sind, desto größer ist die Austauschfläche zwischen Flüssigkeit und Gas und desto weniger Membranfläche wird benötigt. Auch die Dicke der Membran übt einen Einfluss auf den Stoffaustausch aus.In order to prevent the penetration of the liquid into the membrane, preferably hydrophobic materials are preferred. For this purpose, it is provided in particular that the membrane is made of polypropylene (PP) or polyvinylidene fluoride (PVDF). Disadvantage of hydrophobic materials is the stronger fouling tendency. However, both polypropylene and polyvinylidene fluoride have already proven their practical suitability in connection with activated sludge in membrane bioreactors. In addition, the porosity of the surface of the membrane plays an essential role. The more pores per surface unit, the larger the exchange area between liquid and gas and the less membrane area is needed. The thickness of the membrane also exerts an influence on the mass transfer.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren zur Reduzierung von Schwimmschlamm in einer Kläranlage geschaffen ist, bei dem durch gezielten Einsatz von Sauerstoff eine Reduzierung des in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisches enthalten Stickstoffs realisiert wird. Hierfür ist ein separates, zusätzliches Aggregat in Form eines Stickstoffkontaktors vorgesehen, der zwischen dem Belebtschlamm- und dem Nachklärbecken positioniert ist. Auf diese Weise ist ein sehr gezielter, effektiver und gut zu überwachender Einsatz von Sauerstoff möglich. Vor dem Eintritt in das Nachklärbecken wird das Wasser-Belebtschlamm-Gemisch durch den Stickstoffkontaktor geleitet und dabei an Tauchmembranen vorbeigeführt. Diese Membranen sind einerseits mit Reinsauerstoff beaufschlagt und werden andererseits von dem Belebtschlamm umströmt. Während verhindert wird, dass Flüssigkeit oder Gas durch die Membran strömt, erfolgt der Stoffaustausch im direkten Kontakt der beiden Phasen an den Porenöffnungen. Bei dem Kontakt tritt der Stickstoff in die Membran ein, während ein Teil des Sauerstoffs in Lösung geht, was zu der Reduzierung des Stickstoffs führt. Es ist im Rahmen des Verfahrens notwendig, daher einen Teil des Sauerstoffs kontinuierlich oder diskontinuierlich auszutauschen.The invention is characterized in particular by the fact that a method for reducing scum in a sewage treatment plant is created in which a targeted reduction of the nitrogen contained in the water-activated sludge mixture is achieved by the targeted use of oxygen. For this purpose, a separate, additional unit is provided in the form of a nitrogen contactor, which is positioned between the activated sludge and the secondary clarifier. In this way, a very targeted, effective and well-monitored use of oxygen is possible. Before entering the secondary clarifier, the water-activated sludge mixture is passed through the nitrogen contactor and thereby guided past dip membranes. These membranes are on the one hand treated with pure oxygen and on the other hand flows around the activated sludge. While it is prevented that liquid or gas flows through the membrane, the mass transfer takes place in direct contact of the two phases at the pore openings. In the contact, the nitrogen enters the membrane while part of the oxygen goes into solution, resulting in the reduction of the nitrogen. It is necessary in the process, therefore, to exchange part or all of the oxygen continuously or discontinuously.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:Further details and advantages of the subject invention will become apparent from the following description of the accompanying drawings in which a preferred embodiment with the necessary details and individual parts is shown. Show it:

1 die Einbindung Stickstoffkontaktors in die Kläranlage, 1 the incorporation of nitrogen contactor into the sewage treatment plant,

2 den Ausschnitt aus einem Stickstoffkontaktor und 2 the section of a nitrogen contactor and

3 ein Fließbild für das Verfahren. 3 a flow chart for the process.

1 zeigt die herkömmlichen Komponenten einer Kläranlage in Form des Belebtschlammbeckens 1 und des Nachklärbeckens 2. Zwischen beiden Becken 1, 2 ist der Stickstoffkontaktor 3 positioniert. Der Pfeil 25 symbolisiert den Eintritt in das Belebtschlammbecken 1. Von dort, dargestellt durch den Pfeil 26, gelangt das Wasser-Stickstoff-Gemisch in den dem Nachklärbecken 2 vorgeschalteten Stickstoffkontaktor 3 und erst dann, symbolisiert durch den Pfeil 27, in das Nachklärbecken 2. Schließlich, dargestellt durch den Pfeil 28, gelangt das geklärte Wasser nach entsprechender Verweildauer aus dem Nachklärbecken 2 hinaus. Symbolisiert durch den Pfeil 19, 20 ist der Eintritt bzw. Austritt des Sauerstoffs in den Stickstoffkontaktor 3 hinein bzw. wieder aus diesem heraus nach entsprechender Beaufschlagung der Membranen. 1 shows the conventional components of a sewage treatment plant in the form of activated sludge tank 1 and the final settling tank 2 , Between both pelvis 1 . 2 is the nitrogen contactor 3 positioned. The arrow 25 symbolizes the entry into the activated sludge basin 1 , From there, represented by the arrow 26 , the water-nitrogen mixture enters the secondary clarifier 2 upstream nitrogen contactor 3 and only then, symbolized by the arrow 27 , in the secondary sedimentation tank 2 , Finally, represented by the arrow 28 , the clarified water passes from the secondary clarifier after an appropriate period of residence 2 out. Symbolized by the arrow 19 . 20 is the entry or exit of the oxygen in the Stickstoffkontaktor 3 in or out of this after appropriate loading of the membranes.

2 zeigt eine Membran 4, welche den hier gezeigten Ausschnitt eines Stickstoffkontaktors 3 in eine linke Kammer 5 und eine rechte Kammer 6 unterteilt. Die linke Kammer 5 entspricht der Flüssigphase, die rechte Kammer 6 der Gasphase. Der Stofftransport erfolgt dabei in mehreren Schritten. In der Flüssigkeit ist in Abhängigkeit von der Turbulenz der Strömung ein konvektiver oder diffuser Transport gegeben. Innerhalb der Grenzschicht an der Membranoberfläche erfolgt der Stofftransport ausschließlich durch Diffusion. Dabei ist die Dicke der Grenzschicht ebenfalls von der Turbulenz der Strömung beeinflusst. Innerhalb der Membranporen erfolgt der Stofftransport ebenfalls rein diffusiv, während im Gasraum der konvektive Transport überwiegt. In der Darstellung gemäß 2 ist dieser Stofftransport schematisch durch den Konzentrationsverlauf mit der Kurve 7 wiedergegeben. In der Flüssigkeit in der linken Kammer 5 nimmt die Konzentration in der mit df bezeichneten Grenzschicht auf der linken Seite 11 der Tauchmembran 4 durch den Übergang von konvektivem zu diffusivem Transport ab. Innerhalb der Membranporen ist die Konzentration annähernd konstant und nimmt dann in der Grenzschicht dg auf der rechten Seite 12 der Membran 4 beim Übergang von diffusem zu konvektivem Transport ebenfalls stark ab. Die Grenzschicht in der mit Flüssigkeit gefüllten Kammer 5 ist dabei deutlich größer als die in der mit Gas gefüllten Kammer 6. 2 shows a membrane 4 , which shows the detail of a nitrogen contactor shown here 3 in a left ventricle 5 and a right-hand chamber 6 divided. The left chamber 5 corresponds to the liquid phase, the right chamber 6 the gas phase. The mass transfer takes place in several steps. In the liquid, depending on the turbulence of the flow, a convective or diffuse transport is given. Within the boundary layer on the membrane surface, the mass transport takes place exclusively by diffusion. The thickness of the boundary layer is also influenced by the turbulence of the flow. Within the membrane pores, the mass transport is also purely diffusive, while convective transport predominates in the gas space. In the illustration according to 2 this mass transport is schematically by the concentration curve with the curve 7 played. In the liquid in the left ventricle 5 takes the concentration in the boundary layer labeled d f on the left side 11 the immersion membrane 4 through the transition from convective to diffusive transport. Within the membrane pores, the concentration is approximately constant and then increases in the boundary layer d g on the right side 12 the membrane 4 in the transition from diffuse to convective transport also strong. The boundary layer in the liquid-filled chamber 5 is significantly larger than that in the gas-filled chamber 6 ,

Schließlich zeigt 3 in einem Verfahrensfließbild den Stickstoffkontaktor 3 samt zusätzlicher Komponenten zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit 15 ist beispielhaft eines der Rohre bezeichnet. Diese in dem Stickstoffkontaktor 3 angeordneten Rohre 15 sind außen durch Membranen in Form von entsprechenden Platten gebildet. Die mit N2 bezeichnete Messeinrichtung 17 in Form einer Messsonde 21 dient zur Online-Messung der Stickstoffkonzentration im Ablauf des Belebtschlammbeckens. Abhängig von den jeweiligen Messergebnissen wird im Falle des Bedarfs an weiterem Sauerstoff ein entsprechender Kontakt über die Leitung 14 an die Ventile 9 und/oder 10 zur zusätzlichen Begasung ausgelöst. Entsprechend wird der Vorratsbehälter 18 für den Sauerstoff geöffnet und es erfolgt über die Leitung 29 eine Freigabe des Sauerstoffs in Richtung Leitung 19 und damit in das Innere des Stickstoffkontaktors 3 durch die Rohre, von denen eines beispielhaft mit 15 bezeichnet ist. Bei Schaltung des Ventils 10 erfolgt die Freigabe des Sauerstoffs über die Leitungen 30, 16. Auf diesem Wege kann eine zusätzliche Belüftung der Tauchmembranen mit Reinsauerstoff über die Düsen 13 aus dem Vorratsbehälter 18 erfolgen. Alternativ oder ergänzend zu der Messeinrichtung für den Stickstoff in Form der Messsonde 21 kann eine als Sonde 22 ausgebildete Messeinrichtung 8 vorhanden sein, über welche die Sauerstoffkonzentration im Ablauf des Stickstoffkontaktors 3 erfasst wird. Bei entsprechend zu wenig vorhandenem Sauerstoff erfolgt eine Ansprache des Ventils 9 und die Freigabe des Sauerstoffs aus dem Vorratsbehälter 18. Mit 19 und 20 sind Zuleitung bzw. Ableitung in bzw. durch den Stickstoffkontaktor 3 und wieder aus diesem heraus bezeichnet.Finally shows 3 in a process flow diagram the nitrogen contactor 3 including additional components for realizing the method according to the invention. With 15 is exemplified one of the tubes. These in the nitrogen contactor 3 arranged pipes 15 are formed externally by membranes in the form of corresponding plates. The designated N 2 measuring device 17 in the form of a measuring probe 21 is used for online measurement of the nitrogen concentration in the effluent of the activated sludge basin. Depending on the respective measurement results, in the case of the need for additional oxygen, a corresponding contact is made via the line 14 to the valves 9 and or 10 triggered for additional fumigation. Accordingly, the reservoir 18 opened for the oxygen and it takes place via the line 29 a release of oxygen towards the line 19 and thus into the interior of the nitrogen contactor 3 through the pipes, one of which exemplifies with 15 is designated. When switching the valve 10 the release of the oxygen takes place via the lines 30 . 16 , In this way, an additional ventilation of the immersion membranes with pure oxygen through the nozzles 13 from the reservoir 18 respectively. Alternatively or in addition to the measuring device for the nitrogen in the form of the measuring probe 21 can one as a probe 22 trained measuring device 8th be present, via which the oxygen concentration in the expiration of the nitrogen contactor 3 is detected. If there is too little oxygen, the valve will respond 9 and the release of the oxygen from the reservoir 18 , With 19 and 20 are supply line or discharge in or through the Stickstoffkontaktor 3 and again out of this designates.

Claims (4)

Verfahren zur Reduzierung von Schwimmschlamm in einer Kläranlage durch Reduzierung des in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch enthaltenen elememtaren Stickstoffs mittels Sauerstoff oder mittels mit Sauerstoff angereicherter Luft, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser-Belebtschlamm-Gemisch vor dem Eintritt in das Nachklärbecken durch einen Stickstoffkontaktor geleitet und dabei an mindestens einer zur gezielten Entgasung des Wasser-Belebtschlamm-Gemisches dienenden und von der anderen Seite mit Sauerstoff beaufschlagten Membran vorbeigeführt wird, wobei die Stickstoff-Konzentration in dem Wasser-Belebtschlamm-Gemisch in dem Stickstoffkontaktor auf eine die Entstehung von Schwimmschlamm zumindest weitgehend verhindernde Konzentration gesenkt wird, wobei der Stoffaustausch im direkten Kontakt der beiden Phasen an den Porenöffnungen der Membran erfolgt und weder Flüssigkeit noch Gas durch die Membran strömt und wobei die Sauerstoffzufuhr in den Stickstoffkontaktor in Abhängigkeit von der Konzentration des elementaren Stickstoffs im Ablauf des Belebtschlammbeckens geregelt wird und in diskontinuierlichem Betrieb eine Ableitung des Sauerstoffs aus dem Stickstoffkontaktor über Belüftungselemente unterhalb der Membran durchgeführt wird.A method for reducing scum in a sewage treatment plant by reducing the elemental nitrogen contained in the water-activated sludge mixture by means of oxygen or by means of oxygen-enriched air, characterized in that the water-activated sludge mixture passed through a Stickstoffkontaktor before entering the Nachklärbecken and thereby at least one for targeted degassing of the water-activated sludge mixture serving and acted upon by the other side with oxygen membrane is passed, wherein the nitrogen concentration in the water-activated sludge mixture in the Stickstoffkontaktor on the formation of scum at least largely preventing concentration is lowered, wherein the mass transfer takes place in the direct contact of the two phases at the pore openings of the membrane and neither liquid nor gas flows through the membrane and wherein the supply of oxygen into the Stickstoffkontaktor depending on the concentration of elemental nitrogen is regulated in the course of the activated sludge tank and in discontinuous operation, a discharge of oxygen from the nitrogen contactor is carried out via aeration elements below the membrane. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoffkonzentration um ca. 20% bis 30% gesenkt wird.A method according to claim 1, characterized in that the nitrogen concentration is lowered by about 20% to 30%. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Online-Messung der Stickstoffkonzentration durchgeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that an online measurement of the nitrogen concentration is performed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff nach Ableitung aus dem Stickstoffkontaktor über Belüftungselemente unterhalb der Membran für eine Nachbegasung eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that the oxygen is used after discharge from the Stickstoffkontaktor via aeration elements below the membrane for a Nachbegasung.
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