DE10215413A1

DE10215413A1 - Verfahren zur Aufbereitung von Wasser sowie Aufbereitungsanlage

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Publication number: DE10215413A1
Application number: DE2002115413
Authority: DE
Original assignee: Air Liquide GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2002-04-08
Publication date: 2003-10-23
Also published as: DK1361198T3; ES2564554T3; EP1361198B1; EP1361198A1

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Wasser (4) in einer Aufbereitungsanlage (1), insbesondere von Abwasser in einer Kläranlage, mit einem Reaktionsraum (2), in dem ein in dem Wasser (4) vorhandenes biologisch abbaubares Material von Mikroorganismen (17) zumindest teilweise biologisch abgebaut wird, und ein Trennraum (3), in dem das biologisch abbaubare Material (5) und die Mikroorganismen (17) zumindest teilweise vom Wasser (4) getrennt werden, wobei ein Wasserstrom (6) mit Mikroorganismen (17) und biologisch abbaubarem Material (5) aus dem Reaktionsraum (2) zum Trennraum (3) fließt, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstrom (7) mit biologisch abbaubarem Material (5) und einem Teil der Mikroorganismen (17) aus dem Trennraum (3) zum Reaktionsraum (2) fließt und der Rückstrom (7) einer Behandlung unterzogen wird, deren Intensität vorgegeben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch eine Verringerung des anfallenden Klärschlamms aus und stellt ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Aufbereitung von Wasser zur Verfügung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser in einer Aufbereitungsanlage, insbesondere von Abwasser in einer Kläranlage, sowie eine Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung von Wasser.
Es ist bekannt, bei der Reinigung von Industrie- oder Haushaltsabwässern biologische Filter, Festbett-Anlagen und Membranbiologien als Ergänzung zu konventionellen Anlagenkonzepten zu verwenden. Die biologischen Prozesse werden dabei durch Eintrag von Substanzen in das Abwasser, zum Beispiel Sauerstoff oder Kohlendioxid, beeinflusst.
So kann der für die biologische Aktivität notwendige Sauerstoffgehalt durch Zugabe von reinem Sauerstoff sowie der für die biologische Aktivität erforderliche pH-Wert durch Zugabe von Kohlendioxid vorgegeben werden. Ein Eintrag von Ozon in Kombination mit aeroben biologischen Aufbereitungsstufen wird vorgenommen, um schwer abbaubare Stoffe zu oxidieren bzw. zu zerlegen. Die Ozonbehandlung ist meist einer biologischen Reinigung nachgeschaltet. In Teiloxidationen spaltet Ozon im Ablauf verbliebene schwer abbaubare Inhaltsstoffe und macht sie so zu einer weitergehenden, kostengünstigen biologischen Reinigung zugänglich.
Es ist weiterhin bekannt, in Kläranlagen ein Reaktionsbecken und ein Absetzbecken vorzusehen, wobei in dem Absetzbecken organisch abbaubare Materialien von Mikroorganismen abgebaut werden und in dem Absetzbecken verbleibendes organisches Material vom Wasser getrennt wird. Hierbei wird das von dem Wasser getrennte Material aus dem Trennbecken zum Teil wieder dem Reaktionsbecken zurückgeführt.
Ein Nachteil dieser Behandlung ist, dass sich der im Trennbecken absetzende Schlamm nicht vollständig in das Reaktionsbecken zurückgeführt werden kann, da das Reaktionsbecken durch die Zugabe von Übermengen an konzentriertem Klärschlamm biologisch überlastet wird, wodurch ein Umkippen und damit verbunden ein Absterben der in dem Reaktionsbecken lebenden Mikroorganismen erfolgen kann.
Aus diesem Grund war man gezwungen, 10 bis 20% des im Absetzbecken anfallenden Klärschlamms, der als solcher oft als Sondermüll gilt, separat zu entsorgen. Die Entsorgung von diesem Klärschlamm bereitete hohe Kosten, die bis zu 30% der Unterhaltungskosten einer Kläranlage ausmachten.
Anderseits ist bekannt, Ozon zur Behandlung von Kreislaufwasser, zum Beispiel in Kühlanlagen von Kraftwerken zu verwenden, um eine Verschleimung des Wassers aufgrund biologischer Aktivität zu verhindern. Ozon wird hier als Biozid verwendet, das nicht zur Aufsalzung beiträgt und schon in relativ niedriger Dosierung die biologische Aktivität effektiv unterdrückt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser sowie eine Aufbereitungsanlage zu schaffen, mit dem verschmutztes Abwasser auf kostengünstige Weise aufbereitet werden kann, wobei organischer Klärschlamm in sehr viel geringeren Maßen generiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung von Wasser mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die jeweils einzeln angewandt oder beliebig miteinander kombiniert werden können, sind Gegenstand der jeweilig abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Wasser in einer Aufbereitungsanlage, insbesondere von Abwasser in einer Kläranlage, mit einem Reaktionsraum, in dem ein in dem Wasser vorhandenes biologisch abbaubares Material von Mikroorganismen zumindest teilweise biologisch abgebaut wird, und einem Trennraum, in dem das biologisch abbaubare Material und die Mikroorganismen zumindest teilweise vom Wasser getrennt werden, wobei ein Wasserstrom mit Mikroorganismen und biologisch abbaubarem Material aus dem Reaktionsraum zum Trennraum fließt, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstrom mit biologisch abbaubarem Material und einem Teil der Mikroorganismen aus dem Trennraum zum Reaktionsraum fließt und der Rückstrom einer Behandlung unterzogen wird, deren Intensität vorgegeben wird.
Die Funktion des Reaktionsraums ist, das in dem Wasser vorhandene biologisch abbaubare Material durch Mikroorganismen abzubauen. Dabei ernähren sich die Mikroorganismen von dem biologisch abbaubaren Material, vermehren sich und zerlegen bzw. oxidieren dabei Kohlenwasserstoffverbindungen des Materials unter Abgabe von Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff.
Es ist vorteilhaft, wenn das Wasser mit biologisch abbaubaren Material und Mikroorganismen im Reaktionsraum in ständiger Bewegung gehalten wird, um eine stetige Durchmischung zu erzielen. Durch die Bewegung des Wassers wird eine besonders gute biologische Aktivität der Mikroorganismen gewährleistet.
Die Funktion des Trennraums ist, das Wasser vom organisch abbaubaren Material sowie von den Mikroorganismen zu trennen. Diese Trennung kann beispielsweise durch einfaches Absetzen der Mikroorganismen bzw. des Materials in einem Absetzbecken erfolgen. Das so von Mikroorganismen und vom Material im wesentlichen befreite Wasser kann dem Trennraum entnommen und gegebenenfalls einer weiteren Reinigungsstufe unterzogen werden.
Die abgetrennten Mikroorganismen sowie das biologisch abbaubare Material wird dem Reaktionsraum wieder zurückgeführt. Hierbei dient das Material sowie abgestorbene Mikroorganismen als Nahrung für die im Reaktionsraum lebenden Mikroorganismen. Die aus dem Trennraum entnommenen und dem Reaktionsraum hinzugefügten lebenden Mikroorganismen tragen zur biologischen Aktivität im Reaktionsraum bei. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass ein nicht zu reiches bzw. zu knappes Nahrungsangebot im Reaktionsraum und eine zu große bzw. zu kleine Population an Mikroorganismen zu Störungen des biologischen Vorgangs im Reaktionsbecken führen.
Um ein Umkippen des Wassers im Reaktionsraum, d. h. die sogenannte Populationskatastrophe, zu vermeiden, wird erfindungsgemäß der Rückstrom mit biologisch abbaubarem Material und einem Teil der Mikroorganismen einer Behandlung unterzogen, deren Intensität vorgegeben wird. Bei dieser Behandlung wird mindestens ein Faktor von drei Faktoren, nämlich die Zugaberate an rückgeführtem organischen Material, die Zugaberate an lebenden Mikroorganismen und/oder die Zugaberate an toten Mikroorganismen berücksichtigt. Eine Zugaberate ist definiert als in den Reaktionsraum fließende Menge (in Einheiten z. B. Teilchen, Liter oder Kilo pro Zeitintervall).
Die Erfahrung zeigt beispielsweise, dass eine übermäßig große Zugaberate von lebenden Mikroorganismen zu einem steilen Anstieg der Population im Reaktionsbecken führt. Der Anstieg verläuft solange, bis sämtliches Nahrungsangebot erschöpft ist. Anschließend bricht die Population an Mikroorganismen zusammen. In der Folge ist das organische Material zwar aus dem Wasser entfernt, aber die Population von Mikroorganismen ist so klein, dass bei einem Schwall neuen Abwassers mit organischem Material in das Reaktionsbecken nur ein langsamer Abbau des organischen Materials aufgrund der geringen Population erfolgt.
Wird hingegen die Zugaberate von lebenden Mikroorganismen zu klein bemessen, und werden dem Reaktionsraum mehr lebende Mikroorganismen entzogen als im Reaktionsraum generiert werden, nimmt die Population von Mikroorganismen im Reaktionsraum in einer Weise ab, dass wiederum eine schwallartige Zugabe von großen Mengen an organischem Material nicht zügig verarbeitet werden kann.
Bei einer zu großen Zugaberate von organisch abbaubarem Material erfolgt kurzfristig ein Nahrungsüberangebot, auf welches eine übermäßig stark anwachsende Population von Mikroorganismen folgt. Anschließend muss wiederum mit einer Populationskatastrophe, d. h. einem schlagartigen Zusammenbrechen der Population von Mikroorganismen, gerechnet werden.
Wird hingegen dem Reaktionsbecken zu wenig organisches Material hinzugeführt, kann sich die Population von Mikroorganismen aufgrund Nahrungsmittelmangels kritisch verringern, wenn nicht ausreichend organisches Material im Abwasser enthalten ist.
Auch haben sich tote bzw. abgetötete Mikroorganismen als gute Nahrung für lebende Mikroorganismen erwiesen. Eine übermäßig große Zugabe von toten Mikroorganismen kann ebenso zu einem übermäßigen Anstieg der Population und einer sich anschließenden Populationskatastrophe führen.
Insgesamt wird durch die Behandlung des Rückstroms durch Beeinflussung mindestens einer Zugaberate aus der Menge Zugaberate von lebenden Mikroorganismen, Zugaberate von toten Mikroorganismen und Zugaberate von organisch abbaubarem Material starke Schwankungen in der Reinigungsfähigkeit der Wasseraufbereitungsanlage vermieden. Durch Vorgabe der Intensität sowie der Art der Behandlung kann die biologische Aktivität im Reaktionsbecken beeinflusst werden. Insbesondere können damit Populationskatastrophen bzw. übermäßige Populationsschwankungen vermieden werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Behandlung eine erste Zugaberate der dem Reaktionsraum zugeführten Mikroorganismen vorgegeben. Befindet sich die biologische Aktivität im Reaktionsbecken im unterkritischen Bereich, d. h. die Population an Mikroorganismen ist kleiner als das Nahrungsangebot zulässt, wird durch die Vorgabe der ersten Zugaberate das Wachstum der Population direkt beeinflusst.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Behandlung eine zweite Zugaberate der aus dem Trennraum zu dem Reaktionsraum zurückgeführten toten Mikroorganismen vorgegeben. Durch die Rückführung von toten Mikroorganismen wird ein Wachstum der Population von Mikroorganismen im Reaktionsraum besonders unterstützt, da tote Mikroorganismen besonders gutes Nahrungsmittel für lebende Mikroorganismen sind. Durch die Zugabe kann insbesondere bei kleinen Populationsgrößen das Wachstum stimuliert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine dritte Zugaberate des dem Reaktionsraum zurückgeführten Materials vorgegeben. Durch die dritte Zugaberate wird das Nahrungsmittelangebot im Reaktionsraum mitbestimmt. Bleibt beispielsweise kurzfristig ein an organischem Material reiches Abwasser aus, kann durch eine entsprechend groß bemessene Zugabe von organischem Material aus dem Trennraum der Nahrungsmangel im Reaktionsraum ausgeglichen werden. In der Folge wird eine Populationskatastrophe im Reaktionsraum vermieden, wodurch die biologische Aktivität zeitlich vergleichmäßigt wird und Populationsschwankungen nivelliert werden.
Um mindestens eine Zugaberate aus der Gruppe erste Zugaberate und zweite Zugaberate vorzugeben, wird vorteilhafterweise ein Teil der im Rückstrom befindlichen Mikroorganismen abgetötet. Durch das Abtöten der lebenden Mikroorganismen kann das Verhältnis von lebenden Mikroorganismen zu toten Mikroorganismen beeinflusst werden. Je nach Nahrungsangebot und Populationsgröße der Mikroorganismen im Reaktionsbecken führt ein bestimmtes Verhältnis von lebenden Mikroorganismen zu toten Mikroorganismen im Reaktionsbecken zu einem Anstieg oder einem Abklingen der Population.
Beispielsweise führt ein kleines Verhältnis, d. h. eine Zugabe von vielen abgestorbenen Mikroorganismen zu dem Reaktionsraum bei einer biologischen Aktivität im kritischen Bereich, d. h. wenn die Population gerade im ausgewogenen Verhältnis zum Nahrungsmittelangebot im Reaktionsbecken steht, zu einem Anstieg der Population. Ein großes Verhältnis, d. h. eine Zugabe von vielen Mikroorganismen aber wenig toten Mikroorganismen, steigt die Population im Reaktionsraum zwar kurzfristig an, kollabiert jedoch anschließend aufgrund des geringen Nahrungsmittelangebots.
Vorteilhafterweise wird ein Teil der im Rückstrom befindlichen Mikroorganismen mit einem Biozid, insbesondere mit Ozon, abgetötet. Der Vorteil von Ozon liegt darin, dass Ozon nach Fluor das stärkste Oxidationsmittel ist, aber zu vergleichsweise unproblematischen Oxidationsprodukten und Sauerstoff reagiert. Der Sauerstoff wird ohnehin bei der Reaktion im Reaktionsraum benötigt. Darüber hinaus erfolgt durch die Oxidation mit Ozon keine Aufsalzung des behandelten Wassers.
Ozon ist zwar nicht lagerfähig kann jedoch in Ozonerzeugern vor Ort aus Sauerstoff produziert werden. Für industrielle Anwendungen lassen sich Ozonkonzentrationen von 10 bis 14 Gew.-% bei einem Energieverbrauch deutlich unter 10 kWh/kg Ozon realisieren.
Vorteilhafterweise ist die Entnahmerate der aus dem Reaktionsraum entnommenen und dem Trennraum zugeführten Mikroorganismen im zeitlichen Mittel größer als die Reproduktionsrate der Mikroorganismen im Reaktionsraum. Hierdurch werden dem Reaktionsraum mehr Mikroorganismen entnommen als Mikroorganismen durch Zellteilung erzeugt werden. Durch entsprechende Zugabe von Mikroorganismen im Rückstrom, d. h. durch eine entsprechende erste Zugaberate, kann die Population im Reaktionsraum hiermit kontrolliert auf einem bestimmten Niveau gehalten werden. Durch eine derartig große Entnahme von Mikroorganismen werden unkontrollierbare Populationsschwankungen im Reaktionsraum im voraus vermieden.
Vorteilhafterweise wird mindestens eine Zugaberate aus der Gruppe erste Zugaberate, zweite Zugaberate und dritte Zugaberate in Abhängigkeit der Konzentration der im Reaktionsraum befindlichen Mikroorganismen geregelt. Durch die Regelung wird die Population im Reaktionsraum kontrollierbar.
Als Regelgröße kann entweder die erste Zugaberate, d. h. die Menge an lebenden Mikroorganismen die pro Zeit dem Reaktionsraum zugegeben wird, oder die Menge an Nahrungsmitteln in Form von toten Mikroorganismen, d. h. als zweite Zugaberate, bzw. in Form von biologisch abbaubarem Material, d. h. als dritte Zugaberate, dienen. Bevorzugterweise werden je nach Populationsgröße von Mikroorganismen im Reaktionsbecken und Nahrungsangebot im Reaktionsbecken mehrere Zugaberaten vorgegeben und zur Regelung verwendet.
Es ist von Vorteil, wenn die Ozonkonzentration im Rückstrom an einer Einspeisestelle zwischen 20 und 60 g/l, insbesondere zwischen 30 und 50 g/l, vorzugsweise zwischen 40 und 44 g/l beträgt. Diese Werte beziehen sich insbesondere auf Rückströme in Kläranlagen mit den für Abwasserkläranlagen üblichen Materialkonzentrationen. Je nach Wirksamkeit des Trennraums und der erzielten Materialkonzentration, liegt die Ozonkonzentration entsprechend höher bzw. niedriger.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass je nach Konzentration des organisch abbaubaren Materials im Wasser zwischen 5 und 30%, insbesondere zwischen 10 und 20%, der aus dem Trennraum entnommenen und dem Reaktionsraum zugeführten Mikroorganismen abgetötet werden müssen. Bei diesem Verhältnis wird eine besonders stabile Population im Reaktionsbecken erreicht. Vorteilhafterweise werden durch das Biozid vorwiegend Mikroorganismen mit schwacher biologischer Aktivität abgetötet und Mikroorganismen mit starker biologischer Aktivität am Leben gelassen.
Der dem Reaktionsraum zugeführte Volumenstrom des aufzubereitenden Wassers wird in seiner Größe so bemessen, dass das Wasser im Reaktionsraum innerhalb von 2 bis 6 Tagen, insbesondere innerhalb von 3 bis 5 Tagen ausgetauscht wird. Durch derartige Durchflussraten wird ein ausreichend großer Durchfluss bei hinreichend guter Klärwirkung erzielt. Übliche Fassungsmengen des Reaktionsraums liegen bei mindestens 3.000 m³, insbesondere mindestens 5.000 m³, vorzugsweise mindestens 7.000 m³.
Um die biologische Aktivität zu steigern, werden im Rückstrom befindliche organische Strukturen mechanisch oder chemisch zerkleinert. Eine mechanische Zerkleinerung erfolgt, welche die organischen Strukturen verändert. Durch die Zugabe von Oxidationsmitteln werden organische Strukturen chemisch aufgebrochen und Zellwände aufgeweicht. Durch die Zerkleinerung wird die biologische Aktivität im Reaktionsbecken gefördert.
Zur weiteren Förderung der biologischen Aktivität wird der Rückstrom in einem offenen Kreisstrom geführt. Durch den offenen Kreisstrom wird die Verweilzeit und die Zerstörung der Zellstrukturen gesteigert. Offen in diesem Zusammenhang heißt, dass nur ein Teil des Wassers mit organischem Material und Mikroorganismen in einem Kreis geführt wird. Der offene Kreisstrom wird durch eine Zusatzleitung, die mit ihren beiden Enden an einer Rückleitung für den Rückstrom angeschlossen ist, bewirkt. Dabei ist vorzugsweise die Größe des Kreisstroms mindestens doppelt, insbesondere mindestens dreimal, vorzugsweise viermal so groß wie der Rückstrom. Durch den Kreisstrom wird die Verweilzeit des Rückstroms in der Rückleitung erhöht und Flockenstrukturen zerkleinert. Hiermit wird es möglich, die Gesamtmenge an Oxidationsmittel im Medium zu lösen.
Vorteilhafterweise wird im Reaktionsbecken der Anteil von organischem Material im Wasser auf 3 bis 5 g/l gehalten, insbesondere geregelt. Durch diese Konzentration von organischem Material wird eine besonders effiziente und stabile biologische Aktivität im Reaktionsbecken bewirkt.
Im Trennraum wird vorteilhafterweise der Anteil von organischem Material im Wasser im räumlichen Mittel auf 6 bis 20 g/l geregelt. Es ist von Vorteil, wenn die Ozonkonzentration so bemessen wird, dass vitale Mikroorganismen im Rückstrom am Leben bleiben und schwache Mikroorganismen absterben.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird als Trennraum ein Absetzbecken verwendet. Auch ist die Verwendung von Membransystemen zur Trennung von Schlamm von Wasser im Trennraum zweckmäßig. Mit Hilfe eines Absetzbeckens wird das organische Material sowie die Mikroorganismen auf einfache und preiswerte Art vom Wasser separiert.
Die erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere eine Kläranlage für Abwasser, mit einem Reaktionsraum zum biologischen Abbau von biologisch abbaubarem Material durch Mikroorganismen, und einem Trennraum zum mindestens teilweisen Trennen des biologisch abbaubaren Materials der Mikroorganismen vom Wasser, wobei der Reaktionsraum und der Trennraum durch eine Zuleitung für Wasser mit Mikroorganismen und biologisch abbaubarem Material, und eine Rückleitung für abbaubares Material und Mikroorganismen verbunden sind, ist gekennzeichnet durch ein Behandlungsmittel zur Behandlung eines Rückstroms aus dem Trennraum zum Reaktionsraum.
Durch die Zuleitung für Wasser mit Mikroorganismen und biologisch abbaubarem Material ausgehend vom Reaktionsraum zum Trennraum wird Wasser sowie Mikroorganismen und organisch abbaubares Material dem Reaktionsraum entzogen und dem Trennraum zugeführt. Die Rückleitung entzieht dem Trennraum mit Mikroorganismen und biologisch abbaubarem Material angereichertes Wasser und führt dieses dem Reaktionsraum zu.
Das Behandlungsmittel behandelt den Rückstrom und beeinflusst damit das Wachstum beziehungsweise die Größe der Population von Mikroorganismen im Reaktionsraum.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Behandlungsmittel ein Dosiermittel zur Vorgabe einer ersten Zugaberate der aus dem Trennraum entnommenen und dem Reaktionsraum zugeführten Mikroorganismen auf. Das Dosiermittel bestimmt somit die erste Zugaberate. Die Funktionsweise des Dosiermittels kann entweder durch physikalisches Abseparieren der im Rückstrom vorhandenen Mikroorganismen, oder durch chemisches Abtöten der Mikroorganismen, oder durch biologisches Impfen mit geeigneten Stämmen von Mikroorganismen erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Behandlungsmittel ein Dosiermittel zur Vorgabe einer zweiten Zugaberate der dem Reaktionsraum zugeführten toten Mikroorganismen auf. Entsprechend dem Dosiermittel zur Vorgabe der ersten Zugaberate kann die zweite Zugaberate auf verschiedene Weise vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Behandlungsmittel ein Dosiermittel zur Vorgabe einer dritten Zugaberate des aus dem Trennraum entnommenen und dem Reaktionsraum zugeführten Materials auf. Durch dieses Dosiermittel wird die Nahrungszufuhr zum Reaktionsraum bestimmt.
Vorteilhafterweise umfasst das Dosiermittel eine Einspeisestelle für ein Biozid in der Rückleitung. Als Biozid kommt z. B. Ozon in Betracht. Alternativ werden als Biozid andere bakteriologische Stämme, die Einfluss auf die Mikroorganismen im Reaktionsbecken haben, verwendet.
Vorteilhafterweise umfasst die Einspeisestelle eine Unterdruckpumpe. Mit der Unterdruckpumpe können auf einfache Weise Gase wie z. B. Ozon oder Kohlendioxid in den Rückstrom eingebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufbereitungsanlage umfasst das Dosiermittel einen Sensor zur Ermittlung mindestens einer Konzentration aus der Gruppe Konzentration der im Reaktionsraum befindlichen, lebenden Mikroorganismen, Konzentration der im Reaktionsraum befindlichen, toten Mikroorganismen und Konzentration des im Reaktionsraum befindlichen, organisch abbaubaren Material. Mit Hilfe des Sensors und des Dosiermittels wird die Population an Mikroorganismen im Reaktionsraum geregelt. Der Sensor trägt dazu bei, die biologische Aktivität im Reaktionsraum zu überwachen.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Zusatzleitung mit ihren beiden Enden mit der Rückleitung verbunden. Durch die Zusatzleitung wird ein offener Kreisstrom in der Rückleitung erzeugt, mit dem Flockenstrukturen im Rückstrom zerstört werden können. Zur Aufrechterhaltung des Kreisstroms trägt eine Pumpe in der Zusatzleitung bei.
Vorteilhafterweise ist der Trennraum ein Absetzbecken. Es ist von Vorteil, wenn der Trennraum ein Membransystem zur Trennung von Schlamm und Wasser aufweist.
Um Flockenstrukturen zu zerkleinern und die biologische Aktivität im Reaktionsraum zu fördern, ist ein mechanischer Zerkleinerer in der Rückleitung vorgesehen. Die Zerkleinerung des biologisch abbaubaren Materials bewirkt eine größere Oberfläche und führt zu einem schnelleren Abbau des biologischen Materials.
Das Fassungsvermögen des Reaktionsraums beträgt vorteilhafterweise mindestens 1.000 m³, insbesondere mindestens 6.000 m³.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen werden anhand der folgenden Zeichnung erläutert.
Die Figur zeigt schematisch eine Aufbereitungsanlage 1 zur Aufbereitung von Wasser 4 mit einem Reaktionsraum 2 und einem Trennraum 3. Aufzubereitendes Wasser wird über einen Abwasserzufluss 19 dem Reaktionsraum 2 zugeführt. In dem Reaktionsraum 2 wird das Wasser 4 mit dem biologisch abbaubaren Material 5 zusammen mit Mikroorganismen 17 vermischt, die sich von dem biologisch abbaubaren Material 5 ernähren und dieses zerlegen.
Der Reaktionsraum 2 ist über eine Zuleitung 9 mit dem Trennraum 3 verbunden. Ein Teil des Wassers 4 mit biologisch abbaubarem Material 5 und Mikroorganismen 17 wird über die Zuleitung 9 als Wasserstrom 6 dem Trennraum 3 zugeführt. Im Trennraum 3 wird das Wasser 4 vom organischen Material 5 und den Mikroorganismen 17 getrennt. Das Material 5 und die Mikroorganismen 17 setzen sich als Klärschlamm am Boden des Trennraums 13 ab. Das so von dem Material 5 und Mikroorganismen 17 im wesentlichen befreite Wasser 4 wird über einen Reinwasserabfluss 20 entnommen.
Das im Trennraum 3 abgesetzte Material 5 wird zusammen mit Restwasser und den Mikroorganismen 17 in einer Rückleitung 10 nach einer Behandlung durch ein Behandlungsmittel 22 dem Reaktionsraum 2 als Rückstrom 7 zurückgeführt. Dazu wird das biologisch abbaubare Material 5 sowie die Mikroorganismen 17 von einem Zerkleinerer 16 zerkleinert und anschließend wird der Rückstrom 7 an einer Einspeisestelle 12 mit Ozon versetzt.
In der Rückleitung 10 ist zur Beförderung des Rückstroms 7 eine Pumpe 14 vorgesehen. Zum weiteren Zerkleinern des organischen Materials 5 ist eine Mischleitung 23 vorhanden, in der Wasser 4 mit organisch abbaubarem Material 5 und Mikroorganismen 17 im Kreis zirkuliert. Diese zusätzliche Mischung führt zu einer weiteren Zerkleinerung der Flockenstrukturen.
Der Rückstrom 7 wird an einer Einspeisestelle 12 mit Ozon versetzt, dessen Zugabe in Abhängigkeit der von einem Sensor 18 gemessenen Dichte an Mikroorganismen 17 im Reaktionsraum 2 von einer Regeleinheit 15 bestimmt wird. Der Sensor 18, die Regeleinheit 15 und die Einspeisestelle 12 bilden zusammen ein Dosiermittel 11, mit dem eine erste Zugaberate an lebenden Mikroorganismen, die dem Reaktionsbecken 2 zugegeben werden, vorgegeben werden kann. Durch geeignete Vorgabe der Intensität der Behandlung des Rückstroms 7 wird erreicht, dass ein Großteil des im Trennraum 3 anfallenden Klärschlamms in Form von biologisch abbaubarem Material 5 oder in Form von Mikroorganismen 17 durch die Mikroorganismen 17 beseitigt wird. Die Unterhaltungskosten einer Kläranlage sind durch die geringeren Mengen an anfallendem, zu entsorgendem Sondermüll geringer.
Eine Zusatzleitung 13 mit einer Pumpe 24 sorgt für einen weiteren Kreisstrom 8, mit dem eine besonders gute Durchmischung des Wassers 4 mit dem Ozon sowie eine Zerkleinerung der restlichen Zellstrukturen bewirkt wird. Ein Restschlammabfluss 21 entfernt restlichen Schlamm aus dem Trennraum 3 bzw. der Rückleitung 10.
Die Rückleitung 10 für den Rückstrom 7; der Restschlammabfluss 21; die Pumpe 14; der Zerkleinerer 16; die Mischleitung 23; die Zusatzleitung 13 für den offenen Kreisstrom 8 mit der Pumpe 24; das Dosiermittel 11 umfassend den Sensor 18, die Regeleinheit 15 und die Einspeisestelle 12 bilden in ihrer Gesamtheit ein Behandlungsmittel 22.
Durch Steuerung bzw. Regelung des Zusammenwirkens der einzelnen Komponenten wird die Intensität der Behandlung des Rückstrom 7 bestimmt. Eine ausgewogene über die Zeit gleichmäßige und nicht starken Schwankungen unterworfene Population im Reaktionsraum 2 wird erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Wasser 4 in einer Aufbereitungsanlage 1, insbesondere von Abwasser in einer Kläranlage, mit einem Reaktionsraum 2, in dem ein in dem Wasser 4 vorhandenes biologisch abbaubares Material von Mikroorganismen 17 zumindest teilweise biologisch abgebaut wird, und ein Trennraum 3, in dem das biologisch abbaubare Material 5 und die Mikroorganismen 17 zumindest teilweise vom Wasser 4 getrennt werden, wobei ein Wasserstrom 6 mit Mikroorganismen 17 und biologisch abbaubarem Material 5 aus dem Reaktionsraum 2 zum Trennraum 3 fließt, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstrom 7 mit biologisch abbaubarem Material 5 und einem Teil der Mikroorganismen 17 aus dem Trennraum 3 zum Reaktionsraum 2 fließt und der Rückstrom 7 einer Behandlung unterzogen wird, deren Intensität vorgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Aufbereitungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich durch eine Verringerung des anfallenden Klärschlamms aus und stellt ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Aufbereitung von Wasser zur Verfügung. Bezugzeichenliste 1 Aufbereitungsanlage
2 Reaktionsraum
3 Trennraum
4 Wasser
5 Material
6 Wasserstrom
7 Rückstrom
8 Kreisstrom
9 Zuleitung
10 Rückleitung
11 Dosiermittel
12 Einspeisestelle
13 Zusatzleitung
14 Pumpe
15 Regeleinheit
16 Zerkleinerer
17 Mikroorganismen
18 Sensor
19 Abwasserzufluss
20 Reinwasserabfluss
21 Restschlammabfluss
22 Behandlungsmittel
23 Mischleitung
24 Pumpe

Claims

1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser (4) in einer Aufbereitungsanlage (1), insbesondere von Abwasser in einer Kläranlage, mit einem Reaktionsraum (2), in dem ein in dem Wasser (4) vorhandenes biologisch abbaubares Material (5) von Mikroorganismen (17) zumindest teilweise biologisch abgebaut wird, und einem Trennraum (3), in dem das biologisch abbaubare Material (5) und die Mikroorganismen (17) zumindest teilweise vom Wasser (4) getrennt werden,
wobei ein Wasserstrom (6) mit Mikroorganismen (17) und biologisch abbaubaren Material (5) aus dem Reaktionsraum (2) zum Trennraum (3) fließt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Rückstrom (7) mit biologisch abbaubaren Material (5) und einem Teil der Mikroorganismen (17) aus dem Trennraum (3) zum Reaktionsraum (2) fließt und der Rückstrom (7) einer Behandlung unterzogen wird, deren Intensität vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Behandlung eine erste Zugaberate der dem Reaktionsraum (2) zurückgeführten Mikroorganismen (17) vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Behandlung eine zweite Zugaberate der aus dem Trennraum (3) zu dem Reaktionsraum (2) zurückgeführten toten Mikroorganismen (17) vorgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Behandlung eine dritte Zugaberate des dem Reaktionsraum (2) zurückgeführten Materials (5) vorgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zugaberate aus der Gruppe erste Zugaberate und zweite Zugaberate vorgegeben wird, indem ein Teil der im Rückstrom (7) befindlichen Mikroorganismen (17) abgetötet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der im Rückstrom (7) befindlichen Mikroorganismen (17) mit einem Biozid, insbesondere mit Ozon, abgetötet wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmerate der aus dem Reaktionsraum (2) entnommenen und dem Trennraum (3) zugeführten Mikroorganismen (17) im zeitlichen Mittel größer ist als die Reproduktionsrate der Mikroorganismen (17) im Reaktionsraum (2).

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zugaberate aus der Gruppe erste Zugaberate, zweite Zugaberate und dritte Zugaberate in Abhängigkeit der Konzentration der im Reaktionsraum (2) befindlichen Mikroorganismen (17) geregelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonkonzentration im Rückstrom (7) an einer Einspeisestelle (12) zwischen 20 und 60 g/l, insbesondere zwischen 30 und 50 g/l, vorzugsweise zwischen 40 und 44 g/l, beträgt.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 5 bis 30%, insbesondere zwischen 10 bis 20%, der aus dem Trennraum (3) entnommenen und dem Reaktionsraum (2) zugeführten Mikroorganismen (17) abgetötet werden.

11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsraum (2) ein Volumenstrom von aufzubereitendem Wasser (4) in der Größe zugeführt wird, dass das Wasser (4) im Reaktionsraum (2) innerhalb von 2 bis 6 Tagen, insbesondere innerhalb von 3 bis 5 Tagen ausgetauscht wird.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstrom so groß ist, dass das Wasser (4) im Reaktionsraum (2) innerhalb von 0.5 bis 4 Tagen, insbesondere innerhalb von 1 bis 3 Tagen, ausgetauscht wird.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückstrom (7) befindliche organische Strukturen mechanisch oder chemisch zerkleinert werden.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstrom (7) zur Erhöhung der Verweilzeit und zur Zerstörung von Zellstrukturen in einem offenen Kreisstrom (8) geführt wird.

15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktionsbecken der Anteil von organischer Trockensubstanz im Wasser (4) auf 3 bis 5 g/l geregelt wird.

16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Trennraum (3) der Anteil vom organischen Material (5) im Wasser (4) im räumlichen Mittel auf 6 bis 20 g/l geregelt wird.

17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonkonzentration so bemessen wird, dass vitale Mikroorganismen (17) im Rückstrom (7) am Leben bleiben und schwache Mikroorganismen absterben.

18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennraum (3) ein Absetzbecken und/oder in dem Trennraum (3) ein Membransystem zur Trennung von Schlamm und Wasser verwendet wird.

19. Aufbereitungsanlage (1) zur Aufbereitung von Wasser (4), insbesondere eine Kläranlage für Abwasser, mit
einem Reaktionsraum (2) zum biologischen Abbau von biologisch abbaubarem Material (5) durch Mikroorganismen (17), und
einem Trennraum (3) zum zumindest teilweisen Trennen des biologisch abbaubaren Materials (5) und der Mikroorganismen (17) vom Wasser (4),
wobei der Reaktionsraum (2) und der Trennraum (3) durch eine Zuleitung (9) für Wasser (4) mit Mikroorganismen (17) und biologisch abbaubarem Material (5), und eine Rückleitung (10) für abbaubares Material (5) und Mikroorganismen (17) verbunden sind,
gekennzeichnet durch
ein Behandlungsmittel (22) zur Behandlung eines Rückstroms (7) aus dem Trennraum (3) zum Reaktionsraum (2).

20. Aufbereitungsanlage (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmittel (22) ein Dosiermittel (11) zur Vorgabe einer ersten Zugaberate der aus dem Trennraum (3) entnommenen und dem Reaktionsraum (2) zugeführten Mikroorganismen (17) aufweist.

21. Aufbereitungsanlage (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmittel (22) ein Dosiermittel (11) zur Vorgabe einer zweiten Zugaberate der dem Reaktionsraum (2) zugeführten toten Mikroorganismen (17) aufweist.

22. Aufbereitungsanlage (1) nach Anspruch 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsmittel (22) ein Dosiermittel (11) zur Vorgabe einer dritten Zugaberate des aus dem Trennraum (3) entnommenen und dem Reaktionsraum (2) zugeführten Materials (5) aufweist.

23. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermittel (11) eine Einspeisestelle (12) für Biozid, insbesondere Ozon, in der Rückleitung (10) umfasst.

24. Aufbereitungsanlage (1) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisestelle (12) eine Unterdruckpumpe umfasst.

25. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosiermittel (11) einen Sensor (18) zur Ermittlung mindestens einer Konzentration aus der Gruppe Konzentration der im Reaktionsraum (2) befindlichen, lebenden Mikroorganismen (17), Konzentration der im Reaktionsraum (2) befindlichen, toten Mikroorganismen und Konzentration des im Reaktionsraum (2) befindlichen, organisch abbaubaren Materials (5) umfasst.

26. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zusatzleitung (13) mit ihren beiden Enden mit der Rückleitung (10) verbunden ist.

27. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zusatzleitung (13) eine Pumpe (14) zur Erzeugung eines Kreisstromes (12) vorhanden ist.

28. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennraum (3) ein Absetzbecken ist und/oder dass der Trennraum (3) ein Membransystem zur Trennung von Wasser und Schlamm aufweist.

29. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückleitung (10) ein mechanischer Zerkleinerer (16) vorgesehen ist.

30. Aufbereitungsanlage (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungsvermögen des Reaktionsraums (2) mindestens 1000 m³, insbesondere mindestens 6000 m³, beträgt.