DE19503272C1 - Biological nitrification and denitrification of conc. inorganic nitrogen cpds. in liq. medium - Google Patents
Biological nitrification and denitrification of conc. inorganic nitrogen cpds. in liq. mediumInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Ent fernung anorganischer Stickstoffverbindungen aus Fäkalien, Gülle und anderen flüssigen Medien mit hohen Konzentrationen an Ammonium, Nitrit, Nitrat, Phosphor und biochemisch schwer abbaubaren organischen Stoffen.The invention relates to a method for biological ent removal of inorganic nitrogen compounds Faeces, manure and other liquid media with high Concentrations of ammonium, nitrite, nitrate, phosphorus and organic substances that are difficult to biodegrade.
Üblicherweise werden Fäkalien in Kläranlagen gemeinsam mit Abwasser behandelt, wobei eine 20fache Verdünnung empfohlen wird. In separaten Anlagen zur Fäkalienbehandlung werden häufig die Anforderungen an eine vorflutgerechte Reinigung, insbesondere bei der Entfernung von Stickstoffverbindungen und von biologisch schwer abbaubaren Substanzen, nicht er reicht.Faeces are usually processed in sewage treatment plants Wastewater treated, 20x dilution recommended becomes. In separate plants for the treatment of faeces often the requirements for pre-flood cleaning, especially when removing nitrogen compounds and of biodegradable substances, not him enough.
In DE G 92 15 208.2 ist eine Einrichtung zur biologischen und chemisch-adsorptiven Abwasserbehandlung beschrieben, die in kleinen, ortsveränderlichen Einrichtungen eine vor flutmäßige Reinigung hochkonzentrierter Medien ermöglicht.DE G 92 15 208.2 describes a device for biological and chemical adsorptive wastewater treatment, the one in small, portable facilities flood cleaning of highly concentrated media enables.
Nachteil dieser Vorrichtung ist die Anordnung der Fällungs stufe vor der Vorklärung, wodurch die verfügbaren organi schen Substanzen mit ausgefällt werden und sich das N : BSB-Ver hältnis verschlechtert. Die Reduzierung der Ammoniumver bindungen erfolgt chemisch in einer nachfolgenden Stufe durch Zudosierung eines Flockungsmittels zur teilweisen Bindung von Ammonium und Abtrennung des chemischen Schlam mes in einer Zwischenklärung. Der sedimentierte Schlamm ei ner Adsorptionsstufe wird über die Vorklärung aus dem Sy stem ausgetragen. Eine vollständige biologische Nitrifika tion und Denitrifikation ist damit nicht erreichbar. The disadvantage of this device is the arrangement of the precipitation stage before the preliminary clarification, whereby the available organi substances are precipitated and the N: BSB-Ver ratio worsened. The reduction of ammonium ver Binding takes place chemically in a subsequent stage partially by adding a flocculant Binding of ammonium and separation of the chemical sludge mes in an intermediate clarification. The sedimented mud ner adsorption stage is the preliminary clarification from the Sy stem carried out. A complete biological nitrific tion and denitrification cannot be achieved.
Bei der biologischen Nitrifikation und Denitrifikation von Medien mit hohen Konzentrationen an anorganischen Stick stoffverbindungen tritt häufig eine Hemmung des Prozesses durch Akkumulation von Ammonium und/oder Nitrit auf, die nur langwierig wieder beseitigt werden kann.In the biological nitrification and denitrification of Media with high concentrations of inorganic stick Compounds often inhibit the process by accumulation of ammonium and / or nitrite on the can only be removed again in a tedious process.
Ursache dafür ist zum einen bei hohen Ammoniumkonzentratio nen eine beschleunigte Entwicklung von Nitrosomonas mit der Folge einer Nitritakkumulation und Zusammenbruch der Ni tratbildung und zum anderen bei Nitratüberangebot eine un genügende Denitrifikation nur bis zum Nitrit mit der Folge einer Ammonium- und Nitritakkumulation.One reason for this is the high ammonium concentration accelerated development of Nitrosomonas with the Result of a nitrite accumulation and collapse of the Ni formation and, on the other hand, an un sufficient denitrification only up to the nitrite with the consequence an ammonium and nitrite accumulation.
Weiterhin sind bei den bekannten Verfahren biologisch schwer abbaubare Stoffe nur in sehr geringem Maße als Kohlenstoffquelle nutzbar. Darüber hinaus entstehen solche Stoffe noch als Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen, wodurch ein hoher Wert für den chemischen Sauerstoffbedarf im Ablauf des Bioreaktors auftritt.Furthermore, the known methods are biological hardly degradable substances as very little Carbon source usable. In addition, such arise Substances still as metabolic products of the microorganisms, which creates a high value for the chemical oxygen demand occurs in the course of the bioreactor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem eine stabile vollständige Entfernung von anorganischen Stickstoffverbindungen durch biologische Nitrifikation und Denitrifikation zur vorflutfähigen Reini gung von hochkonzentrierten Medien, wie Fäkalien und Gülle, unter Nutzung biologisch schwer abbaubarer organischer Substanzen möglich wird.The invention has for its object a method to develop a stable complete removal of inorganic nitrogen compounds through biological Nitrification and denitrification for pre-flowable purification of highly concentrated media such as faeces and slurry, using bio-degradable organic Substances becomes possible.
Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 ge löst. Weitere Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.This problem is ge with the measures of claim 1 solves. Further embodiments are in claims 2 to 4 described.
Durch die chemische Fällung mit dreiwertigen Metallsalzen werden hochmolekulare Verbindungen, wie Huminstoffe, Lignin-Sulfon-Säuren sowie Reststoffe und Zwischenprodukte des mikrobiellen Stoffwechselprozesses mit dem chemischen Flockenschlamm aus der flüssigen Phase entfernt. By chemical precipitation with trivalent metal salts high molecular compounds, such as humic substances, Lignin-sulfonic acids as well as residues and intermediates of microbial metabolic process with the chemical Flake sludge removed from the liquid phase.
Am Adsorptionsmittel werden niedrig molekulare Verbindungen und Exo-Enzyme des mikrobiellen Abbauprozesses konzentriert und bewirken nach Rückführung in den Bioreaktor eine kata lytische Beschleunigung der Oxidation biologisch schwer ab baubarer Substrate.Low molecular weight compounds are formed on the adsorbent and exo-enzymes of the microbial degradation process and cause a kata after returning to the bioreactor lytic acceleration of oxidation is biologically difficult buildable substrates.
Wird die auf diese Weise optimierte flüssige Phase der hochkonzentrierten Medien in einer äquivalenten Menge zu rückgeführt, wird der Vorteil erzielt, daß keine Inhibition der Umwandlung von Ammonium zu Nitrit auftritt, daß keine Inhibition der Umwandlung von Nitrit zu Nitrat durch zu ho he Ausgangskonzentrationen auftritt und daß keine Inhibi tion der Reduktion von Nitrat zu molekularem Stickstoff auftritt. Dazu darf jede dieser Verbindungen im jeweiligen Reaktorteil eine Konzentration von 80 bis 100 mg/l nicht übersteigen, und der pH-Wert muß im Bereich von 6,5 bis 7,2 liegen.If the liquid phase of the highly concentrated media in an equivalent amount recycled, the advantage is achieved that no inhibition The conversion of ammonium to nitrite does not occur Inhibition of nitrite to nitrate conversion by too high he initial concentrations occur and that no inhibi tion of the reduction of nitrate to molecular nitrogen occurs. Each of these connections may do so in the respective Reactor part does not have a concentration of 80 to 100 mg / l exceed, and the pH must be in the range of 6.5 to 7.2 lie.
Um eine vollständige Denitrifikation zu gewährleisten, ist ein ausreichendes Substratangebot an verfügbaren Kohlen stoffquellen erforderlich, die von heterotrophen Bakterien unter Nutzung des Nitratsauerstoffes oxidiert werden, wo durch molekularer Stickstoff freigesetzt wird. Dieses Ange bot an sofort assimilierbaren niedermolekularen Koh lenstoffverbindungen muß so groß sein, daß auch die biolo gische Phosphatfreisetzung in der anaeroben Stufe gewähr leistet ist.To ensure complete denitrification, is a sufficient substrate supply of available coals Substance sources required by heterotrophic bacteria be oxidized using the nitrate oxygen where is released by molecular nitrogen. This business offered immediately assimilable low molecular weight Koh lenstoffverbindungen must be so large that the biolo Guaranteed release of phosphate in the anaerobic stage is accomplished.
Voraussetzung dafür ist zunächst ein N : BSB-Verhältnis kleiner 0,2 und eine Restalkalität von 300 bis 500 mg/l CaCO₃ nach der Nitrifikationsstufe. Durch die Abkopplung der Stoffwechselprozesse des Belebtschlammes, der die Phosphat freisetzung realisiert, von den Stoffwechselprozessen der Biofilmbiologie auf den Schwebekörpern in der anaeroben Zo ne, die die Versäuerung und Hydrolyse von hochmolekularen Verbindungen in niedere Fettsäuren und Glucose realisiert, können kontinuierlich die erforderlichen Substrate bereit gestellt werden. The first requirement is an N: BSB ratio less than 0.2 and a residual alkalinity of 300 to 500 mg / l CaCO₃ after the nitrification stage. By decoupling the Metabolic processes of the activated sludge, which is the phosphate release realized from the metabolic processes of the Biofilm biology on the floats in the anaerobic zo ne, the acidification and hydrolysis of high molecular weight Realized compounds in lower fatty acids and glucose, can continuously prepare the required substrates be put.
Die Biofilm-Technologie, also die Fixierung der Mikroorganismen auf Aufwuchsträgern, sichert den Verbleib der hochspe zialisierten Mikroorganismen, die schwer abbaubare organi sche Stoffe oxidieren, im Reaktor, da sie nicht mit dem Überschußschlamm ausgetragen werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß in Ver bindung mit den an den Adsorbenzien konzentriert zurückge führten schwer abbaubaren Stoffen und den ebenfalls daran immobilisierten Exo-Enzymen nach Einstellung des Gleichge wichtszustandes des Systems ein hoher Abbaugrad dieser Stoffe erreicht wird, wodurch ein niedriger Wert für den chemischen Sauerstoffbedarf im Ablauf zu erreichen ist.The biofilm technology, i.e. the fixation of the microorganisms on growth carriers, ensures the stay of the hochspe specialized microorganisms that are difficult to decompose organi oxidize substances in the reactor, since they do not react with the Excess sludge are discharged. Another advantage of the inventive method is that in Ver bond with those concentrated on the adsorbents led difficult-to-biodegradable substances and also on it immobilized exo-enzymes after adjustment of the equilibrium weight of the system a high degree of degradation Fabrics is achieved, creating a low value for the chemical oxygen demand in the drain can be achieved.
Die Erfindung und deren Funktionsweise wird an folgendem
Ausführungsbeispiel und der dazugehörenden Abbildung näher
erläutert:
In einer Fäkalienbehandlungsstation werden 110 m³/d
angeliefert, über eine mechanische Siebeinrichtung Grob
stoffe entfernt und die flüssige Phase 1, die folgende
Konzentrationen hat, BSB = 2300 mg/l, CSB = 4000 mg/l,
Nges = 400 mg/l, NH₄-N = 300 mg/l, Pges = 105 mg/l, in ei
nem Misch- und Ausgleichsbehälter 2 gespeichert.The invention and its mode of operation are explained in more detail using the following exemplary embodiment and the associated figure:
110 m³ / d are delivered to a faeces treatment station, coarse matter is removed via a mechanical sieving device and liquid phase 1, which has the following concentrations, BOD = 2300 mg / l, COD = 4000 mg / l, N total = 400 mg / l, NH₄-N = 300 mg / l, P tot = 105 mg / l, stored in a mixing and expansion tank 2 .
In diesem Misch- und Ausgleichsbehälter 2 wird kontinu ierlich über einen Tertiärkreislauf 3 400% der Anliefer menge 1 aus der Nachkläreinrichtung 4 zurückgeführt. Die flüssige Phase dieses Tertiärkreislaufes 3 enthält etwa 50 g/m³ Aktivkohlepulver.In this mixing and equalizing container 2 is continu ously fed back via a tertiary circuit 3 Anliefer 400% of the volume 1 of the Nachkläreinrichtung. 4 The liquid phase of this tertiary circuit 3 contains about 50 g / m³ of activated carbon powder.
Über die Zuführungsleitung 13 wird das Gemisch von 550 m³/d, mit den Konzentrationen BSB = 470 mg/l und NH₄-N = 37 mg/l, der Denitrifikationsstufe 14 zugeführt. In diese wird ebenfalls der Rücklaufschlamm (Primärkreislauf 18) aus der Zwischenklärung 17 und die interne Rezirkulation (Sekundärkreislauf 19) in gewohnter Weise zurückgeführt. Liegt das N : BSB-Verhältnis des Zulaufs 1 über 0,2, muß gegebenenfalls noch eine Kohlenstoffquelle 20 (Essigsäure, Methanol o. ä.) zudosiert werden. Wenn im Tertiärkreis lauf 3 die Restalkalität unter 300 mg/l CaCO₃ sinkt, muß ebenfalls noch Kalkmilch 21 dosiert werden.Via the feed line 13 , the mixture of 550 m³ / d, with the concentrations BOD = 470 mg / l and NH₄-N = 37 mg / l, is fed to the denitrification stage 14 . The return sludge (primary circuit 18 ) from intermediate clarification 17 and the internal recirculation (secondary circuit 19 ) are also returned to them in the usual way. If the N: BOD ratio of feed 1 is above 0.2, a carbon source 20 (acetic acid, methanol or the like) may have to be added. If in the tertiary cycle 3 the residual alkalinity drops below 300 mg / l CaCO₃, lime milk 21 must also be metered.
Die Denitrifikationsstufe 14 und die Phosphatfreisetzungs stufe 15 sind mit Schwebekörpern als Aufwuchsträger für ei ne Biofilmbiologie mit heterotrophen und anaeroben Mi kroorganismen gefüllt. Diese wirken gleichzeitig als Schwimmkornfilter und halten partikuläre Stoffe zurück, die durch Exo-Enzyme des Biofilmes hydrolysiert werden.The denitrification stage 14 and the phosphate release stage 15 are filled with floats as growth carriers for a biofilm biology with heterotrophic and anaerobic microorganisms. At the same time, these act as floating grain filters and retain particulate matter that is hydrolyzed by exo-enzymes in the biofilm.
Die Denitrifikationskapazität des Biofilmes muß der Nitrat konzentration aus 18 und 19 entsprechen. Der BSB-Wert muß mindestens ca. 4 bis 5mal größer sein als der NO₃-Wert.The denitrification capacity of the biofilm must correspond to the nitrate concentration of 18 and 19 . The BOD value must be at least about 4 to 5 times larger than the NO₃ value.
Anschließend gelangt das Gemisch in eine Nitrifikationsstu fe 16. Diese ist ebenfalls bis zu 35 Vol.-%-Anteilen mit Schwebekörpern als Aufwuchsträger für eine Biofilmbiologie mit aeroben und heterotrophen Mikroorganismen gefüllt. Der pH-Wert soll in dieser Stufe zwischen 6,5 und 7,2 liegen und kann mit einer Dosiereinrichtung 21 reguliert werden.The mixture then passes into a nitrification stage 16 . This is also filled up to 35% by volume with floats as growth carriers for a biofilm biology with aerobic and heterotrophic microorganisms. The pH in this stage should be between 6.5 and 7.2 and can be regulated with a metering device 21 .
In der Zwischenklärung 17 wird der Belebtschlamm abgesetzt, als Rücklaufschlamm im Primärkreislauf 18 in die Denitrifi kationsstufe 14 und gegebenenfalls in die Nitrifikations stufe 16 zurückgeführt. Im Rücklaufschlamm befinden sich die phosphateliminierenden Mikroorganismen, die durch den aerob/anaerob-Wechsel zwischen der Nitrifikationsstufe 16 und der Phosphatfreisetzungsstufe 15 eine erhöhte Phosphor konzentration aufweisen. Der Überschußschlamm wird über die Leitung 10 dem Schlammspeicher 12 zugeführt.In the intermediate clarification 17 , the activated sludge is discontinued, as the return sludge in the primary circuit 18 in the denitrification stage 14 and possibly in the nitrification stage 16 . In the return sludge are the phosphate eliminating microorganisms, which have an increased phosphorus concentration due to the aerobic / anaerobic change between the nitrification stage 16 and the phosphate release stage 15 . The excess sludge is fed to the sludge storage 12 via line 10 .
Die biologisch gereinigte flüssige Phase wird im Flockungs reaktor 6 mit einem Fällmittel 7 versetzt und dem Adsorp tionsreaktor 5 zugeführt, wo Aktivkohlepulver 8 zugemischt wird. Die Reihenfolge dieser beiden Stufen kann in Abhän gigkeit von der Beschaffenheit auch umgekehrt angeordnet sein. The biologically cleaned liquid phase is mixed with a precipitant 7 in the flocculation reactor 6 and fed to the adsorption reactor 5 , where activated carbon powder 8 is added. The order of these two stages can also be reversed depending on the nature.
Aus der Nachkläreinrichtung 4 wird ein Teil der flüssigen Phase, teilweise noch Aktivkohle enthaltend, auf der Exo-Enzyme und schwer abbaubare organische Stoffe haften, di rekt bzw. ganz oder teilweise über eine Oxidationsstufe 22 (UV-Strahlung, Ozon, Wasserstoffperoxid o. ä.) als Tertiär kreislauf 3 dem Misch- und Ausgleichsbehälter 2 zugeführt. Die überschüssige Aktivkohle kann gemeinsam mit dem Flockenschlamm der Fällstufe 6 über die Leitung 11 in den Schlammspeicher 12 gegeben werden.From Nachkläreinrichtung 4, a portion of the liquid phase, still partially active carbon containing adhere to the exo-enzymes and persistent organic substances, di rectly or all or part of an oxidation stage 22 (UV radiation, ozone, hydrogen peroxide, o. Ä .) As a tertiary circuit 3 fed to the mixing and expansion tank 2 . The excess activated carbon can be fed into the sludge storage 12 together with the flake sludge from the precipitation stage 6 via the line 11 .
Die gereinigte flüssige Phase wird mit BSB 10 mg/l, NH₄-N 10 mg/l, CSB 125 mg/l und P 2 mg/l dem Vorfluter 9 zugeführt.The cleaned liquid phase is fed to the receiving water 9 with BOD 10 mg / l, NH₄-N 10 mg / l, COD 125 mg / l and P 2 mg / l.
BezugszeichenlisteReference list
1 flüssige Phase der angelieferten Fäkalien
2 Misch- und Ausgleichsbehälter
3 Tertiärkreislauf zur physiko-chemischen Entfernung von
Stoffwechselprodukten des mikrobiellen Abbaus organi
scher Stoffe und Rückführung von Enzymen zur katalyti
schen Oxidation biologisch schwer abbaubarer Substrate
4 Nachkläreinrichtung
5 Adsorptionsreaktor
6 Flockungsreaktor
7 Fällmittelbehälter
8 Aktivkohlepulver
9 Leitung zum Vorfluter
10 Leitung zum Schlammspeicher (Überschußschlamm)
11 Leitung zum Schlammspeicher (Fällungsschlamm)
12 Schlammspeicher
13 Zuführungsleitung
14 Denitrifikationsstufe
15 Phosphatfreisetzungsstufe
16 Nitrifikationsstufe
17 Zwischenklärung
18 Primärkreislauf (Rücklaufschlamm)
19 Sekundärkreislauf (interne Rezirkulation)
20 Dosiereinrichtung für externe Kohlenstoffquelle
21 Dosiereinrichtung für Kalkmilch oder Natronlauge
22 Oxidationsstufe 1 liquid phase of the delivered faeces
2 mixing and expansion tanks
3 Tertiary cycle for the physico-chemical removal of metabolites from the microbial degradation of organic substances and recycling of enzymes for the catalytic oxidation of biodegradable substrates
4 clarifier
5 adsorption reactor
6 flocculation reactor
7 precipitant container
8 activated carbon powder
9 Line to the receiving water
10 line to sludge storage (excess sludge)
11 line to sludge storage (precipitation sludge)
12 sludge storage
13 supply line
14 Denitrification level
15 phosphate release step
16 nitrification level
17 Intermediate clarification
18 primary circuit (return sludge)
19 secondary circuit (internal recirculation)
20 Dosing device for external carbon source
21 Dosing device for milk of lime or caustic soda
22 oxidation state
Claims (4)
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| DE1995103272 DE19503272C1 (en) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | Biological nitrification and denitrification of conc. inorganic nitrogen cpds. in liq. medium |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110642478A (en) * | 2019-10-31 | 2020-01-03 | 中冶南方都市环保工程技术股份有限公司 | Coupled treatment system and method for coking phenol-cyanogen wastewater by biochemical method and physicochemical method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0245910B1 (en) * | 1986-05-14 | 1989-08-09 | KNP Papier B.V. | A process for purifying waste water |
| DE9215208U1 (en) * | 1992-11-09 | 1992-12-24 | Peukert, Volkmar, Dr.Rer.Nat., O-8019 Dresden, De | |
| DE4409435A1 (en) * | 1994-03-19 | 1994-09-08 | Ott Peter | Apparatus and process for the simultaneous biological elimination of phosphorus and nitrogen from wastewater |
-
1995
- 1995-02-02 DE DE1995103272 patent/DE19503272C1/en not_active Expired - Fee Related
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| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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