DE19520542C2

DE19520542C2 - Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser und Anlage zur Verfahrensdurchführung

Info

Publication number: DE19520542C2
Application number: DE1995120542
Authority: DE
Inventors: Karl Schmid; Christiane Dr Rieker
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2015-06-07
Also published as: DE19520542A1

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser, insbesondere zur aeroben mikrobiellen Reinigung organisch hochbelasteter kommunaler als auch industrieller Abwässer.

Übliche Verfahren höherer Leistung zur biologischen Behandlung von Abwasser werden eingesetzt bei einem CSB-Gehalt von 500- 1000 mg/Liter im Zulauf. Bekannte Anlagen für höhere Belastungen arbeiten z. B. mit einem Druck-Reaktor, wodurch ein hoher Energie und gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist.

Weiterhin ist aus der CH 469 636 ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser bekannt, bei dem das zu reinigende Abwasser mit bakteriellem Belebtschlamm durch einen Reaktor geführt wird, wobei die Bakterien des Schlammes die im Abwasser vorhandenen organischen Verunreinigungen abbauen sollen. Hierbei können sich Schlammteilchen in einem Absetzbehälter niedersetzen und als Rückschlamm dem Behälter des Reaktors wieder zugeführt werden, so daß der Bakterienschlamm in einem Kreislauf geführt wird.

Weiterhin geht aus der CH 469 636 hervor, daß das Abwasser über eine Leitung in eine obere Zone des Reaktorbehälters eingeleitet und in dieser Zone mit dem Schlamm vermengt wird, welcher über eine weitere Leitung zugeführt wird. Schlamm und Abwasser bewegen sich im Reaktorgehäuse durch Kanäle eines Registers nach unten und werden im Gegenstromverfahren mit mit Luft beaufschlagt, die aus einem Rost austritt und von unten nach oben strömt. Die Kanäle bilden dabei eine Schikane für das Abwasser-Schlamm-Gemisch.

Die DE 31 50 902 A1 offenbart ein Verfahren zur Abwasserreinigung, bei dem für die Reinigung lediglich sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird, mit dem die Mikroorganismen, die bereits im Abwasser enthalten sind, mit Sauerstoff versorgt werden sollen. Zudem ist dort vorgesehen, den Reinigungsprozeß zweistufig durchzuführen. Die erste Stufe enthält einen Tropfkörper bzw. Filter, die zweite Stufe ein Belebungsbecken. Die Aufbereitung des Abwassers in einem mehrstufigen Reinigungsprozeß ist desweiteren auch aus der DE 30 46 707 A1 bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die den gerätetechnischen Aufwand und notwendigen Energieeinsatz gegenüber Bekanntem mindern, in einem größeren CSB-Gehalt- Bereich einsetzbar sind und eine CSB-Abbauleistung nahe 90% gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die aufgezeigten kennzeichnenden Merkmale gelöst; zur Durchführung des Verfahrens wird vorteilhafterweise eine Anlage gemäß dem Patentanspruch 4 verwendet. Die nachgeordneten Ansprüche 2 bis 3 und 5 bis 9 zeigen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens bzw. der Anlage auf.

Das erfinderische Verfahren und die Anlage zur Verfahrensdurchführung sind durch nachstehende Punkte charakterisiert:

- biologische Hochleistungs-Behandlung,
- Raumbelastung z. B. bei Wasserlack-Abwasser:
18 kg CSB/m³. d,
- CSB-Abbauleistung ca. 90-98%,
- 10-facher Bakteriengehalt im Vergleich zu Belebungsverfahren,
- druckloses Verfahren, keine aufwendige Reaktortechnik notwendig,
- Unterteilung in einzelne Reaktorstufen durch Schikanen, kleine Schichthöhe des Gemisches mit hoher Turbulenz, da Luft und Abwasser im Gegenstrom geführt werden, wobei als Luft zu reinigende Abluft verwendet wird, und
- Optimaler Sauerstoffeintrag und hohe Stoffumsetzungsgeschwindigkeit der Bakterien sowie
- Abtrennung des Reinwassers vom reagierten Bakterienschlammgemisch mittels an sich bekannter Ultrafiltration.

Wesentliche Vorteile sind:

- Geringer Raumbedarf durch effizienten Schadstoffabbau bei kurzen Verweilzeiten,
- Größe der Bakterienflocken gering, dadurch keine Verstopfungsgefahr sowie intensive Vermischung von Bakterien und Abwasserinhaltsstoffen,
- Geringer Platzbedarf durch geringes Behältervolumen,
- Wirbelströmungen bewirken geringe Größe der Luftblasen und optimalen Sauerstoffeintrag und Stoffumsetzung,
- Minimale Überschußschlammproduktion,
- relativ geringer Energiebedarf: 1-2 kWh/kg CSB, eine zusätzliche Ultrafiltration bewirkt hohes Schlammalter durch optimale Schlammrückführung, dadurch optimale Adaptation an Abwasserschadstoffe,
- durch die Ultrafiltration werden höher molekulare Abwasserinhaltsstoffe zurückgehalten und durch längere Verweilzeiten im Reaktor bakteriell abgebaut.

Die vorstehenden Aussagen beruhen auf Ergebnissen einer Versuchsanlage, die im Dauerbetrieb seit über eineinhalb Jahren läuft.

Dabei sind bevorzugte Einsatzgebiete: Organisch hochbelastete Abwässer mit einem CSB-Gehalt von 20000-50000 mg/Liter, z. B. aus Lackierbetrieben (Wasserlack-Spritzkabinenauswaschwasser), Lebensmittel-, Pharma-, Textilindustrie, Gerberei, Sickerwasserbe handlung.

Das neuartige Verfahren wird nun folgend in Verbindung mit einer schematisiert in Zeichnungen dargestellten, vorteilhaften Anlagenvariante näher erläutert: Dabei zeigen:

Fig. 1 eine mögliche Variante einer einstufigen Anlage zur Ver fahrensdurchführung und

Fig. 2 das Schema-Bild einer zwei stufigen Anlage.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage ist eine mögliche vorteilhafte Variante der Anlagengestaltung.

Gemäß der Fig. 1 ist der Reaktor 5 im wesentlichen vertikal stehend angeordnet. Im oberen, inneren Bereich sind innerhalb des Gehäuses 7 in mehreren horizontalen Ebenen Schikanen 8, die hier speziell als Sieblochböden gestaltet sind, angeordnet.

Im Bodenbereich ist der Reaktor 5 selbst als Sammel wanne 9 ausgebildet bzw. auf eine solche 9 aufgesetzt.

Unterhalb der untersten Schikane 8 mündet in das Gehäuse 7 eine Luftzufuhr 13 ein. Im Deckenbereich ist eine Luftabführung 6 vorgesehen, die vorzugsweise über eine Verbindungsleitung 14 mit Absperrventil mit der Luftzufuhr 13 kurzgeschlossen ist.

Von der im Bodenbereich speziell konisch ausgebildeten Sammelwanne 9 ausgehend führt eine Ringleitung 3, die eine Trennstufe 4 durchläuft, in den Kopfbereich des Reaktors 5.

Die Abwasserzufuhr 2 mündet hinter den Dosierleitungen 16a bis 16c und außerhalb des Reaktors 5 in die Ring leitung 3 ein.

Die Dosierleitungen 16a bis 16c sind mit Verfahrens zusatzstoffe enthaltenden Behältern 15a bis 15c ver bunden. Die Zusatzstoffe können z. B. Nährsalz für die Bakterien, Entschäumer, vorzugsweise biologisch gut abbaubares Rapsöl, oder Natronlauge sein.

In weiterer spezieller Bauausführung ist nun noch vorgesehen, daß von oberhalb der oberen Schikane 8 bis in etwa zur Sammelwanne 9 reichend ein vorzugs weise konzentrisch positionierter Kanal 12, als Über lauf wirkend, angeordnet ist. Dieser Kanal 12 kann auch teilweise oder überwiegend außerhalb des Gehäuses verlaufen.

Eine weitere spezielle Ausgestaltung besteht darin, daß die Sammelwanne 9 oberhalb ihres Konusbereiches und seitlich vom Gehäuse 7 des Reaktors 5 einen durch eine Trennwand 10 abgetrennten Filtratsammler 11 aufweist, wobei die bodenseitig aufsitzende Trennwand 10 kopfseitig einen Überlauf 20 bildet und der Filtrat sammler 11 eine von der Trennstufe 4 ausgehende Filtrat leitung 4a und einen Filtratablauf 11a aufweist. Darüber hinaus sind ebenfalls in spezieller Varianten ausführung noch eine vom Filtratsammler 11 ausgehende, zur Trennstufe 4, die vorzugsweise eine Ultrafiltrations einheit ist, führende, Rückspülleitung 18 sowie eine vom Boden der Sammelwanne 9 abgehende Schlammableitung 19 vorgesehen.

Die in der Fig. 1 weiterhin verwendeten Symbole und Kennbuchstaben entsprechen der DIN 28004 bzw. DIN 19227. Nachfolgend wird der Verfahrensablauf näher beschrieben.

Der Reaktor 5, hier gemäß der Fig. 1 ein Siebboden reaktor, wird im Gegenstrom von oben mit dem Abwasser- Bakteriengemisch und von unten mit Luft beschickt. Dadurch bilden sich Wasser-Luft-Wirbelschichten auf den einzelnen Lochblechböden aus, unterhalb der Böden befinden sich Luftpolster. Die Luftpolster bewirken eine gleichmäßige Durch strömung des Bodenquerschnitts mit Luft und oberhalb jeden Bodens eine intensive Luftblasenbildung im Abwasser. Das Wasser strömt durch die Öffnungen nach unten.

Die Entspannung der Luft sowie die Düsenwirkung der Lochbleche bewirken eine hohe Turbulenz. Die Phasengrenz flächen Luftblase-Abwasser einerseits und Abwasser -Bakterienflocke andererseits werden ständig erneuert. Sauerstoff-, CO₂- und Schadstofftransport-Limitierungen werden minimiert.

Toträume können nicht entstehen, Abwasser-Luft -Bakterien ergeben ein homogenes Gemisch. Durch diese spezielle Anordnung und Funktion wird der aerobe Abbauprozess stark beschleunigt.

Bei dem beschriebenen System handelt es sich um eine offene Kreislaufführung. Das Gemisch wird im Kreislauf gepumpt, neues Abwasser ständig zugeführt, dieselbe Menge ständig aus dem Kreislauf abgeführt. Das aus den Reaktorböden ablaufende Wasser-Bakterien schlamm-Gemisch wird in einer Sammelwanne 9 an der Reaktorbasis gesammelt und wieder nach oben gepumpt. Die Sammelwanne 9 ist so konstruiert, daß sich z. B. am Konusende inaktive oder abgestorbene Bakterien masse sammelt, von wo sie mittels Ablaßhahn als über schußschlamm entfernt werden kann.

Der Prozeß kann sowohl einstufig als auch mehrstufig, d. h. mehrere Reaktoreinheiten nacheinander geschaltet, ausgeführt sein, siehe hierzu Fig. 2.

Die Verfahrenstemperatur beträgt max. 35-37°C, vorzugsweise wird in einem Temperaturbereich von 25-35°C gearbeitet. In den Figuren nicht dargestellte Kühler- bzw. Wärme tauscher werden zur Temperatureinstellung genutzt.

Eine nachgeschaltete Ultrafiltrationseinheit, hier vorzugsweise in die Ringleitung 3 integriert, entläßt das gereinigte Abwasser nahezu partikelfrei, Bakterien masse wird vollständig zurückgehalten, aufkonzentriert und zur Erreichung hoher Schlammgehalte im Reaktor zurückgeführt. Eine geringe Menge kann als überschuß schlamm abgeführt werden, sofern dies überhaupt er forderlich ist.

Das hohe Schlammalter bewirkt eine optimale Adaptation an schwer abbaubare Abwasserschadstoffe. Die Ultrafiltration kann als Rohrmodul mit organischer oder keramischer Membran bzw. als Plattenmodul aus geführt sein. Wenn notwendig, kann eine Nanofiltration nachgeschaltet werden. Weiterhin kann bei mehrstufigen Systemen zwischen den einzelnen Reaktorstufen eine Zwischenklärung, z. B. in Form einer Mikrofiltration, Ultrafiltration, eines Sedimentationsbehälters oder eines Mikrosiebs, eingebaut werden. Diese dient der Entlastung der UF durch geringeren Schlammgehalt bzw. einer Redu zierung der Schlammfracht zur Erzielung geringer Konzentrationen an org. gelösten Substanzen im ge reinigten Abwasser, da hohe Schlammkonzentrationen durch Absterben und Platzen der Zellen sowie durch Desorption adsorptiv an die Zellwand gebundener Sub stanzen zu einer Erhöhung der Konzentrationen an CSB-verursachenden Substanzen führen können.

Bei Vorliegen eines gut absetzbaren Schlammes wird die Ultrafiltrationseinheit in der Endstufe vollständig durch einen Schlammabsetzbehälter ersetzt. In jedem Fall wird der aufkonzentrierte Schlamm nahezu vollständig in einen oder mehrere Reaktoren zurückge führt.

Zur Verhinderung von Schaumentwicklung wird Entschäumer, z. B. biologisch gut abbaubares Rapsöl oder andere pflanzliche Öle, zugeführt.

Zur Einhaltung eines konstanten pH-Wertes zwischen pH 6 und 8 wird Lauge zudosiert. Zur Nährstoffergänzung wird, wenn notwendig, ein Stickstoff, Phosphat und Spurenelemente enthaltendes Substrat zugeführt.

Es ist vorgesehen, zur Belüftung die Abluft einer mit Druckluft angetriebenen Membranpumpe (zur Wasser kreislaufführung) zu benutzen. Stattdessen oder zusätzlich kann ein Belüftungsorgan, z. B. Ventilator, oder Preßluft, zur Belüftung benutzt werden. Mit einem Ventilator kann ein Teilumluftbetrieb gefahren und damit die ins Freie abzuführende Abluftmenge reduziert werden.

Vergleiche mit dem Stand der Technik bei kommunalen Abwasserbelebungsanlagen zeigte auf, daß mit dem Anmelde gegenstand ein 5 bis 10-facher Schlammgehalt, eine mind. 10-fach mögliche CSB-Raumbelastung und eine 5-fache Schlammbelastung bei einer CSB-Abbauleistung von ca. 90% erzielt werden. Dadurch ist der Platzbedarf um ein vielfaches geringer als bei herkömmlichen Anlagen.

Das Verfahren

- benötigt keine aufwendige Reaktortechnik (wie z. B. Druckreaktor, Wirbelbettverfahren),
- benötigt keine Bereitstellung von Rein-Sauerstoff (wie z. B. das Linde-Verfahren),
- verläuft weitgehend verstopfungsfrei, auch bei Ausfall des Belüftungsaggregates (im Gegensatz zu Membranbelüftern oder Zweistoffdüsen),
- verhindert die Ausbildung laminarer Grenzschichten (wie z. B. im Festbettreaktor).

Das vorstehend beschriebene biologische Hochleistungs- Verfahren zur aeroben mikrobiellen Reinigung organisch hochbelasteter Abwässer kann gleichfalls zur mikro biellen Reinigung organisch belasteter Abluft benutzt werden, sofern die Schadstoffe für die Bakterien nicht toxisch sind. Gegebenenfalls ist eine Kombination von Abwasser- und Abluftreinigung möglich.

Das Verfahren, d. h. die Abwasserzugabe, kann wahlweise kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.

Bezugszeichenliste

1

Anlage zur Verfahrensdurchführung

2

Abwasserzulauf

3

Ringleitung

4

Trennstufe

4

aFiltratleitung

5

Reaktor

6

Luftabführung

7

Gehäuse

8

Schikanen

9

Sammelwanne

10

Trennwand

11

Filtratsammler

11

aFiltratablauf

12

Kanal (konzentrisch)

13

Luftzufuhr

14

Verbindungsleitung

15

a,

15

b,

15

cBehälter

16

a,

16

b,

16

cLeitungen

17

Stützen

18

Rückspülleitung

19

Schlammableitung

20

Überlauf
BBoden
RFlußrichtung

Claims

1. Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser, bei dem Abwasser einem im Kreislauf geführten, wäßrigen Bakterienschlammgemisch zugegeben und mit letzterem einen Reaktor (5) durchläuft sowie Reinwasser abgeführt wird, wobei das mit Abwasser (2) vermengte Bakterienschlammgemisch im Reaktor (5) in Flußrichtung (R) über Schikanen (8) geleitet und entgegen der Flußrichtung (R) gleichzeitig mit Luft (13) beaufschlagt und vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Luft zu reinigende Abluft verwendet wird und die Abtrennung des Reinwassers von dem reagierten Bakterienschlammgemisch mittels an sich bekannter Ultrafiltration erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorinhalt konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsprozeß mehrstufig erfolgt.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Reaktor (5) zur Behandlung von Abwasser, einem Abwasserzulauf (2) und einer mit dem Reaktor (5) verbundenen Ringleitung (3) zur Kreislaufführung von Bakterienschlammgemisch, mit mindestens einer im Reaktor angeordneten Schikane (8), einer unterhalb der Schikane (8) im Gehäuse (7) des Reaktors (5) vorgesehenen Luftzufuhr (13) und mit einer den Bodenbereich des Reaktors (5) bildenden Sammelwanne (9), dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennstufe (4) vorgesehen ist, die von der Ringleitung (3) durchlaufen und als Ultrafiltrationseinheit ausgebildet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (3) oberhalb des Bodens von der Sammelwanne (9) ausgeht und kopfseitig in den Reaktor (5) mündet.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) einen kopfseitig beginnenden und bis in etwa zur Sammelwanne (9) reichenden, konzentrischen Kanal (12) aufweist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelwanne (9) zu ihrem Boden hin konisch ausgebildet ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelwanne (9) oberhalb ihres Konusbereiches und seitlich vom Gehäuse (7) des Reaktors (5) einen durch eine Trennwand (10) abgetrennten Filtratsammler (11) aufweist, wobei die bodenseitig aufsitzende Trennwand (10) kopfseitig einen Überlauf (20) bildet und der Filtratsammler (11) eine von der Trennstufe (4) ausgehende Filtratleitung (4a) und einen Filtratablauf (11a) aufweist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trennstufe (4) von Verfahrenszusatzstoffe enthaltenden Behältern (15a, 15b, 15c) ausgehende Dosierleitungen (16a, 16b, 16c) in die Ringleitung münden.