DE19542146A1 - Verfahren zum biologischen Reinigen von Abwasser und Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Belebtschlammverfahren zum biologi­ schen Reinigen von Abwasser, wobei die Abwasserinhaltstoffe zwecks sorptiver Bindung bzw. biochemischer Umsetzung mit sus­ pendierten Mikroorganismen (Biomasse) behandelt werden und ein Teilstrom des Belebtschlammes rückgeführt wird sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einem Belebt­ schlammbecken, einem diesem nachgeschalteten Nachklärbecken und einem Rohrleitungssystem zur Rückführung eines Teiles des Belebtschlammes.

Das Belebtschlammverfahren wurde 1914 von Ardern und Lockett in England entwickelt (Experiments on the oxidation of sewage without the aid of filters; E. Ardern, W. T. Lockett - The evolu­ tion and development of the activated sludge process of sewage purification in Great Britain, 1914). Das klassische Belebungs­ verfahren versagt bei der Elimination schwer abbaubarer Ver­ schmutzungen, da eine adaptierte Biozönose sich erst ab einem höheren Schlammalter ausbildet. Dieses läßt sich jedoch nicht unbegrenzt steigern, da die entstandene Biomasse aus dem System entfernt werden muß und das Nachklärbecken durch zu hohe Trocken-Substanz-Gehalte (TS-Gehalte) überfordert wäre.

Physikalisch lassen sich die meisten Verbindungen mit einer nach­ geschalteten Fällung/Flockung entfernen. Diese Verfahren be­ inhalten jedoch Aufwendungen für Fällmittel und erzeugen große Mengen Überschußschlamm. Andere Verfahren, wie z. B. die Elimination dieser schwer abbaubaren Stoffe mittels Aktivkohlefil­ ter, sind sehr kostenaufwendig.

In den USA als "Contact Stabilization", "Step Aeration" oder "Extended Reaeration-Process" verwirklichte Verfahren nutzen die Adsorptionseigenschaften des wiederbelüfteten Belebtschlammes, um einen Teil des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB) vor der belüfteten Stufe aus dem Abwasser zu entfernen und auf diese Weise Investitions- und Energiekosten zu verringern. Weiterent­ wicklungen des Verfahrens entsprechend den Schriften DE-C- 26 54 431 und DE-A-31 30 718 zielen auf eine Anpassung an schwankende Volumenströme, die beispielsweise aus Tages- oder Wochenganglinien resultieren, sind jedoch nicht generell zur Elimination des schwer abbaubaren CSB geeignet.

Das gilt auch für das in der DE-A-41 14 694 offenbarte Verfah­ ren, welches in einer biologischen Kläranlage mit Vorklärbecken, Belebtschlammbecken und Nachklärbecken praktiziert wird, wobei eine Belebtschlammsuspension aus dem Nachklärbecken in das Belebtschlammbecken zurückgeleitet und dabei einem besonderen Regenerationskreislauf zugeführt wird, in dem die Belebtschlamm­ flocke zerkleinert und mit Luftsauerstoff oxidiert wird. Mit diesem Verfahren lasen sich mit leicht abbaubaren Stoffen befrachtete Abwässer mit vertretbarem Aufwand biologisch reinigen. Meist in hohem Maße refraktär verschmutzte industrielle und/oder kom­ munale Abwässer lassen sich dagegen nicht so gut aufbereiten, da diese Verbindungen zur Verschlechterung der CSB-Ablaufwerte beitragen, die daher dem Abwasser entzogen werden müssen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Anwendung eine gezielte Elimination dieser im Belebt­ schlammbecken nicht angegriffenen Substanzen bei gleichzeitiger Reduzierung der Überschußschlammenge erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß zwecks Regenera­ tion des Belebtschlammes und/oder Reduzierung des Überschuß­ schlammanfalles ein Teil des Rücklaufschlammstromes abgezweigt und belüftet wird.

Zweckmäßigerweise wird der abgezweigte Teil des Rücklauf­ schlammstromes durch Flotation, Sedimentation oder ein ähnliches Verfahren eingedickt und aerob, anoxisch oder anaerob behandelt, wobei auch eine zeitliche oder räumliche Kombination dieser Milieubedingungen möglich ist.

Es ist auch vorteilhaft, wenigstens einen Teil des abgezweigten Rücklaufschlammstromes zumindest teilweise durch Rühren in Bewegung zu halten. Weiterhin kann die Abzweigung aus dem Rücklaufschlammstrom auch diskontinuierlich verfolgen und der abgezweigte Schlammstrom im Prinzip bei jedem Verfahrensschritt zugegeben werden. Außerdem ist es zweckmäßig, daß die Abzwei­ gung aus dem Rücklaufschlammstrom in bezug auf die Komponen­ ten Biomasse und Wasser getrennt durchgeführt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Reihe der er­ wähnten schwer abbaubaren Substanzen, die das Belebtschlamm­ becken unbeschadet passieren, an regeneriertem Belebtschlamm adsorbieren können. Zusätzlich zu der Schlammrückführung wird nur ein Teil der sedimentierten Biomasse zurückgeführt, für die so ein beliebiges Schlammalter einstellbar ist.

Weitere Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß durch die Abkopplung des Regenerationskreislaufes vom Rücklaufschlamm und der dadurch verbundenen Volumenvergrößerung das Schlamm­ alter im Gesamtsystem steigt. Darüberhinaus kann das Alter des regenerierten Schlammes theoretisch beliebig erhöht werden. In der Regeneration stellen sich Substratmangelbedingungen ein. Lediglich die Konzentration des schwer abbaubaren Stoffes trägt dort zur Nährstoffversorgung bei. Dadurch wirkt ein starker Se­ lektionsdruck, der die auf die Verwertung dieses Substrates adap­ tierten Organismen bevorzugt.

Über den Rücklaufschlammstrom gelangen zudem ständig auch Mikroorganismen in das Belebtschlammbecken, die in der Lage sind, komplexere Verschmutzungen biochemisch abzubauen. Der dabei entstehende Energiegewinn für die Mikroorganismen ist jedoch gering, so daß die Vermehrungsrate dieser Organismen ebenfalls gering ist. In technischen Anlagen ist daher ein hohes Schlammalter, d. h. wie lange die Mikroorganismen durchschnitt­ lich im System gehalten werden, je nach Abwasserinhaltsstoffen notwendig. Es empfiehlt sich dabei, ein Schlammalter nicht unter zehn Tagen einzustellen, was Dank der vorbeschriebenen Merkma­ le des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbar ist.

Darüberhinaus findet bei ausreichender Verweildauer in der Rege­ neration eine Stabilisierung des belebten Schlammes statt. Das führt zu einer Reduzierung der produzierten Überschußschlam­ menge und somit auch der Entsorgungskosten. Durch die Erweite­ rung der Regeneration einer Eindickungsvorrichtung läßt sich dieser Effekt noch steigern.

Schließlich bewirkt die Trennung der Aufenthaltsdauer von Was­ ser und Schlamm in dem Regenerationsbehälter durch eine ge­ trennte Abzweigung der Komponenten Biomasse und Wasser aus dem Rücklaufmassestrom, daß eine kontrollierte Zugabe von substrathaltigem Abwasser in dem Belebtschlammbehälter erfolgen kann.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentli­ chen aus einem Belebtschlammbecken, einem diesem nachgeschal­ teten Nachklärbecken und einem Rohrleitungssystem, mit dem ein Teil des Belebtschlammes rückgeführt wird und das zur Rückfüh­ rung mit einem bypassartig geschalteten Regnerationsbehälter in Verbindung steht. Das Belebtschlammbecken wird zweckmäßiger­ weise als Kaskadenbecken ausgeführt.

Der Regenerationsbehälter steht eingangsseitig entweder mit dem Schlammausgang des Nachklärbeckens oder mit dem Ausgangs­ bereiches des Belebtschlammbeckens in Verbindung. Ausgangs­ seitig hat der Regenerationsbehälter mit dem Belebtschlammbec­ ken Verbindung.

Die erfindungsgemäße Anlage wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der in den Fig. 1 und 2 zwei Alternativen beispielhaft und in vereinfachter Darstellung gezeigt sind.

Die Anlage umfaßt ein Belebtschlammbecken 1, ein Nachklärbec­ ken 2 und einen Regenerationsbehälter 3, die durch ein Rohrlei­ tungssystem 4 miteinander kommunizieren. Dabei ist das Belebtschlammbecken 1 als Kaskadenbecken mit Kammern 1.1 bis 1.4 ausgebildet und das Rohrleitungssystem 4 so angelegt, daß entsprechend Fig. 1 der Ausgang 5 des Nachklärbeckens 2 mit einer Abzweigung 6 versehen ist, die mit der Haupt-Abwasser­ zuführung 7 in den Eingangsbereich 8 des Belebtschlammbeckens 1 mündet.

Das Rohrleitungssystem 4 umfaßt weiter einen Verteiler 9 mit alternativ oder gemeinsam nutzbaren Einmündungen 10 bis 15 an verschiedenen Stellen des Belebtschlammbeckens 1. Der Regene­ rationsbehälter 3 steht eingangsseitig mit der Abzweigung 6 und ausgangsseitig mit dem Verteiler 9 in Verbindung.

Nach Fig. 2 ist der Regenerationsbehälter 3 eingangsseitig an eine zusätzliche Rückführleitung 16 angeschlossen, die den bodenseiti­ gen Ausgangsbereich des Belebtschlammbeckens 1 mit dessen Eingangsbereich verbindet. Ausgangsseitig ist der Regenerations­ behälter 3 wieder mit dem Verteiler 9 verbunden.

Das über die Haupt-Abwasserzuführung 7 in das Belebtschlamm­ becken 1 eingeleitete Abwasser wird mit dem über die Abzwei­ gung 6 an dem Ausgang 5 des Nachklärbeckens 2 in das Belebt­ schlammbecken 1 rückgeführten Schlamm vermischt und in dem Belebtschlammbecken 1 einem biologischen Abbauprozeß unter­ worfen. Dabei können in dem Kaskadenbecken anoxische und aerobe Stufen in beliebiger Zahl (hier vier) und Reihenfolge durchlaufen werden, in denen der Abbau des chemischen Sauer­ stoff-Bedarfes (CSB), eine Nitrifikation und Denitrifikation statt­ findet. Ein Teil der über die Abzweigung 6 abgeleiteten abgesetz­ ten Biomasse wird nun im Nebenstrom regeneriert, indem dieser Teil über den Regenerationsbehälter 3 in den Verteiler 9 eingelei­ tet wird, der eine Zuführung an einer beliebigen Stelle des Be­ lebtschlammverfahrens ermöglicht (siehe Fig. 1).

Nach Fig. 2 wird der Regenerationsbehälter 3 aus dem Ausgangs­ bereich des Belebtschlammbeckens 1 gespeist und die abgeleitete Schlammfracht in den Verteiler 9 gegeben, der wiederum eine Zuführung an einer beliebigen Stelle des Belebtschlammverfahrens ermöglicht, wobei gleichzeitig eine Schlammrückführung über die Abzweigung 6 in den Eingangsbereich des Belebtschlammbeckens 1 erfolgt. In Versuchen konnte die Eignung des regenerierten Schlammes zur Adsorption der genannten Schadstoffe, wie z. B. Phenole oder bestimmte Fette, nachgewiesen werden. Das Ver­ fahren führt gegenüber dem normalen Belebungsverfahren zudem zu einer Reduzierung der produzierten Überschußschlammenge. Dabei werden adsorptiv Abwasserinhaltstoffe im Belebtschlamm­ becken 1 am Belebtschlamm gebunden.

Die Regeneration des Belebtschlammes findet im Regenerations­ behälter 3 statt. Aufgrund des Substratmangels wird der Belebt­ schlamm hier regeneriert, d. h., die im Belebtschlammbecken 1 adsorbierten Substanzen werden zum Teil biochemisch umgesetzt. Daneben verzehrt sich der Schlamm selbst. Wie bei der aeroben Stabilisation werden Speicherstoffe für den Stoffwechselhaushalt der Mikroorganismen verbraucht. Außerdem fressen sich einige Mikroorganismen gegenseitig. Durch die Wasserzirkulation werden dabei Substrate ausgewaschen, was den Substratmangel im Rege­ nerationsbehälter 3 erhöht und somit die Überschußschlammre­ duktion begünstigt.

Die Biomassenkonzentration im Regenerationsbehälter 3 kann durch bekannte Abscheideeinrichtungen (Trennung von Wasser­ biomasse) erhöht werden. Hierdurch ist der Feststoffgehalt im Zu- und Ablauf des Regenerationsbehälters 3 geringer als die Fest­ stoffkonzentration in diesem. Der Regenerationsbehälter 3 wird hierdurch effektiver genutzt.

Claims (12)

1. Belebtschlammverfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, bei dem die Abwasserinhaltsstoffe zwecks sorptiver Bindung bzw. biochemischer Umsetzung mit suspendierten Mi­ kroorganismen behandelt werden und ein Teilstrom des Belebt­ schlammes rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Regeneration des Belebtschlammes und/oder Reduzierung des Überschußschlammanfalles ein Teil des Rücklaufschlammstromes abgezweigt und belüftet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezweigte Teil des Rücklaufschlammstromes durch Flota­ tion, Sedimentation oder ähnliches Verfahren eingedickt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezweigte Teil des Rücklaufschlammstromes aerob, anoxisch oder anaerob oder in zeitlicher oder räumlicher Kombination dieser Milieubedingungen behandelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des abgezweigten Rück­ laufschlammstromes mindestens zeitweise gerührt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigung aus dem Rücklaufschlamm­ strom diskontinuierlich erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezweigte Teil des Rücklaufschlamm­ stromes bei jedem Verfahrensschritt zugebbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigung aus dem Rücklaufschlamm­ strom in bezug auf die Komponenten Biomasse und Wasser ge­ trennt erfolgt.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Belebtschlammbecken (1), einem diesem nachgeschalteten Nachklärbecken (2) und einem Rohrleitungssystem (4) zur Rückführung eines Teiles des Belebt­ schlammes, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungssystem (4) zur Rückführung mit einem bypassartig geschalteten Regenera­ tionsbehälter (3) in Verbindung steht.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Belebtschlammbecken (1) als Kaskadenbecken ausgeführt ist.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationsbehälter (3) eingangsseitig mit dem Schlammausgang des Nachklärbeckens (2) in Verbindung steht.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Regenerationsbehälter (3) eingangsseitig mit dem Ausgangsbereich des Belebtschlammbeckens (1) in Verbin­ dung steht.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Regenerationsbehälter (3) ausgangsseitig mit dem Belebtschlammbecken (1) in Verbindung steht.