DE19547364A1

DE19547364A1 - Verfahren und Vorrichtung zur erhöhten biologischen Phosphatelimination bei gleichzeitiger biologischer Stickstoffelimination

Info

Publication number: DE19547364A1
Application number: DE1995147364
Authority: DE
Inventors: Angela Dipl Biol Ante; Harald Prof Dr Sc Nat Vos
Original assignee: Individual
Current assignee: Ante Angela Dr 35428 Langgoens De Voss Haral
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-26

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, welches Phosphat und Stickstoff verbindungen enthält, mittels erhöhter biologischer Phosphat elimination, Nitrifikation sowie Denitrifikation, wobei das Abwasser in aufeinanderfolgenden Behandlungsstufen zuerst unter anaeroben (1), dann anoxischen (2) und schließlich aeroben (3) Bedingungen behandelt und in einem Nachklärbecken das gereinigte Abwasser vom Belebtschlamm getrennt wird nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei welchem zur Verbesserung der unter anaeroben Milieubedingungen ablaufenden Phosphatrücklösung und dadurch auch der anschließenden unter aeroben Bedingungen statt findenden Phosphataufnahme eine teilweise Schlammabtrennstufe hinter dem anoxischen Becken eingefügt und der Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken in das anoxische Becken geleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Nutzung der meisten bestehenden Anlagen mit relativ geringem Investitionsaufwand oder gänzlich ohne bauliche Umbaumaßnahmen realisiert werden (A/B-Verfahren) und bewirkt eine Phosphatelimination von etwa 90%.

Während in der biologischen Abwasserreinigung die biologische Stickstoffelimination bereits zum Stand der Technik zählt, bereitet bei der zusätzlichen Implementierung der erhöhten biologischen Phosphatelimination die Einleitung von nennens werten Mengen an Nitrat in das anaerobe Phosphatrücklösebecken erhebliche Probleme, da die Einleitung von Nitrat anoxische Milieubedingungen verursacht. Grundvoraussetzung für das Erreichen einer weitgehenden biologischen Phosphatelimination mit Belebungsverfahren ist die Integration eines unbelüfteten Beckens solcherart, daß der Belebtschlamm einem ständigen zeit weisen Wechsel von aeroben und anaeroben Bedingungen unterworfen wird, so daß in dieser Stufe der Belebtschlamm aufgenommenes Phosphat an das umgebende Milieu abgibt und gleichzeitig Gärungsprodukte speichert. Der Belebtschlamm gibt dabei Phosphat an das Abwasser ab, da der Schlamm aus diesem Vorgang die benötigte Energie gewinnt, um die organischen Gärungsprodukte in die Zelle zu transportieren und zu speichern. Wird der Belebtschlamm anschließend in belüftete Zonen geleitet, so nimmt er nunmehr in verstärktem Maße wieder Phosphat aus dem Abwasser auf, während er sich gleichzeitig mit Hilfe der zuvor anaerob gespeicherten organischen Stoffen vermehrt. Durch die Vermehrung der Biomasse kann mehr Phosphat durch den Schlamm aufgenommen werden, als zuvor unter anaeroben Bedingungen rückgelöst wurde. Das im Belebtschlamm enthaltene Überschußphosphat ist wiederum Voraussetzung für die effektive Phosphatrücklösung unter anaeroben Milieubedingungen. Ohne anaerobe Stimulierung des Belebtschlammes erfolgt eine sehr viel geringere Phosphat aufnahme unter aeroben Bedingungen. Die Differenz zwischen Phosphataufnahme und vorheriger Phosphatrücklösung ist positiv, daß heißt, Phosphat wird dadurch dem Abwasser mit dem Überschuß schlamm entzogen.

Bekannte Verfahren der erhöhten biologischen Phosphat elimination, Nitrifikation und Denitrifikation sind im Heft "Abwasserkorrespondenz" (ATV) Nr. 8, August 1989 aufgeführt. Die bekannten Verfahren, welche die Nitratproblematik des grund legenden Phoredox-Verfahrens, welches unvollständig denitrifiziertes Abwasser in das unter anaeroben Bedingungen betriebene Becken einleitet, lösen, sind in der Regel mit einem erheblichen Investitionsaufwand für zusätzliche Becken und einer schwierigen Handhabung verbunden oder können in der Regel nicht die Einhaltung behördlicher Auflagen bei allen Belastungs situationen gewährleisten. Bei den Verfahrensmodifikationen handelt es sich um das A/O2-Verfahren, das UCT-Verfahren, das Bardenpho-Verfahren, das Phostrip-Verfahren und das EASC- Verfahren.

Die Abwasserreinigung mit gleichzeitiger biologischer Phosphat- und Stickstoffentfernung stellt technisch wie biologisch einen sehr komplexen Prozeß dar, da Mischsubstrate und Mischpopulationen vorliegen, da weiterhin der Belebtschlamm und das behandelte Abwasser wechselnden Milieubedingungen ausgesetzt werden müssen und viele der ablaufenden Prozesse sich gegenseitig stark beeinflussen. Hieraus resultieren komplizierte verfahrenstechnische und biologische Rückkopplungen, da nicht nur die unterschiedlichen Prozeßparameter entscheidende Einfluß faktoren darstellen, sondern auch die Dynamik des Abwasserauf kommen und der mitgeführten Frachten. Ziel einer jeden Verbesserung der Verfahren zur Abwasserreinigung muß es daher sein, in Abhängigkeit aller Einflußgrößen eine insgesamt bestmögliche Ablaufqualität des Abwassers mit geringstmöglichem technischen und energetischen Aufwand zu erzielen.

Bei einem bekannten Verfahren (P 39 07 734.9-44) besteht die Intensivierung der erhöhten biologischen Phosphatelimination darin, daß in einer Belüftungsstufe der Belebtschlamm mit Phosphat aus dem Abwasser angereichert wird, der phosphat angereicherte Belebtschlamm anschließend durch Sedimentation vom phosphatarmen Wasser getrennt und der Schlamm vollständig oder teilweise einer anaeroben Dephosphatisierungsstufe zugeleitet wird. Diese besteht aus einer unbelüfteten Kontaktrücklösestufe, in welche die für die Denitrifikation notwendigen organischen Kohlenstoffverbindungen zusätzlich zugegeben werden, und einer Sedimentationsstufe zur Abtrennung des nunmehr phosphatarmen Schlammes. Der phosphatreiche Überstand wird einer Fällung unterzogen und der Schlamm in das belüftete Becken zurück geführt.

Der technische Erfolg wird bei vorgenanntem Verfahren effektiv durch die Teilstrombehandlung mit Fällmitteln und die Zugabe von niedermolekularen organischen Verbindungen erreicht. Allen bekannten Verfahren zur erhöhten biologischen Phosphat elimination sind die Nachteile eigen, daß sie zu uneffektiv, zu kostenaufwendig und Frachtschwankungen nicht zufriedenstellend ausgleichen können oder - wie im vorgenannten Verfahren - daß sie zur Verbesserung der biologischen Phosphatelimination zusätzliche chemische Hilfsstoffe benötigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart zu gestalten, daß die Eliminationsprozesse bezüglich der Nährstoffe in den technischen Abwasserreinigungsanlagen durch verbesserte Verwertung der dem Belebtschlamm zur Verfügung stehenden organischen Verbindungen im Zulauf optimiert werden. Dabei sollen keine zusätzlichen Hilfsstoffe eingesetzt, die notwendigen zusätzlichen Investitionen gering, die bestehende Beckenaufteilung und das erforderliche Beckengesamtvolumen nach Möglichkeit beibehalten werden.

Diese Aufgabe wurde mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Gestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird vom Phoredox- Verfahren oder dem A/B-Verfahren ausgegangen. Durch die erfindungsgemäße Einführung einer teilweisen Belebtschlamm abtrennung wird ein Teil des aus dem anoxischen Becken stammenden Abwasser/Belebtschlamm Gemisches aufgetrennt und der abgetrennte und eingedickte Schlamm in das Anaerobbecken zurück leitet. Der Schlamm aus dem Nachklärbecken wird vorzugsweise in das anoxische Becken geleitet. Hierdurch ist die Einleitung von Nitrat mit dem Rücklaufschlamm in das unter anaerobe Bedingungen betriebene Becken weitgehend ausgeschlossen. Durch diese Verbesserung der anaeroben Milieubedingungen werden die mit dem Rohwasser zugeleiteten organischen Inhaltsstoffe bestmöglich vergoren und infolgedessen wird die Phosphatrücklösung deutlich intensiviert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein nur geringer Teil, zwischen 7-20%, des Ablaufs vom anoxisch betriebenen Becken (2) der Trennstufe (A) zugeleitet, oder etwa die Hälfte der Tageszulaufmenge (1) Q. Hierdurch ist der in der teilweisen Trennstufe eingedickte Schlamm in hohem Maße mit Phosphat angereichert und daher befähigt, außerordentlich hohe Mengen an Phosphat rückzulösen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schlamm aus dem Nachklärbecken (B), welchem Schlamm aus dem aeroben Anlagenteil (3) zugeleitet wird, in das anoxische Becken (2) mit möglichst hohem Schlammrückführvolumen (5) eingespeist wird und die zusätzliche Trennstufe (A) hinter dem anoxischen Becken (2) liegt, in welchem der Belebtschlamm wenig bis kein Phosphat rücklöst.

Zur Realisierung der Abtrennstufe (A) kann jede geeignete Technik gewählt werden und nach üblichen Auslegungsrichtlinien dimensioniert werden, wie z. B. Zwischenklärbecken, Zentrifuge o. ä.

Es wurde festgestellt, daß ein hohes Rückführvolumen (III) von 3-5 Q zum Erreichen geringer Nitratablaufwerte vorteilhaft ist. Hierdurch wird das gesamte Nitratkonzentrationsniveau in der Anlage und damit im Ablauf (VII) aber desgleichen auch im Schlammrücklauf von der Zwischentrennstufe (VI) gesenkt.

Des weiteren stellte sich heraus, daß die erfindungsgemäße Teilung des Rohabwassers (I) und die Einleitung von etwa 10 bis 30% des Zuflusses als Zwischeneinspeisung (II) in das unter anoxischen Bedingungen betriebene Becken (2) günstig ist. Experimentellen Untersuchungen zufolge führt dies durch höheres Substratangebot zu einer effektiveren Denitrifikation. Hierdurch wird den Ermittlungen zufolge die mit dem Rücklaufschlamm (VI) in das unter anaeroben Bedingungen betriebene Becken (1) eingeleitete Nitratmenge vermindert und führt zu einer weiteren Verbesserung der Phosphatrücklösung. Dennoch können die Nähr stoffe mit hoher Effektivität eliminiert werden, da Phosphat erst in dem unter aeroben Bedingungen betriebenen Becken aufgenommen wird und Ammonium ebenfalls erst hier nitrifiziert wird.

Das unter anaeroben Bedingungen betriebene Becken sollte (1) 25-30% des Anlagengesamtvolumens betragen. Dieses Volumen ist den Untersuchungen zufolge deshalb notwendig, da die Schlamm konzentration in dem Becken, in welchem anaerobe Bedingungen herrschen, relativ gering ist aufgrund des geringen zwischen geklärten Volumenstromes. Bei geringer Menge an leicht verstoff wechselbaren Abwasserinhaltsstoffen sollte das größere Volumen und bei guter Substratversorgung kann das kleinere Volumen gewählt werden.

Die Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispieles erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 das Verfahrensschema gemäß der Erfindung zur Verbesserung der erhöhten biologischen Phosphatelimination.

Beispiel

Bei einer Anlage nach dem Phoredox-Verfahren mit einer hydraulischen Verweilzeit des Abwassers von 9 h in der biologischen Stufe, bei welcher die Beckenaufteilung anaerob : anoxisch : aerob dem Verhältnis 0,21 : 0,2 : 0,59 entsprach, wurden bei einer Gesamtphosphatbelastung von 12,1 mg P/l 72% von der Gesamtstickstoffbelastung von 31 mg N/l 87% und von der Gesamt-CSB-Belastung von 390 mg CSB/l 89% mittels biologischer Reinigung entfernt.

Das vorgeschlagene optimierte Verfahren erlaubte es bei gleichem Beckengesamtvolumen und gleichen Zulaufbelastungen wie bei dem vorgenannten Beispiel mit den Beckenvolumina für die anaerobe, anoxische bzw. aerobe Stufe von 0,27 : 0,28 : 0,45 des gesamten Volumens, die Ablaufkonzentration an Phosphat unter 0,5 mg PO₄-P/l, an Ammonium unter 0,3 mg NH₄-N/l und an Nitrat unter 1,3 mg NO₃-N/l zu senken. Dies entspricht einer Eliminationsleistung in bezug auf Phosphat von etwa 96% und in bezug auf Gesamtstickstoff von 95% bei einer CSB-Restbelastung von 25 mg CSB/l im Ablauf.

Bezugszeichenliste

Becken:
1 Unter anaeroben Bedingungen betriebenes Becken
2 Unter anoxischen Bedingungen betriebenes Becken
4 Unter aeroben Bedingungen betriebenes Becken
Trennstufen:
A Zwischentrennstufe
B Nachklärbecken
Volumenströme:
I Rohabwasser
II Zwischeneinspeisung eines Teils des Rohabwassers
III Rücklauf vom aeroben (3) zum anoxischen Becken (2) für die vorgeschaltete Denitrifikation
IV ungeklärter Zulauf zum unter aeroben Bedingungen betriebenem Becken (3) aus dem unter anoxischen Bedingungen betriebenem Becken (2)
V Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken (B)
VI Rücklaufschlamm aus der Abtrennstufe (A)
VII Ablauf
VIII Überschußschlamm

Claims

1. Verfahren zur Abwasserreinigung mit gleichzeitiger biologischer Stickstoff- und Phosphatelimination, bei dem das Abwasser zunächst unter anaeroben (1), dann anoxischen (2) und anschließend aeroben Bedingungen (3) mit Belebtschlamm behandelt wird und danach in ein Nachklärbecken (B) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem unter anoxischen Bedingungen betriebenem Becken (2) eine teilweise Belebt schlammabtrennung (A) stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte und eingedickte Schlamm (VI) der Abtrennvorrichtung A) zusammen mit dem Rohabwasser (I) oder eines Teils desselben in das unter anaeroben Bedingungen betriebene Becken (1) zurück geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht zwischengeklärte Teil des Ablaufs (IV) von dem unter anoxischen Bedingungen betriebenem Becken (2) ungeklärt in das belüftete Becken (3) weitergeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufschlamm (V) aus dem Nachklärbecken (B) in das unter anoxischen Bedingungen betriebene Becken (2) zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Rohabwassers (II) zusammen mit dem Rücklauf schlamm aus dem Nachklärbecken (V) direkt in das unter anoxischen Bedingungen betriebene Becken (2) geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das unter anaeroben Bedingungen betriebene Becken vorzugs weise (1) voll durchmischt wird, während das unter anoxischen Bedingungen betriebene Becken (2) und/oder das belüftete Becken (3) als eine Beckenkaskade ausgeführt wird.