DE19631796A1

DE19631796A1 - Biological purification for treating sewage

Info

Publication number: DE19631796A1
Application number: DE1996131796
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Dr Spies
Original assignee: Otto Oeko Tech
Current assignee: Otto Oeko Tech
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-26

Abstract

Purifying effluent using biological methods and optionally physical and/or chemical process involves \- 2 biological cleaning steps including: (a) degrading carbon under aerobic conditions to give a CSB value of 60-80 (preferably 70-75) % CSB and 70-90 (preferably 75-85) % BSB5 and (b) nitrification to reduce the ammonium nitrogen content in the effluent at the end of the process to < 10 mg/l. Also claimed is a purification apparatus comprising a reactor (1) containing a vertical feed pipe (7) positioned concentrically relative to the reactor mantle. Contaminated effluent is supplied through a nozzle (3) extending into the top end of the pipe. A second reactor contains carrier materials for immobilising microorganisms, preferably packing material with a specific surface area of 150-230 m<2>/m<3>. Preferably, the dwell time for step (a) is 0.25-0.5 (preferably 0.33) hours and for step (b) it is 1.2-3 (preferably 2) hours. Bacteria concentration in step (b) is 7-20 kg/cm<3>. The specific bacteria growth rate in steps (a) and (b) is 60-90 % of the total growth rate. Effluent from step (a) has a BSB5 concentration of 30-100 (preferably 60) mg/l and the ammonium nitrogen content of the effluent for step (b) is 2-20 (< 10) mg/l. Effluent supplied to step (a) has a CSB/BSB5 ratio of 1.5-3 (2). The BSB5/N ratio of effluent supplied to step (b) is 0.5-2.5 (1). A loop reactor is used for step (a) and a solid or fluidised bed reactor is used for step (b).

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser, vorzugsweise kommunales Abwasser, mittels biologischer sowie ggfs. physikalischer und/oder chemischer Methoden enthaltend wenigstens zwei biologische Reinigungsstufen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The present invention relates to a method for cleaning Wastewater, preferably municipal wastewater, using biological as well possibly physical and / or chemical methods containing at least two biological purification stages and a device for performing this Procedure.

Für die Entfernung von Schadstoffen aus Abwässern ist eine Vielzahl von biologischen Verfahren bekannt, die in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben sind (vgl. z. B. Rehm H. J. Industrielle Mikrobiologie, 2. Aufl., Berlin-Heidelberg-New York 1981; Präve B.: Handbuch der Biotechnologie, Wiesbaden 1982; Einsele A.: Mikrobiologische und biochemische Verfahrenstechnik, Weinheim 1985; Fritsche W. Umwelt-Mikrobiologie, Berlin 1985). Vielfach werden solche Verfahren in flachen Belebungsbecken und in davon getrennten Sedimentationsbecken durchgeführt. Die Nachteile solcher Verfahren liegen insbesondere in der Geruchsbelästigung, der Lärmbelästigung, dem großen Platzbedarf sowie den hohen Investitions- und Betriebskosten.For the removal of pollutants from wastewater, a large number of biological methods known in detail in the relevant literature (see e.g. Rehm H. J. Industrial Microbiology, 2nd ed., Berlin-Heidelberg-New York 1981; Preve B .: Handbook of Biotechnology, Wiesbaden 1982; Einsele A .: Microbiological and biochemical Process engineering, Weinheim 1985; Fritsche W. Environmental Microbiology, Berlin 1985). Such processes are often used in shallow aeration tanks and carried out in separate sedimentation basins. The disadvantages Such methods are particularly in the odor, the Noise pollution, the large space requirement as well as the high investment and Operating cost.

Weiterhin ist bekannt, Abwasser in hohen zylindrischen Türmen oder Blasensäulen zu reinigen. Der Sauerstoffeintrag in solche Systeme ist jedoch begrenzt oder erfordert einen hohen Energieeintrag. Je nach Abwasserart ist der Raumbedarf für diese Anlagen verhältnismäßig groß. Die Hochbauweise erfordert große Investitions- und Betriebskosten.It is also known to have wastewater in high cylindrical towers or Clean bubble columns. However, the oxygenation in such systems is limited or requires a high energy input. Depending on the type of wastewater Space requirements for these systems are relatively large. The building construction requires large investment and operating costs.

In der DE-A 31 08 629 wird eine Abwasseraufbereitungsanlage beschrieben, bei der in einem vertikalen zylindrischen Außenrohr mit einem inneren Strömungsleitrohr das Abwasser mittels einer Pumpe umgewälzt wird. Dabei wird das abgepumpte Abwasser dem inneren Strömungsleitrohr, welches das Flüssigkeitsniveau der Aufwärtsstromkammer überragt, von oben zugeführt. Außerdem wird über ein Gebläse in das Strömungsleitrohr sauerstoffhaltiges Gas eingespeist. Um die Lösungsfähigkeit des Abwassers für Sauerstoff zu erhöhen, sollen die beiden, die Umwälzkammern bildenden Außen- und Innenrohre bis zu einer Tiefe von 100 m führen. Hieraus ist ersichtlich, welche Dimensionen eine solche Anlage aufweist.DE-A 31 08 629 describes a wastewater treatment plant at the one in a vertical cylindrical outer tube with an inner one Flow guide pipe the wastewater is circulated by means of a pump. Here the pumped waste water is the inner flow guide tube, which the Liquid level of the upward flow chamber dominates, supplied from above. In addition, oxygen-containing gas is introduced into the flow guide tube via a fan fed. In order to increase the solubility of the wastewater for oxygen, the two outer and inner tubes forming the circulation chambers should be up to a depth of 100 m. From this it can be seen which dimensions one has such system.

Die EP-A-0003547 betrifft einen geschlossenen Reaktor zur biologischen Abwasserreinigung, der ein inneres Strömungsrohr aufweist, in das mittels einer Düse Abwasser und Luft eingebracht werden.EP-A-0003547 relates to a closed reactor for biological Wastewater treatment, which has an inner flow pipe into which by means of a Nozzle waste water and air are introduced.

Aus der FR-A-2326384 ist ferner bekannt, mittels einer Triebstrahldüse Abwasser zu belüften und in ein offenes Becken einzutragen. In der DE-A- 15 57 018 wird ebenfalls geschildert, Triebstrahldüsen in Reaktoren zum Vermischen von Gasen und Flüssigkeiten zu verwenden.From FR-A-2326384 it is also known, by means of a drive jet nozzle Ventilate waste water and enter it in an open basin. In DE-A- 15 57 018 is also described, drive jet nozzles in reactors for Mixing gases and liquids to use.

In der EP-A-0130499 ist ein Gerät zur biologischen Abwasserreinigung dargestellt. Es handelt sich hierbei um ein geschlossenes Reaktorgefäß, welches vertikal und konzentrisch zu seinem äußeren Mantel angeordnet ein inneres Strömungsleitrohr enthält. Dem Strömungsleitrohr wird das Abwasser und ein sauerstoffhaltiges Gas über eine Zweistoffdüse zugeführt. Sofern es sich um besonders hoch belastete Abwasser handelt und die Reinigung demzufolge nicht ausreichend ist, wird das Abwasser noch einem zweiten Reaktor zugeführt und dort in einer zweiten Stufe behandelt. Bei einer solchen Doppelanlage kann außerdem das sich oben im Reaktorgehäuse ansammelnde Gas wieder dem Abwasser zugemischt werden.EP-A-0130499 describes a device for biological wastewater treatment shown. It is a closed reactor vessel, which an inner one arranged vertically and concentrically to its outer coat Contains flow guide tube. The wastewater and the flow guide pipe oxygen-containing gas supplied via a two-component nozzle. Unless it is wastewater is particularly contaminated and therefore cleaning is not is sufficient, the wastewater is fed to a second reactor and treated there in a second stage. With such a double system can also the gas collecting in the top of the reactor housing Wastewater can be added.

Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist in der EP-0306053 beschrieben. A further development of this method is described in EP-0306053.

Aus der US-Patentschrift 4 411 780 ist schließlich eine Anlage bekannt, bei welcher eine Zufuhrleitung für das Abwasser mittig in einem rohrförmigen Reaktor angeordnet ist. Die Öffnung der Zufuhrleitung befindet sich unmittelbar über dem Boden des stehenden Reaktorteils. Zwischen dem Rohr und der Reaktorinnenwand entsteht somit ein Ringraum, in welchem das zugeführte Abwasser aufsteigen kann. In diesem Ringraum steigt das Abwasser auf und wird mit Hilfe der dort vorhandenen Einbauten gereinigt.Finally, an installation is known from US Pat. No. 4,411,780 which is a supply pipe for the wastewater centered in a tubular Reactor is arranged. The opening of the supply line is immediately above the bottom of the standing part of the reactor. Between the pipe and the The inner wall of the reactor thus creates an annular space in which the feed Sewage can rise. The wastewater rises in this annulus and is cleaned with the help of the internals available there.

Die europäische Patentanmeldung 0 010 571 betrifft eine spezielle Kombination eines Schlaufen- und eines Rohrreaktors. Für den Teil des Reaktors, welcher die Schlaufe enthält, werden verschiedene Konstruktionsbeispiele vorgestellt. In einigen Fällen wird ein beiderseits offenes Leitrohr vorgeschlagen, in welchem ein beiderseits offenes Einsteckrohr angeordnet ist. Eine spezielle Anordnung, etwa in der Weise, daß das Leitrohr oben und unten über das Ende des Einsteckrohrs hinausragen muß, wird jedoch nicht vorgestellt. In den entsprechenden Beispielen ist die Düse sowohl unterhalb des Einsteck- als auch unterhalb des Leitrohrs angeordnet. Unterhalb des Einsteck- und Leitrohrs befinden sich auch keine Einbauten, mittels derer die Strömungsrichtung verändert werden soll. Ebenso fehlt in den Reaktoren ein Sedimentationsbecken.European patent application 0 010 571 relates to a special combination a loop and a tube reactor. For the part of the reactor which the Contains loop, various construction examples are presented. In In some cases, a guide tube open on both sides is proposed, in which an insertion tube open on both sides is arranged. A special arrangement approximately in such a way that the guide tube above and below the end of the Insert tube must protrude, but is not presented. In the corresponding examples, the nozzle is both below the insertion and arranged below the guide tube. Below the insertion and guide tube there are also no internals by means of which the flow direction should be changed. A sedimentation basin is also missing in the reactors.

Die Verwendung der genannten Schlaufenreaktoren hat zwar erhebliche Vorteile. Aber zur Aufrechterhaltung der Schlaufenströmung bedarf es eines großen Leistungseintrags, so daß der spezifische Energiebedarf solcher Verfahren relativ hoch ist. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahren ist, daß ein Teil der mit dem gereinigten Wasser aus dem Belebungsraum mitgeführten Biomasse in den Belebungsraum zurückgeführt werden muß, um ein Auswaschen der Biomasse aus dem Belebungsraum zu vermeiden. Daher sind Einrichtungen zur Abtrennung der Biomasse von dem gereinigten Abwasser erforderlich.The use of the loop reactors mentioned has considerable Advantages. But one thing is required to maintain the loop flow large power input, so the specific energy requirement such Procedure is relatively high. Another disadvantage of this method is that a Part of the carried along with the purified water from the aeration room Biomass must be returned to the aeration room in order to Avoid washing out the biomass from the aeration room. Therefore are Devices for separating the biomass from the cleaned wastewater required.

Nachteilig bei den bisherigen Anlagen ist ferner, daß das rektionskinetische Potential der beteiligten Mikroorganismen nicht optimal genutzt wird. Auch gibt es nicht kleine Kompaktanlagen, in denen eine ausreichend hohe Konzentration der erforderlichen Mikroorganismen dergestalt gewährleistet ist, daß die Abwasserbehandlung im kleinsten Reaktorvoluminen möglich ist.Another disadvantage of the previous systems is that the reaction kinetic Potential of the microorganisms involved is not optimally used. Also there it is not small compact systems in which a sufficiently high concentration the necessary microorganisms is ensured in such a way that the Wastewater treatment in the smallest reactor volumes is possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren zur Reinigung von Abwasser mit Kohlenstoff- und Stickstoffbelastung mittels biologischer sowie ggfs. physikalischer und/oder chemischer Methoden enthaltend wenigstens zwei biologische Reinigungsstufen zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere, das rektionskinetische Potential der beteiligten Mikroorganismen weitestgehend auszunutzen, eine möglichst hohe Konzentration der entsprechenden Mikroorganismen zu erreichen, die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen zu gewährleisten, hierbei besonders den hierfür notwendigen Energieeintrag zu berücksichtigen. Schließlich war es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine signifikante Steigerung der Eliminationsleistung zu erreichen und zugleich deutlich niedrigere Verweilzeiten als bei den bisher am Markt befindlichen Anlagen zu erreichen.The object of the present invention is now to provide a method for Purification of waste water with carbon and nitrogen pollution by means of biological and possibly physical and / or chemical methods containing at least two biological purification stages available with which the described disadvantages of the prior art let overcome. The aim of the method according to the invention is in particular the reaction kinetic potential of the microorganisms involved as far as possible take advantage of the highest possible concentration of the corresponding To achieve microorganisms, the oxygen supply to the microorganisms to ensure, in particular, the energy input required for this consider. Finally, it was an object of the present invention to provide a to achieve significant increases in elimination performance and at the same time significantly shorter dwell times than those previously available on the market To reach plants.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß a) unter aeroben Bedingungen ein Abbau des Kohlenstoffs mit einer Reinigungsleistung von 60 bis 80% CSB, vorzugsweise 70 bis 75% CSB und von 70 bis 90% BSB₅, vorzugsweise 75 bis 85% BSB₅ erfolgt und b) danach ein Nitrifikation und wahlweise zusätzlich eine Denitrifikation bis zu den geforderten Ablaufwerten von z. B. 10 mg/l NH₄-N bzw. 18 mg/l Gesamt-Stickstoff erfolgt.This object is achieved in that a) under aerobic conditions Degradation of carbon with a cleaning performance of 60 to 80% COD, preferably 70 to 75% COD and from 70 to 90% BOD₅, preferably 75 to 85% BOD₅ occurs and b) then a nitrification and optionally an additional one Denitrification up to the required expiry values of e.g. B. 10 mg / l NH₄-N or 18 mg / l total nitrogen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einer Vorrichtung zur Reinigung von Abwasser mittels biologischer sowie ggf. physikalischer und/oder chemischer Methoden umfassend wenigstens zwei biologische Reinigungsstufen durchgeführt.The method according to the invention is preferably carried out in a device for Wastewater treatment using biological and possibly physical and / or chemical methods comprising at least two biological Cleaning stages carried out.

Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie a) ein Reaktorgefäß, in welchem vertikal und konzentrisch mit Abstand zu seinem äußeren Mantel ein Leitrohr angeordnet ist, in das zwecks Zuleitung des zu reinigenden Abwassers eine Düse vom oberen Ende her hineinragt, und b) einen Reaktorgefaß, in welchem Trägerstoffe zur Immobilisierung von Mikroorganismen angeordnet sind, vorzugsweise Packungsmaterial mit einer spezifischen Oberfläche von 100- 250 m²/m³, enthält.This device is characterized in that it a) a reactor vessel, in which is vertical and concentric at a distance from its outer jacket Guide tube is arranged in the purpose of supplying the wastewater to be cleaned a nozzle protrudes from the upper end, and b) a reactor vessel, in which carriers are arranged for the immobilization of microorganisms packaging material with a specific surface area of 100- 250 m² / m³.

Bei dem in Stufe a eingesetzten Reaktorgefäß handelt es sich vorzugsweise um einen Schlaufenreaktor mit Treibstrahldüse am Kopf des Reaktors. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zusätzliche Begasung über ein Air-Lift- System (z. B. Ringdüse) am Boden des Reaktors angeordnet. Derartige Reaktoren können in großen Volumina eingesetzt werden. Diese können bis zu 2 × 1100 m³ betragen und ein Abwasservolumen von ca. 22500 m³/d mit einer CSB-Konzentration von 4000 mg/l behandeln. Die Reinigungsleistung beträgt in diesen Fällen ca. 80 bis 85% CSB.The reactor vessel used in stage a is preferably a loop reactor with a jet nozzle at the top of the reactor. In a preferred embodiment is an additional fumigation via an air lift System (e.g. ring nozzle) arranged at the bottom of the reactor. Such Reactors can be used in large volumes. These can be up to 2 × 1100 m³ and a wastewater volume of approx. 22500 m³ / d with a Treat COD concentration of 4000 mg / l. The cleaning performance is in in these cases approx. 80 to 85% COD.

Durch die optimale Wahl der Düsengeometrie in Abstimmung mit dem notwendigen Energieeintrag, der benötigten Luftmenge, sowie durch den Air- Lift-Betrieb läßt sich der Energieeintrag in den Schlaufenreaktor minimieren und der Sauerstoffertrag maximieren. Through the optimal choice of nozzle geometry in coordination with the necessary energy input, the required amount of air, as well as by the air Lift operation can minimize the energy input into the loop reactor and maximize the oxygen yield.

Untersuchungen an einem solchen System in einem 25 m³ Reaktor, der Abwässer aus der Lebensmittelindustrie behandelte, zeigten unter Betriebsbedingungen Sauerstofferträge von bis zu 3,55 kg O₂/kWh. Diese Messungen erfolgten stationär unter Bilanzierung der Sauerstoffmassenströme in Zu- und Abluft des Reaktors.Studies on such a system in a 25 m³ reactor which Treated wastewater from the food industry showed below Operating conditions Oxygen yields of up to 3.55 kg O₂ / kWh. This Measurements were made stationary, taking into account the oxygen mass flows in Supply and exhaust air from the reactor.

Der Einsatz des beschriebenen Reaktorgefäßes zur Behandlung von kommunalem Abwasser wurde bereits in Pilotuntersuchungen getestet. Bei Verweilzeiten von 10 bis 15 Min. wurde eine BSB₅-Elimination von 70-90% erzielt. Der Schlammvolumenindex lag bei 80-100 ml/g. Der anfallende Schlamm zeigte in aller Regel sehr gute Absetzeigenschaften.The use of the described reactor vessel for the treatment of municipal wastewater has already been tested in pilot studies. At Residence times of 10 to 15 minutes, a BOD₅ elimination of 70-90% achieved. The sludge volume index was 80-100 ml / g. The accruing Sludge generally showed very good settling properties.

Die Elimination von 80% des BSB₅ in der ersten Behandlungsstufe hat Vorteile für die nachgeschaltete Stufe, die vorzugsweise in einem Festbett- oder Fließreaktor durchgeführt wird. Durch die Änderung des C/N-Verhältnisses im Zulauf zur Festbettbiologie wird in der zweiten Stufe ein höheres Schlammalter und eine höhere Konzentration an Nitrifikanten erzielt. Hierdurch kann auch bei höheren Raumbelastungen eine weitgehende Nitrifikation erreicht werden.The elimination of 80% of BOD₅ in the first treatment stage has advantages for the downstream stage, which is preferably in a fixed bed or Flow reactor is carried out. By changing the C / N ratio in In the second stage, an increase in fixed bed biology becomes a higher sludge age and achieved a higher concentration of nitrificants. This can also extensive nitrification can be achieved.

Es entsteht aufgrund der geringeren BSB₅-Belastung weniger Überschußschlamm. Der Biofilm im Falle des Einsatzes eines Festbettreaktors ist sehr aktiv. Die Verstopfungsgefahr wird überraschenderweise signifikant herabgesetzt, so daß mit sehr hohen Packungsdichten gearbeitet werden kann.There is less due to the lower BOD₅ load Excess sludge. The biofilm in the case of using a fixed bed reactor is very active. The risk of constipation is surprisingly significant reduced so that very high packing densities can be used.

Der Einsatz der Packungsmaterialien der voll gefüllten Festbettreaktoren erhöht zugleich die Sauerstoffausnutzung. Damit können gegenüber Belebtschlammverfahren höhere Sauerstofferträge erzielt werden. The use of the packing materials of the fully filled fixed bed reactors increased at the same time oxygen utilization. So that can face Activated sludge processes can achieve higher oxygen yields.

Bisherige Untersuchungen in Pilotanlagen mit Festbettreaktoren ergaben, daß bei Verweilzeiten von 1,5 h Ablaufwerte von weniger als 10 mg/l NH₄N eingehalten werden konnten.Previous investigations in pilot plants with fixed bed reactors have shown that with retention times of 1.5 h drain values of less than 10 mg / l NH₄N could be met.

Erfindungsgemäß sollte für die Nitrifikation die Verweilzeit bei einem Packungsmaterial mit einer spezifischen Oberfläche von 150-250 m²/m³, vorzugsweise 230 m²/m³, bei ca. 1-3 Std., vorzugsweise 1,5-2 h liegen. In Untersuchungen im Pilotmaßstab wurden bei unterschiedlicher Abwässern maximale Nitrifikationsleistungen von 1 bis 2 kg NH₄N/m³d gemessen.According to the invention, the residence time for a nitrification Packing material with a specific surface of 150-250 m² / m³, preferably 230 m² / m³, about 1-3 hours, preferably 1.5-2 hours. In Pilot-scale studies were carried out on different wastewater maximum nitrification capacities of 1 to 2 kg NH₄N / m³d measured.

Erfindungsgemäß kann neben den beiden beschriebenen biologischen Reinigungsstufen die Anlage durch weitere biologische, chemische oder physikalische Stufen ergänzt werden. Beispielsweise kann zwischen der ersten und der zweiten Stufe ein Absetzbecken angeordnet werden. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um konisch ausgebildete Becken mit einem Ablaufrohr im unteren Teil.According to the invention, in addition to the two described biological Purification stages the plant by further biological, chemical or physical levels are added. For example, between the first and the second stage, a sedimentation basin. This is what it is about preferably conical basin with a drain pipe in lower part.

Der sich nach der zweiten Stufe bildende Überschußschlamm muß vom Abwasserstrom getrennt werden. Die Überschußschlammenge ist deutlich niedriger als in der ersten Stufe.The excess sludge which forms after the second stage must be dated Waste water flow to be separated. The excess sludge amount is clear lower than in the first stage.

Da primär der Effekt der Abscheidung und nicht die Eindickung im Vordergrund für die Wahl der Nachklärung steht, bietet sich der Einsatz von Lamellenabscheidern an.Because primarily the effect of the deposition and not the thickening in the The foreground for the choice of secondary clarification is the use of Lamella separators.

Durch eventuelle Zugabe von Eisensalzen läßt sich die Oberflächenbelastung erhöhen und eine weitgehende Phosphatelimination erzielen. The surface load can be reduced by adding iron salts increase and achieve extensive phosphate elimination.

Das erfindungsgemäße System zeigt bei gut abbaubaren Abwässern eine sehr hohe Stabilität gegenüber Konzentrationsschwankungen im Zulauf. Die Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage hinsichtlich der Nitrifikation kann aufgrund der gewählten Festbettechnik für die zweite Stufe auch bei schwankenden Zulaufkonzentrationen hoch sein. Die Bemessung der Sedimentationseinrichtungen wird jedoch durch die Hydraulik bestimmt. Die Vorschaltung eines Mengenausgleichs führt daher bei kleinen Ausbaugrößen zu einem vollständigen Volumenausgleich.The system according to the invention shows a very good degradable waste water high stability against fluctuations in concentration in the inlet. The Efficiency of the entire plant with regard to nitrification can be due to the selected fixed bed technology for the second stage even with fluctuating Inlet concentrations should be high. The dimensioning of the However, sedimentation equipment is determined by the hydraulics. The Upstream of a quantity equalization therefore leads to small sizes a full volume balance.

Bei dem Reinigungsprozeß wird in der ersten Stufe der Sauerstoff direkt aus der Umgebungsluft entnommen und gelangt über eine Zweistoffdüse in den Reaktionsraum. Diese Düse ist derart ausgelegt, daß durch den Düsenaustrittsquerschnitt mittig mit Abstand ein Einsteckrohr geführt ist, das bis in den Unterdruckbereich der Treibstrahldüse reicht und das mit einem sauerstoffhaltiges Gas enthaltenden Raum in Verbindung steht. In einer erfindungsgemäß besonders bevorzugten Ausführungsform ist in das Einsteckrohr mittig mit Abstand ein weiteres Einsteckrohr geführt, das mit einem Wasser enthaltenden Raum in Verbindung steht.In the cleaning process, the oxygen is directly extracted from the first stage Ambient air removed and enters the through a two-substance nozzle Reaction space. This nozzle is designed so that by the Nozzle outlet cross-section is guided in the middle by a plug-in tube that extends up to in the vacuum area of the jet nozzle and that with a room containing oxygen-containing gas. In a Particularly preferred embodiment according to the invention is in the Insert tube in the middle with a further insert tube guided with communicates with a room containing water.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Düse entsteht eine hochturbulente Scherzone, in der die angesaugte Luft zu feinsten Blasen dispergiert und die im Abwasser suspendierten Bakterienflocken zerteilt. Auf diese Weise werden große Kontaktflächen zwischen der Gas- und Flüssigkeitsphase geschaffen und der Sauerstoff- und Substratübergang entscheidend verbessert.The use of the nozzle according to the invention results in a highly turbulent one Shear zone in which the sucked-in air disperses into the finest bubbles and that in the Bacteria flakes suspended in wastewater are broken up. That way created large contact areas between the gas and liquid phases and the oxygen and substrate transition is significantly improved.

Erfindungsgemäß wird eine weitere Optimierung der Stufe 1 dadurch erreicht, daß in dem Leitrohr vertikal und konzentrisch ein weiteres Leitrohr angeordnet ist, in das zwecks Zuleitung des zu reinigenden Abwassers die beschriebene Düse vom oberen Ende her hineinragt. According to the invention, a further optimization of stage 1 is achieved by that a further guide tube is arranged vertically and concentrically in the guide tube is, in the purpose of supplying the waste water to be cleaned, the described Nozzle protrudes from the top.

Der Eintrag von Abwasser und sauerstoffhaltigem Gas in das unter dem Flüssigkeitsniveau angeordnete mittige Strömungsleitrohr mittels einer Treibstrahldüse, durch deren Düsenaustrittsquerschnitt ein mit Sauerstoff versorgtes Einsteckrohr geführt ist, bewirkt eine Vermischung von Bakterienmasse und Sauerstoff in einem nicht für möglich gehaltenen Ausmaß. Bekanntlich hängt der Abbau organischer Schadstoffe durch Bakterien bei vorgegebener Masse an Bakterien entscheidend von der Größe der vorhandenen Bakterienagglomerate und der Gasblasen ab; denn der Übergang für den Sauerstoff aus den feinverteilten Luftbläschen an die Bakterien ist umso besser, je feiner die Bakterien und das Gas in der Flüssigkeit verteilt sind bzw. je größer die zur Verfügung stehende Oberfläche der Bakterienagglomerate und der Gasblasen ist. Mit dem Reaktor gemäß der Erfindung wird ein bis zu 70 × schnellerer Abbau gegenüber üblichen Belebungsbecken erreicht, so daß man mit einem entsprechend kleineren Volumen- und Flächenbedarf auskommt. Außerdem wird eine geschlossene Bauweise ermöglicht, wodurch Geruchsbelästigungen vermieden werden.The entry of wastewater and oxygen-containing gas in the under the Central flow guide tube arranged by means of a liquid level Driving jet nozzle, through the nozzle outlet cross-section with an oxygen supplied inserted pipe is caused to mix Bacterial mass and oxygen to an extent not considered possible. As is well known, the breakdown of organic pollutants by bacteria depends The given mass of bacteria is decisive for the size of the existing one Bacterial agglomerates and the gas bubbles; because the transition for the Oxygen from the finely divided air bubbles to the bacteria is all the better the finer the bacteria and the gas are or are distributed in the liquid larger the available surface of the bacterial agglomerates and the gas bubbles is. With the reactor according to the invention is up to 70 × faster degradation compared to conventional aeration tanks, so that one with a correspondingly smaller volume and space requirement. In addition, a closed design is made possible Odor nuisance can be avoided.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben.In the following, the invention will be described with reference to the figures described.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Anlage in der Gesamtansicht. Fig. 1 shows the system according to the invention in the overall view.

Fig. 2 gibt ein Beispiel eines in der Stufe 1 einsetzbaren Reaktors wieder. Fig. 2 shows an example of a usable in the step 1 reactor again.

Fig. 3 bildet den Reaktor gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht mit 4 Schlaufen ab. FIG. 3 shows the reactor according to FIG. 2 in a perspective view with 4 loops.

Fig. 4 betrifft einen Reaktor mit zwei Leitrohren für die Stufen a und b mit integriertem Festbett. Fig. 4 relates to a reactor with two guide tubes for stages a and b with an integrated fixed bed.

Fig. 5 zeigt den Reaktor für Stufe 1 mit einem nachgeschalteten Schlammabsetzbecken. Fig. 5 shows the reactor for stage 1 with a downstream sludge settling tank.

Fig. 6 stellt zwei in Reihe geschaltete Schlaufenreaktoren für die Stufe 1 dar. Fig. 6 shows two series-connected loop reactors is for the Stage 1.

Fig. 7 bildet einen Reaktor mit mehreren Schlaufen im Schnitt ab. Fig. 7 shows a reactor with several loops in section.

Fig. 8 betrifft den Reaktor gemäß Fig. 7 in der Aufsicht. FIG. 8 relates to the reactor according to FIG. 7 in a top view.

Fig. 9 zeigt eine Zweistoffdüse mit einem Einsteckrohr. Fig. 9 shows a two-component nozzle with an insertion tube.

Fig. 10 zeigt eine Zweistoffdüse mit zwei Einsteckrohren und untenliegender Zusatzbegasung. Fig. 10 shows a two-component nozzle with two insertion tubes and additional gassing at the bottom.

Fig. 11 zeigt im Fließschema einen erfindungsgemäßen Reaktor für die Stufe 1 und einen Festbettreaktor für die Stufe 2 mit dazwischengeschaltetem Absetzbecken. Fig. 11 shows the flow diagram for a reactor according to the invention, the step 1 and a fixed bed reactor for stage 2 with dazwischengeschaltetem settling tank.

Fig. 12 bildet die Anlage gemäß Fig. 11 mit zusätzlicher Rückführung vom Festbettreaktor zum Schlaufenreaktor ab. FIG. 12 shows the plant according to FIG. 11 with additional recirculation from the fixed bed reactor to the loop reactor.

Fig. 13 zeigt einen für die zweite Stufe einsetzbaren Festbettreaktor. Fig. 13 shows a usable for the second stage fixed bed reactor.

Fig. 14 zeigt einen für die zweite Stufe einsetzbaren Festbettreaktor in der technischen Ausführung als Schnitt. Fig. 14 shows a usable for the second stage fixed bed reactor in the technical design in section.

Fig. 15 zeigt einen für die zweite Stufe einsetzbaren Festbettreaktor in der technischen Ausführung als Übersicht. Fig. 15 shows a usable for the second stage fixed bed reactor in the technical description as an overview.

Fig. 16 zeigt eine bevorzugte Form der Zusatzbegasung. Fig. 16 shows a preferred form of the Zusatzbegasung.

Gemäß Fig. 1 wird das Abwasser über den Reaktor 1 geführt. Über das Absetzbecken 62 gelangt das Abwasser zwecks Nitrifikation in den Festbettreaktor 2. In dem Lamellenabscheider 63 wird der Überschußschlamm abgeschieden. Über die Leitung 64 kommt es zu einer Schlammrückführung zur Ableitung 65 von dem Schlammabsetzbecken 62. Über die Leitung 66 kann ein Teil des Schlammes zum Reaktor zurückgeführt werden.Referring to FIG. 1, the waste water is passed over the reactor 1. The wastewater enters the fixed bed reactor 2 for the purpose of nitrification via the settling basin 62 . The excess sludge is separated in the lamella separator 63 . A sludge return to the discharge 65 from the sludge settling basin 62 occurs via the line 64 . Part of the sludge can be returned to the reactor via line 66 .

Dem Reaktor kann das Ausgleichbecken 67 vorgeschaltet werden. Hierdurch wird ein vollständiger Volumenausgleich erreicht. Damit ist die Anlage von hydraulischen Schwankungen im Zulauf weitgehend unabhängig. The equalization tank 67 can be connected upstream of the reactor. Complete volume equalization is achieved in this way. This means that the system is largely independent of hydraulic fluctuations in the inlet.

Die in den Fig. 2 bis 12 dargestellten Schlaufenreaktoren bestehen aus einem aufrechtstehenden Gefäß mit einem äußeren zylindrischen Mantel 6, welcher mit Abstand das Leitrohr 7 umgibt.The loop reactors shown in FIGS. 2 to 12 consist of an upright vessel with an outer cylindrical jacket 6 which surrounds the guide tube 7 at a distance.

Das Verhältnis des Durchinessers des äußeren Mantels 6 zu dem des Strömungsleitrohrs 7 beträgt vorzugsweise 2,5 : 1 bis 4 : 1. Das oberhalb des Gehäusebodens 12 und unterhalb des durch den Überlauf 13 bestimmten Flüssigkeitsniveaus endende Strömungsleitrohr 7 hat die Aufgabe, das von der Treibstrahldüse 3 zugeführte Abwasser-Gas-Gemisch durch das Strömungsleitrohr nach unten zu führen und von der außen wieder hochsteigenden Säule zu trennen. Der Treibstrahldüse 3 wird Abwasser über die Pumpe 14 und die Zirkulationsleitung 15 zugeführt, welches bei 16 unten aus dem Reaktor entnommen wird. Die Pumpe 14 kann auch als Tauchpumpe ausgebildet und im Reaktorgehäuse angeordnet sein. Der Abwasserzulauf 17 von der Vorreinigungsstufe ist unten vor der Saugseite der Pumpe 14 angebracht oder wird direkt auf die Düse geführt. Der Überlauf 13 zur Nachreinigungsstufe befindet sich oben am Reaktorgehäuse, so daß sich oberhalb des Überlaufs 13 ein Gassammelraum 18 bildet.The ratio of the Durchinessers of the outer jacket 6 to the draft tube 7 is preferably 2.5: 1 to 4: 1. The ending above the housing bottom 12 and below the determined by the overflow 13 the liquid level draft tube 7 has the task of the of the propulsion jet nozzle 3 Feed the waste water and gas mixture through the flow guide tube and separate it from the column, which rises again from the outside. The propulsion jet nozzle 3 is supplied with waste water via the pump 14 and the circulation line 15 , which is removed from the bottom of the reactor at 16. The pump 14 can also be designed as a submersible pump and arranged in the reactor housing. The wastewater inlet 17 from the pre-cleaning stage is attached at the bottom in front of the suction side of the pump 14 or is fed directly onto the nozzle. The overflow 13 to the post-cleaning stage is located at the top of the reactor housing, so that a gas collecting space 18 forms above the overflow 13 .

Vorzugsweise entfällt die Pumpe 14 bei niedrig belasteten Abwässern und die Abwasserzuführung der Düse erfolgt lediglich über die Rohrleitungen 66 und 68 sowie den dazugehörigen Pumpen 69 und 70 (s. Fig. 1).The pump 14 is preferably dispensed with in the case of low-loaded wastewater and the wastewater supply to the nozzle takes place only via the pipes 66 and 68 and the associated pumps 69 and 70 (see FIG. 1).

Durch die Treibstrahldüse 3, welche bis in den oberen Bereich des Strömungsleitrohres 7 ragt, ist mittig das Einsteckrohr 8 durch den Düsenaustrittsquerschnitt 19 geführt, welches mit einem sauerstoffhaltigen Gas, z. B. mit der Außenluft in Verbindung steht. Der aus der Treibstrahldüse 3 austretende Abwasserstrahl saugt über das mittige und den Düsenaustrittsquerschnitt 19 radial freilassende Einsteckrohr 8, das bis in den Unterdruckbereich der Treibstrahldüse reicht, Luft oder ein anderes Gas an (Injektor- bzw. Ejektorprinzip), wodurch eine äußerst feine Luftbläschenbildung eintritt und außerdem diese Luftbläschen mit der Bakterienmasse innigst vermischt werden. Vorzugsweise ragt das Einsteckrohr 8 aus dem Düsenaustrittsquerschnitt 19 um das 0,4- bis 6-fache des Düsendurchmessers heraus. Die Bakterienagglomerate werden beim Passieren der Treibstrahldüse auseinandergerissen und es wird ein nicht für möglich gehaltener intensiver Schadstoffabbau auf kleinstem Raum erreicht.Through the jet nozzle 3, which projects into the upper region of Strömungsleitrohres 7, the spigot 8 is guided through the nozzle outlet cross-section 19 centrally, which, for example with an oxygen-containing gas. B. is connected to the outside air. The wastewater jet emerging from the jet nozzle 3 sucks in air or another gas (injector or ejector principle) via the central and the nozzle outlet cross-section 19 radially leaving plug-in pipe 8 , which extends into the negative pressure area of the jet nozzle, whereby extremely fine air bubbles form and in addition, these air bubbles are intimately mixed with the bacterial mass. The insertion tube 8 preferably protrudes from the nozzle outlet cross section 19 by 0.4 to 6 times the nozzle diameter. The bacterial agglomerates are torn apart as they pass through the jet nozzle and intensive pollutant degradation, which was not considered possible, is achieved in the smallest space.

Je nach Art des verwendeten Abwassers erfolgt ein erheblich schnellerer Abbau als in herkömmlichen Anlagen. Außer der Dispergierung der durch das Einstreckrohr 8 angesaugten Primärluft erfolgt nämlich auch eine Sekundärdispergierung der mit dem Abwasser im Reaktor zirkulierenden Luftblasen, welche bei der Rückführung oben wieder in den Bereich der Treibstrahldüse gelangen.Depending on the type of wastewater used, degradation takes place considerably faster than in conventional systems. In addition to the dispersion of the primary air sucked in through the stretching pipe 8 , there is also secondary dispersion of the air bubbles circulating with the waste water in the reactor, which return to the area of the propulsion jet nozzle at the return.

In der Variante gemäß Fig. 10 ist in das Einsteckrohr 8 mittig noch ein weiteres Einsteckrohr 9 eingeführt, das mit dem Wasser in Verbindung steht. Das Einsteckrohr 9 ist in dieser Ausführungsform so ausgestaltet, daß es kürzer ist als das Rohr 8 und an seinem Austrittsende nicht weiter herausragt als das Rohr 8. Die Enden 21 des Rohres 8 und 22 des Rohres 9 können erfindungsgemäß mit einem beliebigen Abstand voneinander ausgerichtet sein. Bevorzugt wird jedoch erfindungsgemäß die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform.In the variant according to FIG. 10, a further insertion tube 9 is inserted into the insertion tube 8 in the center, which is connected to the water. In this embodiment, the insertion tube 9 is designed such that it is shorter than the tube 8 and does not protrude further than the tube 8 at its outlet end. The ends 21 of the tube 8 and 22 of the tube 9 can, according to the invention, be aligned with any distance from one another. However, the embodiment shown in FIG. 10 is preferred according to the invention.

Die im oberen Gassammelraum 18 angesammelten leichtflüchtigen, evt. geruchsintensiven und/oder schädlichen Kohlenstoffverbindungen können über einen Filter 23 geleitet und von diesem ab- bzw. adsorbiert werden. Außerdem wirkt bei Ansaugung aus dem Sammelraum der Reaktorinhalt als Biofilter. The volatile, possibly odor-intensive and / or harmful carbon compounds collected in the upper gas collecting space 18 can be passed through a filter 23 and absorbed or adsorbed by it. In addition, the reactor contents act as a biofilter when drawn in from the collecting space.

Vorzugsweise wird der Entgasungsraum am Kopf des Reaktors in einen inneren und einen äußeren Entgasungsraum aufgeteilt, die sowohl gas- wie auch flüssigkeitsseitig in Verbindung stehen. Der innere Raum gilt vornehmlich der primären Entgasung, der äußere Raum der sekundären Entgasung. Der äußere Ringraum ist vorzugsweise als konzentrischer Raum um den Reaktorkörper 6 angeordnet. Es hat den 1,2-2,5fachen Durchmesser des Reaktorkörpers.The degassing space at the head of the reactor is preferably divided into an inner and an outer degassing space, which are connected both on the gas and on the liquid side. The inner space is primarily for primary degassing, the outer space for secondary degassing. The outer annular space is preferably arranged as a concentric space around the reactor body 6 . It has 1.2-2.5 times the diameter of the reactor body.

Vorzugsweise liegt das Flüssigkeitsniveau etwa in einer dem Durchmesser des Strömungsleitrohres 7 entsprechenden Höhe über dem oberen Ende des Strömungsleitrohres 7. Der oberhalb des Flüssigkeitsniveaus sich befindende Gassammelraum 18 für die leichtflüchtigen Kohlenstoffverbindungen und sonstige Abluft weist dabei mindestens eine Höhe auf, welche dem Abstand vom Flüssigkeitsspiegel zur Oberkante des inneren Leitrohres entspricht.The liquid level is preferably approximately at a height corresponding to the diameter of the flow guide tube 7 above the upper end of the flow guide tube 7 . The gas collection chamber 18 for the volatile carbon compounds and other exhaust air located above the liquid level has at least a height which corresponds to the distance from the liquid level to the upper edge of the inner guide tube.

Neben der Erhöhung der Abbauleistung gegenüber konventionellen Anlagen zeigt sich bei dem erfindungsgemäßen Reaktor noch ein zusätzlicher Effekt, und zwar wird durch die beschriebene Aktivierung der Bakterien im Scherfeld der Treibstrahldüse eine bessere Sedimentation erreicht. Bei allen bisher untersuchten Abwasserarten ergab sich ein Schlammindex von ISV < 150 ml/g, so daß die Sedimentationsbecken bei Verwendung des erfindungsgemäßen Reaktors kleiner sein können. Damit kann auch bei den nachgeschalteten Reinigungsstufen der Grundflächenbedarf wesentlich reduziert werden. Die häufig beschriebene Blähschlammbildung wurde nie beobachtet. Dies ist durch die Reaktorkonstruktion und die gewählte Reaktorbelastung begründet.In addition to increasing the mining capacity compared to conventional systems shows an additional effect in the reactor according to the invention, and although the activation of the bacteria in the shear field described the Propulsion jet nozzle achieves better sedimentation. With all so far investigated wastewater types resulted in a sludge index of ISV <150 ml / g, so that the sedimentation basin when using the invention Reactor can be smaller. This can also be used for the downstream Cleaning levels of floor space requirements can be significantly reduced. The often Bulking sludge described has never been observed. This is through the Reactor design and the chosen reactor load justified.

Als wesentlicher Vorteil für den erfindungsgemäßen Reaktor ist neben den wesentlichen reduzierten Investitionskosten noch der reibungslose Winterbetrieb zu erwähnen, da auf Grund der kompakten und geschlossenen Bauweise eine Temperaturabsenkung im Belebungsteil nicht auftritt. A major advantage for the reactor according to the invention is in addition to significantly reduced investment costs and smooth winter operation to mention, because of the compact and closed construction a Temperature reduction in the activation part does not occur.

Das von der mechanischen Vorreinigung kommende Abwasser wird bei 24 der Zirkulationsleitung 15 des ersten Reaktors zugeführt und in der vorher beschriebenen Weise behandelt. Sollte es sich dabei um ein besonders hochbelastetes Abwasser handeln und die Reinigung nicht ausreichend sein, wird aus dem ersten Reaktor das Abwasser über die Zwischenleitung 25 dem zweiten Reaktor zugeführt und dort in einer zweiten Stufe behandelt.The waste water coming from the mechanical pre-cleaning is fed to the circulation line 15 of the first reactor at 24 and treated in the manner described above. If it is a particularly highly contaminated wastewater and the cleaning is insufficient, the wastewater is fed from the first reactor to the second reactor via the intermediate line 25 and treated there in a second stage.

In derselben Weise könnte eine weitere Stufe nachgeschaltet werden. Zur Umwälzung dienen in diesem Ausführungsbeispiel die Pumpen 26. Das biologisch gereinigte Abwasser wird über die Ableitung 27 zu einer nachgeschalteten Sedimentationsstufe geleitet, wo die Bakterienmasse vom gereinigten Abwasser getrennt wird. Zur Impfung der Reaktoren mit Biomasse wird im Bedarfsfalle aus der Sedimentationsstufe ein Teil Biomasse über die Rückleitung 17 rückgeführt. Der Überlauf 28 des zweiten Reaktors ist tiefer angeordnet als der Überlauf des ersten Reaktors, so daß ein natürliches Gefälle zwischen den beiden Reaktoren gegeben ist.Another stage could be added in the same way. The pumps 26 are used for circulation in this exemplary embodiment. The biologically cleaned wastewater is conducted via the discharge line 27 to a downstream sedimentation stage, where the bacterial mass is separated from the cleaned wastewater. To inoculate the reactors with biomass, if necessary, part of the biomass is returned from the sedimentation stage via the return line 17 . The overflow 28 of the second reactor is arranged lower than the overflow of the first reactor, so that there is a natural gradient between the two reactors.

Die sich in den oberen Gassammelräumen 18 und 30 ansammelnden schädlichen Gase können dadurch reduziert werden, indem sie über die Rohrleitungen 31 und 32 im Bedarfsfalle an das Einsteckrohr 33 bzw. 34 angeschlossen und damit dem angesaugten Luftstrom zugeführt werden. Die Ventile 35, 36 und 37 erlauben eine beliebige Lenkung dieser Gase.The harmful gases accumulating in the upper gas collecting spaces 18 and 30 can be reduced by connecting them via the pipes 31 and 32 to the plug-in pipes 33 and 34 , if necessary, and thus supplying them to the sucked-in air flow. The valves 35 , 36 and 37 allow any control of these gases.

So können beispielsweise auch die im ersten Reaktor entstehenden Gase dem zweiten Reaktor über die Ausgleichsleitung 38 zugeführt werden und umgekehrt. Schädliche Restgase können durch im Gassammelraum 18 angeordnete Absorptionseinrichtungen 39 entfernt werden. Im Regelfalle reicht jedoch schon die Biofiltration des Reaktorinhaltes aus. For example, the gases produced in the first reactor can also be fed to the second reactor via the compensating line 38 and vice versa. Harmful residual gases can be removed by absorption devices 39 arranged in the gas collecting space 18 . As a rule, however, biofiltration of the reactor contents is sufficient.

Eine Variante des erfindungsgemäß in Stufe 1 einsetzbaren Reaktors ist in Fig. 4 wiedergegeben.A variant of the reactor which can be used according to the invention in stage 1 is shown in FIG. 4.

Das zu reinigende Wasser wird über die Leitung 17 gemeinsam mit dem zurückgeführten Biomasse-Wasser-Gemisch über die Pumpe 14 und die Rückführleitung 40 von oben mittels einer Zweistoffdüse 3 konzentrisch in das Einsteckrohr 5 eingeleitet. Dabei wird zusätzlich Gas über das Ansaugrohr 8, das mittig in dem Düsenaustrittsquerschnitt 19 angeordnet ist, aus einem gashaltigen Raum 41 angesaugt oder unter Druck zugeführt. Durch die Förderwirkung des Treibstrahls der Zweistoffdüse bewegt sich das Gas- Biomasse-Wasser-Gemisch in dem Einsteckrohr nach unten und wird an der Prallplatte 20 zum Leitrohr 7 hin in den inneren Ringraum 42 umgelenkt, so daß ein Teil des Gemischs in diesem Ringraum zwischen Einsteckrohr und Leitrohr nach oben strömt. Dort wird ein Teil des mitgeführten Gases über den Filter 23 abgeführt. Der Rest des Gemischs strömt nach unten ab und wird über das Ansaugrohr 43 der Zweistoffdüse zugeführt.The water to be cleaned is introduced via the line 17 together with the recycled biomass-water mixture via the pump 14 and the return line 40 from above by means of a two-component nozzle 3 into the plug-in tube 5 . In this case, gas is additionally drawn in from a gas-containing space 41 via the intake pipe 8 , which is arranged centrally in the nozzle outlet cross section 19 , or is supplied under pressure. Due to the conveying action of the propellant jet of the two-component nozzle, the gas-biomass-water mixture moves downward in the insert tube and is deflected on the baffle plate 20 toward the guide tube 7 into the inner annular space 42 , so that part of the mixture in this annular space between the insert tube and guide tube flows upwards. There part of the entrained gas is discharged through the filter 23 . The rest of the mixture flows downwards and is fed via the suction pipe 43 to the two-component nozzle.

Ein anderer Teil des Wassers strömt in dem äußeren Ringraum 44 nach oben und verläßt über das Abflußrohr 45 als gereinigtes Wasser den Reaktor. Im äußeren Ringraum befindet sich ein Festbett- oder Fließbett zur Immobilisierung von Bakterien. Die im unteren, konisch ausgeführten Teil 46 des Reaktors sich absetzende Biomasse wird mittels der Pumpe 47 über das Entnahmerohr 48 dem Reaktor entnommen. Die Biomasse kann auch über die Leitung 15 in den Reaktor rückgeführt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Biomasse über die Verbindungsleitung 16 zusammen mit dem über das Ansaugrohr 43 aus dem Reaktor abgeflossenen Gas-Wasser-Biomasse-Gemischs mittels der Pumpe 14 über die Zweistoffdüse 3 in den Reaktor zurückgeführt wird. Das dem Reaktor zufließende Abwasser kann vor dem Eintritt in den Reaktor mit gereinigtem Wasser vermischt werden. Das zulaufende Abwasser kann auch auf der Saugseite der Pumpe 14 mit dem in Kreis geführten und über die Leitung 43 abgesaugten Volumenstrom vermischt werden.Another part of the water flows upward in the outer annular space 44 and leaves the reactor via the drain pipe 45 as purified water. In the outer annulus there is a fixed bed or fluid bed for the immobilization of bacteria. The biomass which settles in the lower, conical part 46 of the reactor is removed from the reactor by means of the pump 47 via the removal tube 48 . The biomass can also be returned to the reactor via line 15 . Another possibility is that the biomass is returned to the reactor via the connecting line 16 together with the gas-water-biomass mixture which has flowed out of the reactor via the suction pipe 43 by means of the pump 14 via the two-substance nozzle 3 . The waste water flowing into the reactor can be mixed with purified water before it enters the reactor. The incoming wastewater can also be mixed on the suction side of the pump 14 with the circulated volume flow and sucked off via the line 43 .

Als Gas können atmosphärische Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff verwendet werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können insbesondere Abwässer, Schadstoffe enthaltendes Grundwasser und Industrieabwasser gereinigt werden.The gas can be atmospheric air, oxygen-enriched air or pure oxygen can be used. With the help of the invention Processes can in particular contain waste water and pollutants Groundwater and industrial wastewater are cleaned.

In Fig. 2/3/7/8 und 10 ist eine Variante des erfindungsgemäßen einsetzbaren Reaktors gemäß Stufe 1 dargestellt. Hierbei ist unterhalb des Leitrohres 7 eine Vorrichtung angeordnet, in der sich die Luftaustrittsöffnungen 11 befinden. Dieser Reaktor stellt demgemäß die Kombination zwischen einem Injektionsbetrieb am Reaktorkopf und einem Airlift-Betrieb in einem Schlaufenreaktor dar.In Fig. 2/3/7/8 and 10 a variant of the reactor which can be used according to the invention in accordance with Stage 1. Here, a device is arranged below the guide tube 7 , in which the air outlet openings 11 are located. This reactor accordingly represents the combination between an injection operation at the reactor head and an airlift operation in a loop reactor.

Der erfindungsgemäße Reaktor gemäß Stufe 1 kann aus mehreren Reaktoren bestehen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um mehrere Schlaufenreaktoren. Ebenso ist es möglich in einem Reaktor mehrere Schlaufen anzuordnen. Beispiele sind in den Fig. 6,7 und 8 zu finden.The reactor according to stage 1 according to the invention can consist of several reactors. These are preferably a plurality of loop reactors. It is also possible to arrange several loops in one reactor. Examples can be found in FIGS. 6, 7 and 8.

In Stufe 2 ist erfindungsgemäß vorzugsweise ein Festbettreaktor einsetzbar, wie er in Fig. 13, 14 und 15 dargestellt ist. Über den Zulauf 48 wird das Abwasser in den Reaktor gegeben. Das Abwasser strömt von unten nach oben durch das Festbett. Über die Begasungsvorrichtung 50 wird die erforderliche Luft über die Leitung 51 zugeführt. Beispielsweise handelt es sich um eine sogenannte Membranbegasung. Das Abwasser wird im Kreislauf 52 zu dem Zulauf 48 zurückgeführt. Alternativ ist eine Düsenbegasung möglich. According to the invention, a fixed bed reactor as shown in FIGS. 13, 14 and 15 can preferably be used in stage 2. The waste water is fed into the reactor via the inlet 48 . The wastewater flows from the bottom up through the fixed bed. The required air is supplied via line 51 via the gassing device 50 . For example, it is a so-called membrane gassing. The waste water is returned to the inlet 48 in the circuit 52 . Alternatively, nozzle gassing is possible.

Über die Leitung 52a kann aus dem Behälter 53 noch weiterer Zusatz in den Zulauf gegeben werden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Laugen, z. B. Natronlauge. Das gereinigte Abwasser verläßt über den Ablauf 54 den Reaktor. pH-Wert und Sauerstoffbedarf werden über die Regler 55 und 56 gesteuert. Die Luftzufuhr, die Abwasserzufuhr sowie der Kreislauf des Abwassers werden über die Regler 56, 57, 58, 59 gesteuert.Via line 52 a, further additive can be added to the inlet from the container 53 . These are preferably lyes, e.g. B. caustic soda. The cleaned waste water leaves the reactor via outlet 54 . The pH value and the oxygen requirement are controlled via controllers 55 and 56 . The air supply, the waste water supply and the circulation of the waste water are controlled by the controllers 56 , 57 , 58 , 59 .

Fig. 14 und 15 zeigen die technische Ausführung eines solchen Reaktors. Fig. 11 zeigt ein Beispiel für eine Zusammenschaltung des erfindungsgemäßen in Stufe 1 einsetzbaren Reaktors und des beschriebenen Festbettreaktors. Zwischen beide Reaktoren ist ein Absetzbecken 60 geschaltet. FIGS. 14 and 15 show the technical design of such a reactor. FIG. 11 shows an example of an interconnection of the reactor according to the invention which can be used in stage 1 and the fixed bed reactor described. A settling tank 60 is connected between the two reactors.

Der aus der ersten Stufe ablaufende Ammoniumstickstoff kann nach ersten Versuchen in dem Festbettreaktor bei Aufenthaltszeiten von 1,25 h, von rund 40 mg/l NH₄N auf unter 10 mg/l, teilweise sogar auf unter 2 mg/l NH₄N nitrifiziert werden. Gleichzeitig lagen die mittleren Ablaufwerte der Gesamtanlage unter 60 mg/l CSB.The ammonium nitrogen flowing out of the first stage can after the first Trials in the fixed bed reactor with residence times of 1.25 h, around 40 mg / l NH₄N below 10 mg / l, sometimes even below 2 mg / l NH₄N be nitrified. At the same time, the mean discharge values of the Total system under 60 mg / l COD.

Die deutlich hohen Nitrifikationsleistungen der Verfahrenskombination gemäß Fig. 11 können noch weiter optimiert werden, indem die in die Nitrifikation hineingesteckte Energie durch eine gezielte Denitrifikation anteilsmäßig zurückgewonnen wird. Als Denitrifikationsanlage wurde der Reaktor der ersten Stufe eingesetzt, indem über Leitung 61 aus dem Ablauf das Abwasser in den Reaktor der ersten Stufe zurückgeführt wird.The significantly high nitrification performance of the process combination according to FIG. 11 can be optimized even further by proportionally recovering the energy put into the nitrification by targeted denitrification. The reactor of the first stage was used as the denitrification plant in that the waste water is returned from the outlet to the reactor of the first stage via line 61 .

Zur Denitrifikation kann jedoch auch vor oder im Anschluß an die Nitrifikation eine weitere Festbettstufe oder Fließbettstufe geschaltet werden. Der Kohlenstoffbedarf wird dann über eine externe Quelle zugegeben.However, denitrification can also be carried out before or after nitrification another fixed bed level or fluidized bed level can be switched. Of the Carbon requirements are then added via an external source.

Claims

1. A process for the purification of waste water by means of biological and possibly physical and / or chemical methods containing at least two biological purification stages, characterized in that

a) under aerobic conditions, the carbon is broken down with a cleaning performance of 60 to 80% COD, preferably 70 to 75% COD and from 70 to 90% BOD₅, preferably 75 to 85% BOD₅ and
b) then a nitrification up to an expiry value of less than 10 mg / l NH₄N.

2. The method according to claim 1, characterized in that the residence times in stage a) at 0.25-0.5 h, preferably at 0.33 h and in stage b) at 1.2-3 h, preferably at 2 h lie.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the bacterial concentration in stage a) at 4 to 7 kg / m³.

4. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the bacterial concentration in step b) 7-20 kg / m³.

5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the specific growth rate of Bacteria in stages a) and b) 60-90% of the maximum growth rate is.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the discharge concentration of BOD₅ in stage a) between 30 and 100 mg / l BOD₅, preferably 60 mg / l BOD₅ and in Step b) between 2 and 20 mg / l NH₄-N, preferably <10 mg / l NH₄-N lies.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the COD / BSB₅ ratio in the inflow Step a) is 1.5-3.0, preferably 2.

8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the BSB₅ / N ratio in the feed to the stage b) 0.5-2.5, preferably 1.

9. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that in step a) a loop reactor ( 1 ) and in step b) a fixed bed reactor ( 2 ) or a fluidized bed reactor are used.

10. Device for the purification of waste water by means of biological and possibly physical and / or chemical methods comprising at least two biological purification stages, characterized in that they

a) a reactor vessel ( 1 ), in which a guide tube ( 7 ) is arranged vertically and concentrically at a distance from its outer jacket ( 6 ), into which a nozzle ( 3 ) protrudes from the upper end in order to supply the waste water to be cleaned, and
b) a reactor vessel ( 2 ), in which carriers for immobilizing microorganisms are arranged, preferably packing material with a specific surface of 150-230 m² / m³, contains.

11. The device according to claim 10, characterized in that in the guide tube ( 7 ) is arranged vertically and concentrically to this another guide tube ( 5 ) into which a nozzle ( 3 ) protrudes from the upper end in order to supply the waste water to be cleaned.

12. The device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the nozzle ( 3 ) is a two-component nozzle.

13. Device according to one of claims 10 to 12, characterized in that a plug-in tube ( 8 ) is guided through the center of the nozzle outlet cross-section at a distance, which extends into the vacuum region of the propulsion jet nozzle and which is in communication with a space containing oxygen-containing gas.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that in the insertion tube ( 8 ) a further insertion tube ( 9 ) in the middle at a distance, which is in communication with a water-containing space.

15. The device according to one of claims 10 to 14, characterized in that below the guide tube ( 7 ) and the outer ring channel ( 10 ) air outflow devices ( 11 ) are arranged.