DE19648860C1 - Verfahren zur Reinigung von Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einem zweistufigen Verfahren bei gleichzeiti­ ger Gewinnung von Energie in Form von Biogas.

Für die anaerobe Abwasserreinigung sind verschiedene Ver­ fahren und Reaktoren diverser Bauarten bekannt, wie UASB, Festbettreaktoren, anaerobe Belebungsbecken u. a.

Diese Reaktoren werden bevorzugt bei organisch hochbelaste­ ten Industrieabwässern eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt, organisch gering belastetes Abwasser (CSB < 500 mg/l) einer energieerzeugenden Behand­ lungsmethode durch anaerobe Gärung zugängig zu machen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bei dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren, das mit einer zweistufigen Verfahrensfüh­ rung arbeitet und aus einer anaeroben Behandlung mit der Produktion von methanhaltigem Biogas als erster Reinigungs­ stufe und einer Pflanzenkläranlage als zweiter Reinigungs­ stufe besteht, wird die in der Pflanzenkläranlage geernte­ te Biomasse vor der ersten Reinigungsstufe in das zu behan­ delnde Abwasser eingeführt. Neben der in der zweiten Reini­ gungsstufe geernteten Biomasse können noch zusätzlich andere organische oder anorganische Stoffe und Abfälle in das Abwasser vor der ersten Reinigungsstufe eingebracht werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es möglich, daß organisch gering belastete Abwässer der anaeroben Methangä­ rung zugänglich gemacht werden.

Bevor die in der zweiten Stufe anfallende Biomasse oder die zusätzlichen anderen organischen oder anorganischen Stoffe und Abfälle vor der ersten Stufe in das Abwasser eingeführt werden, werden sie durch Zerkleinern und Zerfa­ sern in eine für die Vergärung notwendige Form aufberei­ tet. Für die Zerfaserung und Zerkleinerung der Biomasse und der anderen Abfälle werden an sich bekannte Systeme, wie System FIMA System, ULTRA TURAX u. ä., eingesetzt. Durch die gewollte Zuführung von in der zweiten Stufe anfallender Biomasse in das Abwasser vor der ersten Stufe wird die Belastung des Abwassers an organischen Abfällen so groß, daß eine anaerobe Methanvergärung möglich wird. Es wird eine energieerzeugende Abwasserreinigung orga­ nisch, gering belasteter Abwässer geschaffen, bei der ein energiehaltiges Gas (Brennwert 20 bis 25 MJ/m³) produziert wird, das in vielfältiger Weise energetisch nutzbar ist. Auf die übliche energiebehaftete Sauerstoffzufuhr, wie sie bei aeroben Verfahren notwendig ist, kann verzichtet werden.

Die Zugabemenge der in der zweiten Reinigungsstufe anfal­ lenden Biomasse und gegebenenfalls weiterer Biomasse, richtet sich nach der Belastung des ankommenden Abwassers. Dadurch ist es möglich, die Belastung des die erste Reini­ gungsstufe verlassenden Abwassers konstant zu halten. Die zweite Reinigungsstufe ist gegen Überbelastung geschützt, und es kommt nicht zum ungeklärten Durchlauf des Abwassers durch die zweite Reinigungsstufe.

Ist die Belastung des ankommenden Abwassers hoch, so wird ganz oder teilweise auf die Zuführung von Biomasse aus in der zweiten Reinigungsstufe geernteter pflanzlicher Biomas­ se und weiterer zusätzlicher Biomasse verzichtet. Bei dieser Variante wird mit konstanter Durchlaufgeschwindig­ keit in der ersten Reinigungsstufe gearbeitet.

Vorzugsweise beim erfindungsgemäßen Verfahren so gearbei­ tet, daß das die erste Reinigungsstufe verlassende Abwas­ ser als Belastung einen CSB-Wert um 300 mg/l aufweist.

Ebenso ist es möglich, eine größere Belastung des Abwas­ sers durch einen verlängerten Aufenthalt in der ersten Reinigungsstufe aufzufangen, um auf den gewünschten Bela­ stungswert des die erste Reinigungsstufe verlassenden Abwassers zu kommen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, die bei bisherigen Pflanzenkläranlagensystemen anfallende, nicht genutzte pflanzliche Biomasse im Reinigungsprozeß zu verwerten.

Die Erfindung wird anhand der Figur an zwei Prozeßvarian­ ten erläutert. Selbstverständlich sind auch andere Ausfüh­ rungsformen von der Erfindung erfaßt.

Die Prozeßvariante A bezieht sich auf eine Ausführungs­ form, bei der die zweite Reinigungsstufe als aquatische Pflanzenkläranlage ausgeführt wird.

Die Prozeßvariante B bezieht sich auf eine Ausführungs­ form, bei der die zweite Reinigungsstufe als eine Landbe­ handlung ausgeführt ist.

Allgemein wird das Abwasser von der Abwasserquelle 1 zur Abwasserreinigungsanlage transportiert. Dort werden in einem ersten Reinigungsschritt die gröberen und feineren Stoffe z. B. durch Sinkscheidung 2 mechanisch entfernt. Nach dieser Behandlung wird an der Dosierstelle 3 die zerkleinerte Biomasse aus dem Lager- und Zerkleinerungsbe­ hälter 8 zugegeben und so die Belastung auf einen für die erste Reinigungsstufe optimalen Wert angehoben. Sinkstoffe werden nochmals im Sandfang 4 entfernt.

Der Lager- und Zerkleinerungsbehälter 8 wird zum einen durch die in der zweiten Reinigungsstufe gewonnene pflanz­ liche Biomasse und zum anderen durch zusätzliche organi­ sche Stoffe und Abfälle gespeist. Das be­ lastungsoptimierte und mechanisch gereinigte Abwasser tritt nun in die erste Reinigungsstufe, den anaeroben Reaktor 5, ein. Dort wird die fäulnisfähige Biomasse abgeschieden und akkumuliert sich im Reaktor 5. Aus dem Reaktor 5 wird die ausgefaulte Biomasse kontinuierlich oder periodisch je nach Verfahrensweise des Reaktors 5 abgezogen und nach Restausfaulung einem weiteren Verwen­ dungszweck 10 zugeführt. Das entstehende Biogas (Methanan­ teil um 85%) wird abgezogen und energetisch bei einem Verbraucher 9 genutzt.

Das Abwasser tritt dann mit einem CSB-Gehalt um 300 mg/l aus der ersten Reinigungsstufe aus und dient in der zwei­ ten Reinigungsstufe, einer Pflanzenkläranlage 6 zur Bewäs­ serung und als natürlicher, organischer Dünger zur von Solarenergie 11 gespeister Produktion von Biomasse durch Fotosynthese.

In der Prozeßvariante A besteht die Pflanzenkläranlage 6 aus einer Teichanlage, die vorzugsweise grabenförmig, zur Vermeidung von Kurzschlußströmungen ausgestaltet ist. Für den pflanzlichen Besatz eignet sich die Wasserhyazynthe (Eichornia crassipes). Sie ist eine toxisch hochresistente Pflanze mit einer ausgeprägten Vermehrungsrate, ein 30%iger Besatz dehnt sich bei geeigneten, klimatischen Verhältnissen innerhalb eines Monats auf die Vollfläche aus und hohen Aufnahmeraten von Stickstoff und Schadstof­ fen.

In der Prozeßvariante B besteht die Pflanzenkläranlage 6 aus einer Landbehandlung, wobei es erfindungsgemäß keine Rolle spielt in welcher Richtung, horizontal oder verti­ kal, der Boden von dem Abwasser in der Reinigungsstufe durchströmt wird.

Vorteilhaft wird eine Oberflächenbehandlung des Bodens mit einer horizontalen und vertikalen Durchströmung bei dieser Variante gewählt. Es ist jedoch auch möglich, mit einer horizontalen oder vertikalen Durchströmung des Bodens zu arbeiten.

Für die Prozeßvariante bietet sich das St. Augustine Gras (Stenotaphrum secundatum) an. Es ist durch eine sehr starke vegetative Vermehrung, Salzresistenz und gute Ver­ träglichkeit gegenüber Staunässe, auch über längere Zeit, geprägt. Bei der Landbehandlung wirkt sich außerdem die Filterwirkung des Bodens vorteilhaft aus.

Die vorher genannten Pflanzenarten stellen jedoch keine Ausschließlichkeit dar. Es ist möglich, andere Pflanzenar­ ten als Besatz bei der zweiten Reinigungsstufe zu verwen­ den.

Nach Durchlaufen der zweiten Reinigungsstufe ist das Abwasser soweit gereinigt, daß es den Anforderungen an normale Einleitungswerte erfüllt und direkt in den Vorflu­ ter 7 eingeleitet werden oder einer anderen Verwendung zukommen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, bei entsprechender Dimensionierung der Reinigungsstufen oder aber Einstellung der Durchlaufzeit des Abwassers durch die erste Reinigungsstufe im Ablaufwasser der zweiten Reini­ gungsstufe Ablaufwerte zu erhalten, die den konventionel­ len Kläranlagen entsprechen oder diese gar unterbieten.

Claims (5)

1. Verfahren zur Reinigung von Abwasser, wobei eine zwei­ stufige Verfahrensführung eingesetzt wird, die zum einen aus einer anaeroben Behandlung in der ersten Rei­ nigungsstufe mit Produktion von methanhaltigem Biogas und einer Behandlung in einer Pflanzenkläranlage als zweiter Reinigungsstufe besteht und die zum anderen die in der zweiten Reinigungsstufe geerntete Biomasse vor der ersten Reinigungsstufe in das Abwasser einbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich andere organische Stoffe und Abfälle vor der ersten Reinigungsstufe in das Abwasser eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Belastung an organischer Biomasse des aus der ersten Stufe austretenden Abwassers konstant gehal­ ten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Belastung an organischer Biomasse des aus der ersten Stufe austretenden Abwassers durch die Zugabemenge an geernteter Biomasse aus der zweiten Reinigungsstufe und/oder zusätzlichen organischen Stoffen und Abfällen in das Abwasser vor der ersten Reinigungsstufe gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Belastung des aus der ersten Reinigungsstu­ fe austretenden Abwassers durch die Verweilzeit des Ab­ wassers in der ersten Reinigungsstufe gesteuert wird.