DE19651870A1

DE19651870A1 - Verfahren zum Betrieb einer zweistufigen Reinigungsanlage für die Reinigung von kommunal-gewerblichem Abwasser und Anlage für die Durchführung eines solchen Verfahrens

Info

Publication number: DE19651870A1
Application number: DE19651870A
Authority: DE
Inventors: Botho Boehnke; Max Dohmann; Ingulf Schroeter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-07-16

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer zwei stufigen Reinigungsanlage für die Reinigung von kommunal gewerblichem Abwasser mit Rohabwasser-Zulauf und Belebt schlammabzug, welche Reinigungsanlage eine Adsorptionsstufe, eine Zwischenklärstufe, eine Festbettreaktorstufe mit Fest bett-Denitrifikationsreaktor und Festbett-Nitrifikationsreak tor mit Ablauf für das behandelte Abwasser aufweist, wobei die vorgenannten Stufen über Leitungskanäle hintereinander geschaltet sind.

Die Erfindung betrifft fernerhin eine Anlage für die Reini gung von kommunal-gewerblichem Abwasser, die für den erfin dungsgemäßen Betrieb eingerichtet ist. - Adsorptionsstufe be zeichnet die erste Stufe eines besonderen Abwasserreinigungs verfahrens mit Adsorptionsstufe und nachgeschalteter Bele bungsstufe, wobei die Adsorptionsstufe als Höchstlaststufe, die Belebungsstufe demgegenüber mit geringerer Last betrieben werden (DE 26 40 875 A1). In der Adsorptionsstufe arbeiten hauptsächlich Prokaryonten, in der Belebungsstufe hauptsäch lich Eukaryonten (DE 33 17 371). Häufig ist eine strenge Trennung der Biozönosen zwischen der Adsorptionsstufe einer seits und der Belebungsstufe andererseits vorgesehen. In der Praxis wird mit einer Adsorptionsstufe auch dann gearbeitet, wenn eine strenge Trennung der Biozönosen nicht durchgeführt wird (DE 40 36 548 C2) und Belebtschlamm aus der Belebungs stufe in die Adsorptionsstufe zurückgeführt wird. Die Bele bungsstufe kann ein oder mehrere Becken aufweisen. Sie kann jedoch auch als Festbettreaktorstufe ausgeführt sein, mit Denitrifikationsreaktor und Nitrifikationsreaktor. Die Erfin dung bezieht sich auf den Betrieb einer solchen bekannten An lage. Bei der bekannten Anlage, die im Rahmen der Erfindung in besonderer Weise betrieben wird (vgl. Katsumi Nomura "Entwicklung und Optimierung einer Verfahrenskombination aus mittel- und hochbelasteter Belebung und biologisch intensiv wirkender Filtration mit hoher Leistungsfähigkeit auf klein stem Raum", Dissertation TH Aachen, 1988, Seiten 183 bis 187) wird der Belebtschlamm wie im Rahmen der Adsorptionstechnolo gie üblich aus der Zwischenklärung abgezogen. Die Leistung der Festbettreaktorstufe wird dadurch erhöht, daß ein erster Teilstrom des behandelten Abwassers, anders ausgedrückt des Filtrates, in die Festbettreaktorstufe, nämlich in den Deni trifikationsreaktor zurückgeführt wird. Eine auch nur den Mindestanforderungen genügende Stickstoffreduktion (Ammoniak-Reduktion) findet nicht statt.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine An lage des vorstehend beschriebenen Aufbaus so zu betreiben, daß nicht nur die Leistung der Festbettreaktorstufe erhöht wird, sondern auch eine ausreichende Stickstoff-Reduktion er reicht wird.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Er findung ein Verfahren zum Betrieb einer zweistufigen Reini gungsanlage für die Reinigung von kommunal-gewerblichem Ab wasser mit Rohabwasser-Zulauf und Belebtschlammabzug, welche Reinigungsanlage
eine Adsorptionsstufe,
eine Zwischenklärstufe,
eine Festbettreaktorstufe mit Festbett-Denitrifikations reaktor und Festbett-Nitrifikationsreaktor mit Ablauf für das behandelte Abwasser aufweist,
wobei die vorgenannten Stufen über Leitungskanäle hinterein ander geschaltet sind, - mit den Merkmalen

1.1) aus der Zwischenklärstufe wird der Belebtschlamm abgezogen,
1.2) ein erster Teilstrom des behandelten Abwassers wird von dem Ablauf abgezogen und in die Denitrifikati onsstufe wieder eingeführt (Leistungsteilstrom),
1.3) ein zweiter Teilstrom des behandelten Abwassers wird von dem Ablauf abgezogen und in die Adsorpti onsstufe wieder eingeführt (Denitrifikationsteil strom),

wobei das Verhältnis zwischen dem Leistungsteilstrom einer seits und dem Denitrifikationsteilstrom andererseits so ge wählt ist, daß in der Adsorptionsstufe bereits ein erhebli cher Teil des im zulaufenden Rohabwasser mitgeführten Stick stoffs abgebaut wird und die Denitrifikation im übrigen in dem Festbett-Denitrifikationsreaktor durchgeführt wird.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß in der Adsorptionsstufe mehr als 10%, vorzugsweise mehr als 20%, des im zulaufenden Rohabwasser mitgeführten Stickstoffs abgebaut werden. Der Leistungsteilstrom sowie der Denitrifikationsteilstrom können durch den gleichen Strömungskanal bis zur Abzweigung des Leistungsteilstromes geführt werden, wobei der Denitrifika tionsteilstrom nach der Abzweigung zur Adsorptionsstufe wei tergeführt wird.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einer An lage des eingangs beschriebenen Aufbaus mit Festbettreaktor stufe die Adsorptionsstufe in beachtlichem Maße an der Stick stoffreduktion teilnehmen kann, wenn ihr ausreichend Sauer stoff zur Verfügung gestellt wird. Die durch die Erfindung erreichte Verbesserung beruht darauf, daß eine vermehrte Reduktion des Stickstoffes in der Adsorptionsstufe und in dem Denitrifikationsreaktor eintritt, wenn nicht nur ein Teil strom des behandelten Abwassers in den Denitrifikationsreak tor als Leistungsteilstrom wieder eingeführt wird, sondern außerdem ein Teilstrom des behandelten Abwassers der Ad sorptionsstufe als Denitrifikationsteilstrom wieder zugeführt wird.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß das aus der Adsorp tionsstufe abfließende Abwasser biologisch leicht abbaubar ist. Der in der Adsorptionsstufe vorhandene Belebtschlamm ist hochaktiv und baut, so er Sauerstoffverbindungen vorfindet, diese Verbindungen rasch ab. Eine Entlastung des Denitrifika tionsreaktors wird erreicht, weil erfindungsgemäß ein Teil des in der Nitrifikationsstufe behandelten Abwassers in die Adsorptionsstufe zurückgeführt wird. Das Maß der Überleitung kann in Abhängigkeit der Qualität und Quantität variiert wer den. Bewährt hat es sich, etwa 25% dieses aus der Nitrifika tionsstufe ablaufenden behandelten Abwassers in die Adsorp tionsstufe wieder einzuführen. Hier erfolgt eine wirksame Denitrifikation, so daß für die restliche Denitrifikation nur noch eine wesentlich geringere Stickstoffmenge pro Liter bleibt. Die Voraussetzungen für eine bessere und stabilere Denitrifikation sind somit gegeben. Diese Verbesserung erfor dert keinen zusätzlichen Raumbedarf für den Denitrifikations reaktor, er kann vielmehr in bezug auf sein Volumen beacht lich verkleinert werden. Das ist überraschend und bedeutet eine beachtliche Ersparnis. Im Rahmen der Erfindung kann die Bemessung des Leistungsteilstromes der Festbettreaktorstufe optimiert werden. Durch Bemessung des Denitrifikationsteil stromes kann die Adsorptionsstufe in bezug auf die Stick stoff-Reduktion sehr weitgehend optimiert werden, ohne daß eine Beeinträchtigung der Funktion der Adsorptionsstufe in bezug auf den Adsorptionsvorgang in Kauf genommen werden müßte.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage für die Reini gung kommunal-gewerblicher Abwässer mit Adsorptionsstufe, Zwischenklärstufe, Festbettreaktorstufe mit Denitrifikations reaktor und Nitrifikationsreaktor, die über Leitungskanäle hintereinander geschaltet sind, wobei an die Zwischenklä rungsstufe ein Belebtschlammabzug angeschlossen ist, der zur Belebtschlammbehandlung führt, und wobei das Abwasser über einen Ablaufkanal abläuft, mit
einem ersten Rückführkanal für einen Teilstrom des be handelten Abwassers der als Leistungsteilstrom in den Denitrifikationsreaktor einführbar ist,
einem zweiten Rückführkanal für einen Teilstrom des be handelten Abwasser, der als Denitrifikationsteilstrom in die Adsorptionsstufe einführbar ist, wobei die Mengen ströme des Leistungsteilstromes einerseits und des Deni trifikationsteilstromes andererseits steuerbar und/oder regelbar sind.

Der erste Rückführkanal und der zweite Rückführkanal können bis zur Abzweigung des Leistungsteilstromes zu einem Lei tungskanal zusammengefaßt werden.

Im folgenden werden die beschriebenen und weiteren Merkmale der Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Anlage für die Reinigung kommunal-gewerblicher Abwässer, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird,

Fig. 2 die Festbettreaktorstufe des Gegenstandes nach Fig. 1 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab.

Die in der Fig. 1 dargestellte Anlage ist eine zweistufige Reinigungsanlage für die Reinigung von kommunal-gewerblichem Abwasser. Zur grundsätzlichen Auslegung gehören eine Adsorp tionsstufe 1, eine Zwischenklärstufe 2, eine Festbettreaktor stufe 3 mit Denitrifikationsreaktor 4 und Nitrifikationsreak tor 5 mit Ablauf 6 für das behandelte Abwasser. Die vorge nannten Stufen sind über Leitungskanäle hintereinander ge schaltet. Vorgeschaltet sind eine Grobreinigung 7 und eine Feinreinigung 8, beispielsweise ein Grobrechen und ein Fein rechen. Eine weitere Filterstufe 9, die für die Phosphoreli mination eingerichtet ist, könnte nachgeschaltet sein und ist in den Figuren gestrichelt eingezeichnet.

Man entnimmt der Fig. 1, daß aus der Zwischenklärstufe 2 der Belebtschlamm abgezogen und der Belebtschlammbehandlung 10 zugeführt wird. Man erkennt fernerhin, daß ein erster Teil strom 11 des behandelten Abwassers von dem Ablauf 6 abgezogen und in den Denitrifikationsreaktor 4 wieder eingeführt wird. Das ist der sogenannte Leistungsteilstrom. Ein zweiter Teil strom 12 des behandelten Abwassers wird von dem Ablauf 6 ab gezogen und in die Adsorptionsstufe 1 wieder eingeführt. Das ist der Denitrifikationsteilstrom. Das Verhältnis zwischen dem Leistungsteilstrom einerseits und dem Denitrifikations teilstrom andererseits ist so gewählt, daß in der Adsorp tionsstufe 1 bereits ein erheblicher Teil des im zulaufenden Rohabwasser mitgeführten Stickstoffes in der Adsorptionsstufe 1 abgebaut wird. Der Rest wird in den Denitrifikationsreaktor 4 abgebaut. Man erkennt, daß im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 der Leistungsteilstrom sowie der Denitrifikationsteilstrom durch den gleichen Leitungskanal 13 bis zur Abzweigung 14 des Leistungsteilstromes geführt sind, während der Denitrifik ationsteilstrom über die Leitung 15 weiter bis zur Adsorp tionsstufe 1 geführt wird.

In Fig. 2 ist in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab die Festbettreaktorstufe 3 mit Denitrifikationsreaktor 4 und Nitrifikationsreaktor 5 dargestellt. Die Festbettreaktorstufe wirkt als biologisch intensivierte Filteranlage und bewirkt eine physikalische Reinigung. Der Denitrifikationsreaktor 4 bildet hierbei die erste Filterstufe und der Nitrifikations reaktor 5 bildet die zweite Filterstufe. Im Ausführungsbei spiel nach den Fig. 1 und 2 wird mit einer der Nitrifikation vorgeschalteten Denitrifikation gearbeitet. Grundsätzlich sind im Rahmen der Erfindung auch andere Schaltungen der Denitrifikation möglich. Es liegt beispielsweise im Rahmen der Erfindung eine dritte Filterstufe für eine nachgeschal tete Denitrifikation vorzusehen, wozu zweckmäßigerweise eine externe Kohlenstoffquelle an die dritte Filterstufe ange schlossen ist. Jede Filterstufe kann aus einer oder aus meh reren Filtereinheiten bestehen. Die im Zulauf des Denitrifi kationsreaktors 4 noch enthaltene Kohlenstoffbelastung wird im Denitrifikationsreaktor 4 durch biologische Denitrifika tion abgebaut und gleichzeitig wird der Nitratstickstoff de nitrifiziert. In dem Nitrifikationsreaktor 5 wird die noch vorhandene Kohlenstoffbelastung durch Sauerstoffzufuhr elimi niert und zugleich wird Ammonium nitrifiziert. Im Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 2 wird das behandelte Abwasser wie oben bereits erläutert von dem Ablauf 6 über den Leitungska nal 13 abgezogen. Ein erster Teilstrom 11 wird dem Denitrifi kationsreaktor 4 wieder zugeführt und ein zweiter Teilstrom 12 wird der Adsorptionsstufe 1 wieder zugeführt. Die mengen mäßige Aufteilung der beiden Teilströme ist grundsätzlich in verschiedenen Verhältnissen möglich. In der Adsorptionsstufe 1 und im Denitrifikationsreaktor 4 kann der im Abwasser ent haltene Kohlenstoff zur Denitrifikation genutzt werden und gleichzeitig dabei der Kohlenstoff oxidiert werden. - Der Denitrifikationsreaktor 4 und der Nitrifikationsreaktor 5 können entweder von oben nach unten oder von unten nach oben durchströmt werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden sowohl der Denitrifikationsreaktor 4 als auch der Nitrifika tionsreaktor 5 von unten nach oben durchströmt, was in Fig. 2 durch Pfeile verdeutlicht wurde. Vorzugsweise wird in einer wählbaren Höhe des Filterbetts bzw. Reaktorbetts jeweils Luftsauerstoff über eine Zuführung 16, 17 eingeführt. Der Luftsauerstoff kann durch Reinsauerstoff angereichert werden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird in die erste, von dem Abwasser aufwärts durchströmte Filterstufe Luftsauerstoff über die Zuführung 16 im oberen Bereich des Filterbetts ein geführt. Dadurch weist die erste Filterstufe einen oberen aeroben Teil 18 und einen unteren anoxischen Teil 19 auf. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird im unteren Bereich der zweiten Filterstufe Luftsauerstoff über die Zuführung 17 ein geführt. Hierdurch wird die zweite Filterstufe in einen oberen aeroben Abschnitt 20 und einen unteren anoxischen Ab schnitt 21 unterteilt.

Durch die erfindungsgemäße Rückführung eines Teils des biolo gisch bereits gereinigten Abwassers aus dem Ablauf 6 in die Adsorptionsstufe 1 wird eine beachtliche Verkleinerung der Festbettreaktorstufe 3, insbesondere des Denitrifikations reaktors 4, bei gleicher Leistung im Vergleich zu herkömmli chen Anlagen möglich. Die hierdurch erzielte Raumeinsparung beträgt gegenüber herkömmlichen Anlagen beispielsweise 25%.

Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungsbei spiel, welches erkennen läßt, was das erfindungsgemäße Betriebsverfahren in bezug auf die Leistungserhöhung in der Festbettreaktorstufe, genauer in dem Denitrifikationsreaktor, und außerdem in bezug auf die Denitrifikation erreicht:

Ausführungsbeispiel

Es wird eine Kläranlage gemäß Fig. 1 und gemäß obiger Figu renbeschreibung zur Fig. 1 eingesetzt, die eine Adsorptions stufe, eine Zwischenklärstufe, eine Festbettreaktorstufe mit Denitrifikationsreaktor und nachgeschaltetem Nitrifikations reaktor sowie eine Phosphoreliminationsstufe aufweist. Die Kläranlage ist für einen Anschlußwert von 100.000 Einwohner gleichwerten (EW) bemessen. Außerdem weist die Kläranlage die folgenden Bemessungsdaten auf:

Tageswassermenge (Q_tr)	Q_d,tr = 20.000 m³/d
Spitzenbelastung bei Trockenwetter	Q_tr,h = Q_d,E/ 16 = 1.250 m³/h
Spitzenbelastung bei Regen	Q_r = 2.500 m³/h

Im Rahmen des Ausführungsbeispiels wird ein übliches kommuna les Abwasser mit normaler Belastung eingesetzt. - Die Anlage wird zunächst mit einer Rückführung des ersten Teilstromes (Leistungsteilstrom) des behandelten Abwassers in den Deni trifikationsreaktor gefahren aber ohne Rückführung des zwei ten Teilstromes (Denitrifikationsteilstrom) in die Adsorp tionsstufe.

Das Volumen der Adsorptionsstufe beträgt 750 m³. Die BSB₅- Reinigungsleistung der Adsorptionsstufe beträgt 55% bei einem Sauerstoffgehalt von ≧ 0,2 mg/l. Hinsichtlich der bio logischen Belastung weist die Adsorptionsstufe einen BSB₅-Zu lauf von 6.000 kg BSB₅/d auf. Die Raumbelastung der Adsorp tionsstufe beträgt 8 kg BSB₅/m³d. Die Biomasse im Bele bungsbecken der Adsorptionsstufe weist einen Wert von 2 kg TS/m₃ auf (TS = Trockensubstanz). Die Schlammbelastung der Adsorptionsstufe beträgt 4 kg BSB₅/kg TS.

Das Volumen der Zwischenklärstufe weist einen Wert von 1.875 m³ auf und der Ablauf aus der Zwischenklärstufe zur Fest bettreaktorstufe beträgt im Mittel 137,5 mg BSBs/l.

In der Adsorptionsstufe wird eine Stickstoffreduktion von 23 % erreicht. Die zu denitrifizierende Stickstofffracht beträgt insgesamt N_D = 33 mg/l. Die Denitrifikation dieser Stick stofffracht findet im Denitrifikationsreaktor statt. Hierzu ist ein Volumen des Denitrifikationsreaktors von 1.100 m³ er forderlich. Insoweit ergibt sich bezüglich des Zulaufs zum Denitrifikationsreaktor ein BSB₅/N_D-Wert von 4,1.

Eine Entlastung des Denitrifikationsreaktors wird erreicht, wenn ein Teilstrom des in der Festbettreaktorstufe behandel ten Abwassers von dem Ablauf der Festbettreaktorstufe abgezo gen und in die Adsorptionsstufe eingeführt wird. Werden 25% dieses behandelten Abwassers in die Adsorptionsstufe einge führt, so findet eine beachtliche Denitrifikation bereits in der Adsorptionsstufe statt. Auf diese Weise können in der Ad sorptionsstufe bereits 8,3 mg N/l denitrifiziert werden, so daß von den 33 mg N/l lediglich 24,8 mg N/l für die Denitri fikation in dem Denitrifikationsreaktor verbleiben. Dement sprechend kann der Denitrifikationsreaktor wesentlich kleiner ausgeführt werden und im Ergebnis um 25% seines Volumens verkleinert werden. Werden nach dem erfindungsgemäßen Verfah ren 25% des behandelten Abwassers der Adsorptionsstufe zuge führt, so beträgt das erforderliche Volumen des Denitrifika tionsreaktors lediglich 833 m³. Der BSB₅/N_D-Wert bezüglich des Zulaufs zum Denitrifikationsreaktor verbessert sich von 4,1 auf 5,5.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer zweistufigen Reinigungsanlage für die Reinigung von kommunal-gewerblichem Abwasser mit Rohabwasser-Zulauf und Belebtschlammabzug, welche Reinigungs anlage
eine Adsorptionsstufe,
eine Zwischenklärstufe,
eine Festbettreaktorstufe mit Festbett-Denitrifikations reaktor und Festbett-Nitrifikationsreaktor mit Ablauf für das behandelte Abwasser aufweist,
wobei die vorgenannten Stufen über Leitungskanäle hinterein ander geschaltet sind, - mit den Merkmalen

1.1) aus der Zwischenklärstufe wird der Belebtschlamm abgezogen,
1.2) ein erster Teilstrom des behandelten Abwassers wird von dem Ablauf abgezogen und in die Denitrifika tionsstufe wieder eingeführt (Leistungsteilstrom),
1.3) ein zweiter Teilstrom des behandelten Abwassers wird von dem Ablauf abgezogen und in die Adsorp tionsstufe wieder eingeführt (Denitrifikationsteil strom) ,

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Leistungsteilstrom sowie der Denitrifikationsteilstrom durch den gleichen Strö mungskanal bis zur Abzweigung des Leistungsteilstromes ge führt und der Denitrifikationsteilstrom nach der Abzweigung der Adsorptionsstufe zugeführt wird.

3. Anlage für die Reinigung von kommunal-gewerblichem Abwas ser mit Adsorptionsstufe (1), Zwischenklärstufe (2), Fest bettreaktorstufe (3) mit Denitrifikationsreaktor (4) und Nitrifikationsreaktor (5), die über Leitungskanäle hinterein ander geschaltet sind, wobei an die Zwischenklärungsstufe (2) ein Belebtschlammabzug angeschlossen ist, der zur Belebt schlammbehandlung (10) führt, und wobei das Abwasser über einen Ablaufkanal abläuft, mit
einem ersten Rückführkanal für einen ersten Teilstrom (11) des behandelten Abwassers der als Leistungsteil strom in den Denitrifikationsreaktor (4) einführbar ist,
einem zweiten Rückführkanal für einen zweiten Teilstrom (12) des behandelten Abwassers, der als Denitrifika tionsteilstrom in die Adsorptionsstufe (1) einführbar ist, wobei die Mengenströme des Leistungsteilstromes einerseits und des Denitrifikationsteilstromes anderer seits steuerbar und/oder regelbar sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, wobei der erste Rückführkanal und der zweite Rückführkanal bis zur Abzweigung (14) des Leistungsteilstromes zu einem Leitungskanal (13) zusammenge faßt sind.