DE19702521C1

DE19702521C1 - Vorrichtung zur intensivierten biologischen Abwasseraufbereitung

Info

Publication number: DE19702521C1
Application number: DE1997102521
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Boenisch; Peter Dr Ing Bracher; Juergen Dipl Ing Augustin; Juergen Dr Ing Holz; Thomas Dipl Ing Wegner; Gerhard Bortmann; Elke Dr Rer Nat Boschke
Original assignee: Agro Drisa Recycling Von GmbH
Current assignee: Agro Drisa Recycling Von GmbH
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2017-01-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur intensivierten biologischen Abwasseraufbe reitung mit frei beweglichen Aufwuchstauchkörpern in Kombination mit Mischein richtungen und Belüftung. Es werden frei bewegliche Aufwuchstauchkörper mit be siedlungsfreundlicher Oberfläche für die Immobilisation von spezifischen Mikroorga nismen im Abwasserbereich eingesetzt.

Für die Reinigung von Abwässern in Kläranlagen werden verschiedene Verfahren an gewandt. Bekannt sind das Belebtschlammverfahren ohne künstliche oder zusätzliche Aufwuchsflächen und eine Reihe von Verfahren, die Aufwuchsflächen gezielt in den Reaktoren einsetzen. Der Einsatz der sogenannten Trägerbiologie ist nötig, um die Klärprozesse zu intensivieren.

Dazu sind Tropfkörperverfahren, Tauchkörperverfahren, Festbettreaktoren und der Ein satz von frei beweglichen Aufwuchstauchkörpern bekannt. Diese Reaktoren werden auch als Biofilmreaktoren bezeichnet.

Die Vor- und Nachteile der Verfahren sind in DD 2 85 333 A5 beschrieben. In der zi tierten Schrift wird ein Verfahren unter Einsatz von frei beweglichen Aufwuchsträgern vorgeschlagen, welches mit schwimmenden Aufwuchstauchkörpern arbeitet, die zu 1/3 bis 2/3 über die Wasseroberfläche hinausragen. Für die Durchmischung und Benetzung der Aufwuchstauchkörper sorgt eine Welle in horizontaler Lage mit scheibenförmigen Körpern, insbesondere in Form einer Förderschnecke.

Ausgestaltungen von Tauchkörperverfahren sind vielgestaltig und in EP 29 19 221, EP 0 198451 und in EP 0 385 011 beschrieben. Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß sie einen rotierenden Tauchkörper besitzen, dessen Achse horizontal angeordnet ist. In der WO 92/01636 ist ein Verfahren beschrieben, welches in verschiedenen, räumlich von einander getrennten Stufen nach dem Tauchkörperverfahren arbeitet.

In der Schrift WO 93/22244 ist ein Tauchkörperverfahren beschrieben, welches inner halb von abgegrenzten Zonen des Rotationskörpers die Tauchkörper als frei bewegliche Aufwuchsträger beinhaltet.

Mit in einem Rotationskörper eingeschlossenen Aufwuchstauchkörpern arbeitet auch die Lösung in WO 86/05770.

Ein ähnliches Verfahren wird in EP 32 38 366 vorgeschlagen, hier sind die Aufwuchsträger in Kammern festbettähnlich angeordnet und das rotierende Festbett ist wechselweise von Luft und Abwasser durch den veränderlichen Pegel des Abwassers umgeben. Weiterhin ist die Trennung in verschiedene Zonen beschrieben und auch ap parativ vorgegeben.

Die Kompaktierung der Aufwuchsflächen von Tauchkörperanlagen in den kritischen Zonen bewirkt Funktionsstörungen bei der Durchmischung und Abscheidung und führt zu einer Reduzierung der Reinigungsleistung und ist als Nachteil der Trägerfixierung zu nennen. Bei dicken Biofilmen ist die Diffusion begrenzt und die Verstopfungsgefahr der Träger groß. Die Abbauprozesse sind dann schwer steuerbar.

Deshalb werden konventionelle Belebtschlammverfahren trotz des hohen Flächenbe darfs am häufigsten realisiert.

Weitere wichtige Kriterien für die Effektivität von Klärprozessen, sind die Durch mischung und der Lufteintrag beim Prozeß. Dafür werden ebenfalls verschiedene Lö sungen beschrieben. In DE 42 38 912 A1 wird die Konstruktion eines Rotationssystems vorgeschlagen, durch welches auf einfache Art und Weise Turbulenzen und Lufteintrag ermöglicht werden.

Bereits angesprochen wurden die verschiedenen Abbaureaktionen mit ihren unter schiedlichen Abbaubedingungen und damit verbunden, den spezifischen Reaktionszo nen. Die zonale Trennung von Phosphor und Stickstoffelimination wird beispielsweise in DE 44 09 435 beschrieben.

Es gibt Ansätze, die Vorteile verschiedener Verfahren zu verbinden, zum Beispiel die des Tauchkörperverfahrens und der Belebtschlammanlage. Ein solches Verfahren ist als Stählermatic-Verfahren bekannt. Die Kombination von Vorteilen ist nötig, um steigen den Anforderungen an Einleitwerten von Abwässern gerecht zu werden und dem Tatbe stand Rechnung zu tragen, daß räumliche Erweiterungen der Kläranlagen aus Kosten und Platzgründen meist nicht möglich sind.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Intensivierung des Klärprozesses durch einen maximalen Anteil gut verteilter und verstopfungsfreier Bewuchsflächen im Belebungsbecken bei energetisch optimierter Belüftung zu erreichen.

Die Raumausnutzung innerhalb der Vorrichtung zur biologischen Reinigung soll dabei erhöht werden. Gleichzeitig soll der Energiebedarf für die Belüftung gegenüber be kannten Einrichtungen des Belebtschlammsystems verringert werden. Eine weitere Aufgabe ist die Erhöhung der Verfahrensstabilität gegenüber getauchten und belüfteten Festbetten, ohne jedoch den hohen apparativen Aufwand von Rotationstauchkörpern zu benötigen.

Darüber hinaus soll die Vorrichtung die Ausnutzung der spezifischen Reinigungslei stung unterschiedlicher Populationen von Mikroorganismen in verschiedenen Zonen der Vorrichtung und bei Ansiedlung spezieller Mikroorganismen insbesondere für den Ammoniumabbau gestatten.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angegeben, Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Konzeption geht von einer Kombination von Vorrichtungsele menten für das Belebtschlammverfahren mit feinblasiger Belüftung, sowie für das Ver fahren mit frei beweglichen Aufwuchstauchkörpern und einer speziellen Mischeinrich tung aus.

Im Abwasserbehandlungsbecken sind frei bewegliche Aufwuchstauchkörper als Bio filmträger mit aktivierter Oberfläche für die Immobilisation von spezifischen Mikroor ganismen in Kombination mit suspendierten Belebtschlammflocken eingebracht und erhöhen die Konzentration von biologisch aktiven Mikroorganismen gegenüber einem Becken mit ausschließlich suspendiertem Belebtschlamm.

Das Abwasserbehandlungsbecken wird vom Abwasser durchströmt und enthält eine Rückhaltevorrichtung für die frei beweglichen Aufwuchstauchkörper.

Durch mechanische Einwirkungen einerseits und biologischen Aufwuchs andererseits wird eine Biofilmstärke auf den Aufwuchsträgern angestrebt, die ein günstiges Verhält nis von Oberfläche und Belüftungsintensität ermöglicht, wobei Aufwuchs und Ablösen bzw. Abrieb in ein Gleichgewicht gebracht wird, das einen optimalen Stofftransport in relativ dünnen Biofilmen und eine relative Gleichverteilung der immobilisierten Mi kroorganismen auf den Bewuchsflächen erzielt.

Die Bewegung der Mischeinrichtung begrenzt das Dickenwachstum des Biofilms auf den frei beweglichen Aufwuchstauchkörpern mit Hilfe der mechanischen Beanspru chung der relativ zueinander bewegten Aufwuchstauchkörper infolge Turbulenz und Abrieb und sorgt somit für die Optimierung von Stofftransport, Sauerstoffversorgung und Abbauleistung.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Anlage gemäß Anspruch 1 werden die wirk samen Bewuchsflächen bei verbesserten Besiedlungsbedingungen für spezielle Mikro organismen vergrößert. Das wird durch den Einsatz spezieller Materialien für die Auf wuchstauchkörper, wie Xylith und HDPE-REC, siehe Anspruch 2 und 3, realisiert.

Durch die spezielle Mischeinrichtung, bestehend aus strahlenförmig angeordneten Trä gern mit an diesen Trägern vorgesehenen Paddeln, findet sowohl eine relative Gleich verteilung der schwebenden Aufwuchstauchkörper in den gewünschten Zonen des Be handlungsbeckens, als auch das portionsweise Durchlüften der Biofilme durch schöpfendes Herausheben eines Teiles der Aufwuchstauchkörper aus dem Wasser in die Atmosphäre gemäß Anspruch 7 bis 10 statt.

Die höhere Biomassekonzentration ermöglicht die Verkleinerung der Reaktionsräume und des Nachklärvolumens. Es wird eine hohe Prozeßstabilität gegenüber schwanken den Zulaufbedingungen durch gleichmäßige Verteilung der Biomasse auf dem Träger material erreicht. Die Nitrifikation und simultane Denitrifikation im Biofilm wird un terstützt durch anoxische Teilzonen und intermittierende Belüftung. Durch die Anrei cherung des Biofilms mit langsam wachsenden Organismenarten kommt es zur weite ren Elimination schwer abbaubarer organischer Stoffe. Die Bläh- und Schwimm schlammbildung wird somit gering gehalten.

Der biologisch entstehende Klärschlamm ist mengenmäßig reduziert gegenüber dem biologischen Überschußschlamm eines Belebtschlammsystems mit ausschließlich sus pendierten Flocken der Mikroorganismen. Er genügt bei Schlammstabilisierung den Anforderungen an eine landwirtschaftliche Klärschlammverwertung.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die unproblematische ex tensive Erweiterung von bestehenden Anlagen durch die Gestaltung beliebig großer Abwasserbehandlungsbecken in horizontaler Richtung (hintereinander, nebeneinander) im Gegensatz zu Vorrichtungen, die an vertikale Abwasserströme gebunden sind und somit durch die Bauhöhe technisch und ökonomisch eingeschränkt sind.

Das Schlammalter ist durch Trägerfixierung erhöht und Nitrifikanten können besser wachsen, woraufhin die Reinigungsleistung steigt und die Verweilzeiten des Abwassers verkürzt werden.

Die Erhöhung des sauerstoffzehrenden Flächenanteils hat zur Folge, daß im Über gangsbereich von oxischer zu anoxischer Betriebsweise analog zum Verfahren der simultanen aeroben Schlammstabilisierung gearbeitet werden kann. In den anoxischen Teilzonen wird die Denitrifikation, die simultane Schlammstabilisierung und biologi sche Phosphorelimination des Belebungsvolumens erweitert und gezielt gefördert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die einfache Erweiterung der Kapazität bestehender Anlagen durch Integration der neu entwickelten Komponenten und die wirkungsvolle Elimination der Stickstoff- und Phosphorverbindungen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehöri gen Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 Abwasserbehandlungsbecken mit Paddeln

Fig. 2 Abwasserbehandlungsbecken mit zwei Zonen, verschiedenen Aufwuchstauchkörpern und Paddeln und zusätzlicher Belüftungseinrichtung

Fig. 3 Schematische Darstellung eines Abwasserbehandlungsbeckens mit 3 Zonen

Fig. 4 Schnittprofile von Paddeln.

Eine Einbeckenanlage zur intensivierten biologischen Abwasseraufbereitung mit Hilfe von frei beweglichen Aufwuchstauchkörpern 2, mechanischer Durchmischung 3, 7 und zonalem Belebtschlammanteil 6 in einem mit Abwasser 4 gefülltem Reaktionsraum geht aus den Fig. 1 hervor. Die Mischeinrichtung 7 kann mit Paddeln 3, die verschie dene Profile besitzen können, beispielsweise nach Fig. 4, ausgeführt sein. Die Einbeckenanlage kombiniert die Hoch- und Schwachlaststufe der Abwasseraufberei tung und wird mit oder ohne (in der dargestellten Anlage) zusätzlicher Belüftung über den Boden ausgeführt. Die Aufwuchstauchkörper 2 bestehen aus Xylith, ein Naturstoff in Form fossiler Pflanzenreste, die als Abprodukt bei der Braunkohlenförderung anfal len und preiswert verfügbar sind und besonders Nitrifikanten immobilisieren. Die wei terhin in Fig. 1 eingetragenen Bezugszeichen 1 und 5 stehen für das Abwasserbehand lungsbecken 1 bzw. für die Rückhaltevorrichtung 5.

Eine Anlage in der Kombination von Mischeinrichtung 7 mit Paddeln 3 und frei be weglichen Aufwuchstauchkörpern 2 sowie Belebtschlammanteil 6 ist in Fig. 2 darge stellt. In getrennten Reaktionsräumen, die jeweils eine Mischeinrichtung 7 mit Paddeln 3 aufweisen, werden spezifische Mikroorganismen immobilisiert. Das Abwasserbe handlungsbecken 1 ist durch eine Trennwand 10 in zwei Zonen 8 und 9 geteilt, die am Boden des Abwasserbehandlungsbeckens durch Öffnungen miteinander in Verbindung stehen. Als Bodenrückhaltevorrichtung 12 für Aufwuchstauchkörper 2 wirkt ein siebar tiger Einbau, welcher durch eine speziell gerichtete Lufteintragsdüse 13 von Verstop fungen freigehalten wird. Die Zonen werden durch Mischeinrichtungen 7, welche so wohl als Paddel 3, als auch als andere rotierende Tauchkörper ausgeführt sein können, durchmischt. Am geometrischen äußeren Umfang der Mischeinrichtungen sind Bürsten bzw. Abstreifer 14 installiert, um die Rückhaltevorrichtung 5 von Aufwuchstauchkör pern 2 freizuhalten. Die Rückhaltevorrichtung 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Tauchwand ausgeführt. Für eine zusätzliche Belüftung bzw. den Luftsauerstoffeintrag sind Belüftungseinrichtungen 11 am Boden des Abwasserbehandlungsbeckens 1 vorge sehen. Der Eintrag von Luftsauerstoff wird zellenspezifisch über Verdichter geregelt.

Die Schaffung optimaler spezifischer Lebensbedingungen für die Mikroorganismen in den Reaktionszellen zum Schmutzfracht- und Nährstoffabbau ist durch die Variation des Trägermaterials, dessen Anteil am Gesamtvolumen und dem Sauerstoffeintrag durch Verdichter und oder mechanischer Umwälzung gegeben. Dabei wird die Sauer stoffzufuhr zu den Aufwuchsflächen der Aufwuchstauchkörper 2 durch das Heraushe ben derselben bzw. die schöpfende Wirkung der Paddel (Schöpfprofile) 3 erreicht. Das Herausheben der Aufwuchstauchkörper 2 und das anschließende Untertauchen an einer anderen Stelle der jeweiligen Zone 8, 9 gewährleistet einen intensivierten Belüftungsef fekt. Eine bessere Sauerstoffausnutzung wird außerdem durch die sich zusammenbal lenden und zu einem losen, flächigen Verbund zusammenwachsenden Aufwuchstauch körper 2 durch das Zurückhalten und Behindern des Aufperlens der am Boden über die Belüftungseinrichtungen 11, 13 eingetragenen Luftblasen ermöglicht.

Als Aufwuchstauchkörper 2 werden in der ersten Zone 8 Körper aus HDPE-Rec, einem Kunststoffrecyclingmaterial mit strukturierter Oberfläche und in der zweiten Zone 9 Körper aus Xylith eingesetzt. Die Materialauswahl für die Aufwuchstauchkörper 2 un terstützt in den Zonen die Nitrifikation, Denitrifikation und Schlammstabilisierung.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine 3-stufigen Abwasserbehandlungsanlage. Auf zwei Zonen 8, 9 mit über die ganze Höhe arbeitenden Mischeinrichtungen 7 folgt eine Zone 15 mit zwei gegenläufigen, intensiv an der Flüssigkeitsoberfläche Luftsauer stoff eintragenden Mischeinrichtungen 7.

Bezugszeichenliste

1 Abwasserbehandlungsbecken
2 frei bewegliche Aufwuchstauchkörper
3 Paddel (Schöpfprofile)
4 Abwasser
5 Rückhaltevorrichtung für frei bewegliche Aufwuchstauchkörper
6 Belebtschlammanteil
7 Mischeinrichtungen
8 Zone 1
9 Zone 2
10 Trennwand
11 Belüftungseinrichtungen
12 Bodenrückhaltevorrichtung
13 Lufteintragsdüse
14 Bürste / Abstreifer
15 Zone 3

Claims

1. Vorrichtung zur intensivierten biologischen Abwasseraufbereitung, wobei zur Abwasseraufbereitung frei bewegliche Aufwuchstauchkörper (2) als Biofilmträger bzw. Aufwuchsflächen gemeinsam mit einem Belebt schlammanteil (6) vorhanden sind, und eine Mischeinrichtung (7) mit Ele menten (3) zum zusätzlichen schöpfenden Herausheben eines Teiles der Aufwuchstauchkörper (2) vorgesehen ist und die frei beweglichen Auf wuchstauchkörper (2) eine besiedlungsfreundliche Oberfläche für die Immobilisation von zonenspezifischen Mikroorganismen im Abwasserbe reich (4) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frei beweglichen Aufwuchstauchkörper (2) aus Xylith bestehen und Nitrifikanten bevorzugt immobilisieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frei beweglichen Aufwuchstauchkörper (2) aus Kunststoffrecyclingmaterial mit strukturierter Oberfläche, Hochdruck polyethylen HDPE-REC, bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwuchstauchkörper (2) durch einen geringen Dichteunterschied zum Abwasser (4) bei relativer Gleichverteilung der schwebenden Aufwuchstauchkörper (2) in den gewünschten Zonen des Behandlungsbeckens darin schwimmend und/oder schwebend angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasserbehandlungsbecken (1) durch eine Trennwand (10) in mindestens zwei Zonen (8, 9) geteilt ist, die am Bo den des Abwasserbehandlungsbecken (1) durch Öffnungen miteinander in Verbindung stehen und in den Zonen (8, 9) Mischeinrichtungen vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwuchstauchkörper (2) in der ersten Zone (8) aus HDPE-REC und in der zweiten Zone (9) aus Xylith bestehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (7) Paddel (3) enthält, wobei die Paddel so angeordnet und gestaltet sind, daß sich während des Mischvorganges die Aufwuchstauchkörper (2) zeitweise innerhalb und außerhalb des Abwassers (4) befinden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Paddel aus perforierten und wasser durchlässigen Flächen oder flächigen Formkörpern bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässigen Flächen als Loch bleche ausgeführt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Paddel in unterschiedlichem Abstand vom Mittelpunkt der rotierenden Mischeinrichtung (7) starr oder beweglich angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zonale Misch- (7) und Trenneinrich tungen (10) für die frei beweglichen Aufwuchstauchkörper (2) enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine zusätzliche Belüftung Belüftungs einrichtungen (11) am Boden des Abwasserbehandlungsbeckens (1) vorge sehen sind, wobei der Eintrag von Luftsauerstoff über Verdichter zonenspe zifisch regelbar ist.