DE19717758A1 - Biological purification of waste liquor or sewage in tower - Google Patents

Biological purification of waste liquor or sewage in tower

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Abstract

Biological purification of waste liquor containing carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) compounds comprises using tower, in which the liquor is pumped upwards through 3 zones. Zone 1 is an anaerobic stage, in which organic acids are formed and the liquor is mixed with activated sludge to redissolve P compounds. Zone 2 is an anoxic stage for denitrification and tube circulation. Zone 3 is an aerobic stage for nitrification, increased absorption of P compounds and tube circulation. The activated sludge in the treated liquor is retained and concentrated in a clarification tank and recycled to zone 1 by gravitation, whilst the purified liquor is discharged and the carbon dioxide (CO2) and nitrogen (N2) gases formed are released into the atmosphere. Also claimed is the equipment used above. The clarification tank is situated in the gas dome (1) and is a ring tank (6) with overflow (5) and a ring zone (21), preferably with lamella separator (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Wasser mit einer Verschmutzung von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorver­ bindungen, wobei durch eine mehrstufige, anaerobe, anoxische und aerobe Prozeßführung die Schmutzfrachten mit einem hohen Wirkungsgrad wirtschaft­ lich eliminiert werden.The invention relates to a method for treating water with pollution of carbon, nitrogen and phosphorus bindings, with a multi-stage, anaerobic, anoxic and aerobic Process control the dirt loads with a high efficiency economy be eliminated.

Die zunehmende Belastung von Flüssen, Seen sowie des Grundwassers durch den Eintrag an Stickstoff- und Phosphorverbindungen, insbesondere von industriellen und kommunalen Abwässern, verursacht eine Eutrophierung der Ge­ wässer. Hierbei ist das Grundwasser besonders durch Nitrate toxisch belastet und kann erst nach entsprechender Aufbereitung als Trinkwasser verwendet werden.The increasing pollution of rivers, lakes and groundwater through the entry of nitrogen and phosphorus compounds, especially of industrial and municipal waste water, causes eutrophication of the Ge water. The groundwater is particularly toxic due to nitrates and can only be used as drinking water after appropriate treatment will.

Um die steigenden, strengen Auflagen für den Gewässerschutz zu er­ füllen, müssen viele Abwasserreinigungsanlagen entsprechend nachgerüstet oder ausgebaut werden, wobei durch den Einsatz von zusätzlichen Einrichtungen - insbesondere chemischen Fällungsstationen - sich die Betriebskosten für Energie und Chemikalien erhöhen.To meet the increasing, strict requirements for water protection fill, many wastewater treatment plants have to be retrofitted or be expanded, with the use of additional facilities - especially chemical precipitation stations - the operating costs for energy and increase chemicals.

Darüber hinaus liegen bei vielen Abwässern ungünstige Parameter des Kohlenstoff/Stickstoff- oder des Kohlenstoff/Phosphorverhältnisses vor, so daß eine biologische Behandlung des Wassers nur durch die Zudosierung von zusätzlichen Nährstoffen möglich ist.In addition, there are unfavorable parameters of the in many wastewater Carbon / nitrogen or carbon / phosphorus ratio before, so that biological treatment of the water only by adding additional Nutrients is possible.

Problematisch ist auch die Behandlung von Abwässern mit einem hohen Anteil von Stickstoff- und/oder Phosphorverbindungen, wie dies in vielen Bereichen der Lebensmittelindustrie der Fall ist. Die Nährstoffe werden infolge der geringen Überschußschlammproduktion in der Anaerobstufe kaum reduziert. Beim Stickstoff findet eine Hydrolyse des organischen Stickstoffes zum Ammonium statt. The treatment of waste water with a high level is also problematic Proportion of nitrogen and / or phosphorus compounds, as in many areas is the case in the food industry. The nutrients are low as a result Excess sludge production in the anaerobic stage hardly reduced. With nitrogen hydrolysis of the organic nitrogen to ammonium takes place.  

Um eine weitgehende Denitrifikation zu erreichen, müssen oft externe Kohlenstoffquellen - wie Methanol - zudosiert werden, was hohe Kosten verursacht.To achieve extensive denitrification, often external carbon sources - such as methanol - are added, which is high Costs.

Die Nitrifikation erfolgt durch chemolithotrophe Bakterien in zwei Biosyntheseschritten, und zwar der Nitritation, d. h., der Oxydation von Ammonium zu Nitrit durch Nitrosomonas und der Nitratation, d. h., der Oxydation von Nitrit zu Nitrat durch Nitrobacter. Beide Organismengruppen sind obligat aerob und be­ nötigen CO2 als Kohlenstoffquelle.Nitrification is carried out by chemolithotrophic bacteria in two biosynthesis steps, namely nitritation, ie the oxidation of ammonium to nitrite by Nitrosomonas and nitration, ie the oxidation of nitrite to nitrate by Nitrobacter. Both groups of organisms are obligatory aerobic and require CO 2 as a carbon source.

Die Nitrifikation wird durch die vorgenannten Bakteriengruppen, gemäß den nachstehenden Reaktionen durchgeführt:
Ammoniumoxydation durch Nitrosomonas
The nitrification is carried out by the aforementioned groups of bacteria, according to the following reactions:
Ammonium oxidation by Nitrosomonas

NH4⁺ + 1,5 O2 → NO2⁻ + 2 H⁺ + 352 KJ
NH 4 ⁺ + 1.5 O 2 → NO 2 ⁻ + 2 H⁺ + 352 KJ

Nitritoxydation durch Nitrobacter
Nitrite oxidation by Nitrobacter

NO2⁻ + 0,5 O2 → NO3⁻ + 73 KJ
NO 2 ⁻ + 0.5 O 2 → NO 3 ⁻ + 73 KJ

Die Denitrifikation erfolgt durch eine Vielzahl chemoorganotropher Bakterien, die die Umwandlung von Nitraten zu molekularem Stickstoff durch­ führen.A large number of chemoorganotrophs are used for denitrification Bacteria that convert nitrates to molecular nitrogen to lead.

Der anoxische Prozeß verläuft unter Ausschluß von gelöstem Sauer­ stoff, jedoch in Anwesenheit organischer Substanzen, z. B. Traubenzucker, nach folgender Gleichung:
The anoxic process proceeds with the exclusion of dissolved oxygen, but in the presence of organic substances, for. B. dextrose, according to the following equation:

5C6H12O6 + 24NO3⁻ → 12N2 + 24HCO3⁻ + 6CO2 + 18H2O - 12856 KJ
5C 6 H 12 O 6 + 24NO 3 ⁻ → 12N 2 + 24HCO 3 ⁻ + 6CO 2 + 18H 2 O - 12856 KJ

Für den optimalen Ablauf einer Nitrifikation - Denitrifikation spielt die Temperatur eine bedeutende Rolle, da sich die Reaktionsgeschwindigkeit des jeweiligen Prozesses mit steigender Temperatur wesentlich erhöht. For the optimal course of a nitrification - denitrification plays temperature plays an important role because the reaction rate of the process increases significantly with increasing temperature.  

Obwohl bei der Nitrifikation 2 Mol Wasserstoff frei werden, wird durch die Denitrifikation 1 Mol sowie durch die Hydrolyse von organischen Stickstoff 1 Mol Wasserstoff verbraucht, so daß sich ein pH-Wert von 7 durch die Kopplung der Prozesse bei einer normalen Abwasserbeschaffenheit einstellt.Although 2 moles of hydrogen are released during nitrification, by denitrification 1 mol and by the hydrolysis of organic Nitrogen consumes 1 mole of hydrogen, so that a pH of 7 is achieved sets the coupling of the processes with a normal wastewater quality.

Es ist von Bedeutung, daß den Denitrifikanten ein organisches Substrat wie Essigsäure, Propeinsäure usw. durch eine anaerobe Vorstufe zur Verfügung ge­ stellt wird.It is important that the denitrifiers be an organic substrate such as acetic acid, propenic acid, etc. through an anaerobic precursor is posed.

Die biologische Phosphorelimination ist vom Phosphorgehalt im Schlamm und von der Überschußschlammproduktion abhängig. Für eine vermehrte Phosphor­ aufnahme der polyphosphatspeichernden Bakterien ist die Verfügbarkeit von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen von Bedeutung.The biological phosphorus elimination is based on the phosphorus content in the sludge and dependent on excess sludge production. For an increased phosphorus absorption of the polyphosphate-storing bacteria, the availability of is easy degradable carbon compounds of importance.

Bei einer Verfahrenstechnik, bei der Belebtschlamm den dauernden Wech­ sel von anaeroben und aeroben Prozessen durchläuft, kann bei einem normal zu­ sammengesetzten Abwasser mit einer Phosphorentfernung von etwa 90% gerechnet werden.In a process technology, in the activated sludge the constant change Going through anaerobic and aerobic processes can be normal in one composite wastewater with a phosphorus removal of about 90% will.

Die Phosphataufnahme und das Wachstum polyphosphatspeichernder Bak­ terien ist in einem pH-Wertbereich von 7 bis 8 als optimal zu erwarten, wobei die Bakterien mehr Phosphat aufnehmen als für ihr Wachstum erforderlich ist.The phosphate uptake and the growth of polyphosphate-storing Bak teries is expected to be optimal in a pH range of 7 to 8, with the Bacteria absorb more phosphate than is necessary for their growth.

Eine stabile, weitergehende biologische Phosphorentfernung kann in einem Reaktor nur erzielt werden, wenn vorher, in einer anaeroben Stufe, eine teilweise Phosphatrücklösung aus der Biomasse stattgefunden hat. Die Phosphatrücklösung ist bis zu einem Grenzwert direkt mit der Aufnahme von organischen Substraten wie Propein- und Essigsäure, durch die Biomasse des Belebtschlammes korreliert.A stable, further biological phosphorus removal can be done in one Reactor can only be achieved if previously, in an anaerobic stage, a partial Phosphate redissolution from the biomass has taken place. The phosphate redissolution is up to a limit directly with the inclusion of organic substrates such as Propeinic and acetic acid, correlated by the biomass of the activated sludge.

Für die biologische Reinigung des Abwassers wurden in den letzten 20 Jahren verschiedene Betriebsweisen entwickelt und angewandt, insbesondere, um den Stickstoff zu entfernen.For the biological treatment of wastewater, the last 20 Years of different modes of operation have been developed and applied, in particular to Remove nitrogen.

Es soll hier lediglich die nachgeschaltete-, die vorgeschaltete-, die simul­ tane- und die Kaskaden-Denitrifikation sowie die Nitrifikation mit vorgeschalteter Anaerob- und Denitrifikationsstufe erwähnt werden.It should only be the downstream, the upstream, the simul tane and cascade denitrification and nitrification with upstream Anaerobic and denitrification levels may be mentioned.

Die Behandlung des Abwassers erfolgt meistens in großvolumigen Becken aus Beton, wobei in dem Belebungsbecken mit einer Wassertiefe von 3 bis 6 m im allgemeinen Begasungselemente aus poröser Keramik oder perforiertem Kaut­ schuk für einen feinblasigen Lufteintrag im Bodenraum angeordnet sind.Waste water is mostly treated in large-volume pools made of concrete, whereby in the aeration tank with a water depth of 3 to 6 m in  general fumigation elements made of porous ceramic or perforated chewing schuk are arranged for a fine-bubble air intake in the floor space.

In das Belebungsbecken wird hierbei Schlamm von dem Nachklär­ becken zurückgeführt, um dieses für eine höhere Leistung mit einem Trocken­ stoffgehalt von etwa 3,5 kg/m3 zu betreiben.In the aeration tank, sludge is returned from the secondary clarification tank in order to operate it for a higher output with a dry matter content of about 3.5 kg / m 3 .

Alle Verfahren zeichnen sich jedoch durch hohe Bau- und Betriebs­ kosten aus und können nur dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn eine Rest­ stoffverwertung garantiert werden kann.However, all processes are characterized by high construction and operation cost and can only be used economically if there is a remainder recycling can be guaranteed.

In biologischen Kläranlagen konventioneller Flachbauweise kann daher der mikrobielle Prozeß nicht optimal genutzt werden.In biological sewage treatment plants of conventional flat construction, the microbial process are not used optimally.

Diese Gegebenheiten führten zu der Entwicklung eines kombinierten Hoch­ reaktors mit biologischer Verfahrenstechnik, um hohe Eliminationsgrade bei niedrigen Baukosten zu erzielen.These circumstances led to the development of a combined high reactor with biological process technology to achieve high degrees of elimination at low To achieve construction costs.

Für den biologischen Prozeß im Reaktor wurde das Belebungsverfahren mit vorgeschalteter Anaerob- und Denitrifikationsstufe zu Grunde gelegt, da sich diese Betriebsweise als vorteilhaft bei niedrigen Zulaufwerten des Kohlenstoff/Stickstoff- Verhältnisses, hohen Eliminationsgraden sowie guter Regelbarkeit und günstigen Ab­ setzeigenschaften für den Schlamm ausgezeichnet hat.The activation process was used for the biological process in the reactor upstream anaerobic and denitrification stage as the basis Operating mode as advantageous with low feed values of the carbon / nitrogen Ratio, high degrees of elimination as well as good controllability and favorable Ab has set properties for the sludge.

Für die Belüftung des Abwassers wurde ein radiales Begasungssystem kon­ struiert, das in dem Leitrohr des Schlaufenreaktors der aeroben Stufe angeordnet ist. Durch die Begasung mit diesem Radialstrombelüftern ist eine optimale Verwer­ tung des eingetragenen Sauerstoffes möglich, wobei der Ausnutzungsgrad etwa 70 bis 80% beträgt.A radial gassing system was used for the aeration of the wastewater structured, which is arranged in the guide tube of the loop reactor of the aerobic stage is. The gassing with this radial flow aerator is an optimal recycling tion of the entered oxygen possible, the degree of utilization about 70 is up to 80%.

Durch die in den Radialstrombelüftern erzeugten Turbulenzen wird der Stofftransport für den Sauerstoff innerhalb der Phasengrenzfläche wesentlich ver­ bessert, so daß ein volumetrischer Stoffübergangskoeffizient zwischen 0,5 bis 1,2 s erwartet werden kann.Due to the turbulence generated in the radial flow diffusers Mass transport for the oxygen within the phase interface is significantly ver improves, so that a volumetric mass transfer coefficient between 0.5 and 1.2 s can be expected.

Es wird daher durch das Belüftungssystem eine hohe Dispergierung der Luftblasen mit einem günstigen Koaleszensverhalten bei optimalen Flüssigkeits­ höhen von 25 bis 45 m erzielt. The ventilation system therefore ensures high dispersion of the Air bubbles with a favorable coalescence behavior with optimal liquid heights of 25 to 45 m achieved.  

Um eine größere Reinigungsleistung des Hochreaktors zu erzielen, wurden die einzelnen Stufen des kombinierten Reaktorsystems quasi in einem Nach­ klärbecken integriert, um den Reaktor mit einem Trockenstoffgehalt von 6 bis 10 kg/m3 der Biomassen im Rücklaufschlammkreislauf betreiben zu können. Das Ab­ wasser wird hierbei weitgehend im Kreislauf durch Schwerkraftwirkung innerhalb der Reaktorkonstruktion umgewälzt.In order to achieve a higher cleaning performance of the high reactor, the individual stages of the combined reactor system were quasi integrated in a clarifier to be able to operate the reactor with a dry matter content of 6 to 10 kg / m 3 of the biomass in the return sludge cycle. From the water is largely circulated in the circuit by gravity within the reactor structure.

Die Biomassen werden mittels der vor dem Ringbecken angeordneten Lamellenabscheider zurückbehalten und aufkonzentriert, wobei Dichteströmungen nicht auftreten.The biomass is arranged in front of the ring basin Retain the lamella separator and concentrate it, whereby density flows do not occur.

Durch die vorgenannten Aspekte werden die Raumverhältnisse effektiver genutzt, so daß eine höhere Reinigungsleistung bei einem prozeßstabilen Betrieb mit größerem Schlammalter sowie einem geringeren Überschußschlammanfall bei niedrigen Betriebskosten erwartet werden kann.The above-mentioned aspects make the spatial conditions more effective used, so that a higher cleaning performance with a stable operation with greater sludge age and less excess sludge at low Operating costs can be expected.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung nach Anspruch 1 gelöst, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben sind.The object is achieved by the invention according to claim 1, wherein in advantageous and expedient further developments are specified in the subclaims.

Die Erfindung soll daher nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.The invention is therefore intended below with reference to the accompanying drawings are explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 Einen senkrechten Schnitt durch die Ausführungsform des Hochreaktors mit Schaltschema der externen Aggregate und Apparate; Fig. 1 is a vertical section through the embodiment of the high reactor with circuit diagram of the external units and apparatus;

Fig. 2 eine Draufsicht des Hochreaktors mit ringförmigen Nachklärbecken, Gas­ dom und den Lamellenabscheidern; Figure 2 is a plan view of the high reactor with annular secondary clarifier, gas dom and the lamella separators.

Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch die Nitrifikationsstufe des Hochreaktors Fig. 3 shows a horizontal section through the nitrification stage of the high reactor

Fig. 4 einen waagerechten Schnitt durch die Denitrifikationsstufe des Hochreak­ tors; Figure 4 is a horizontal section through the denitrification stage of the Hochreak tors.

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch einen Radialstrombelüfter. Fig. 5 is a vertical section through a radial flow aerator.

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine modifizierte Ausführungsform des Hochreaktors mit Schaltschema der externen Aggregate und Apparate. Fig. 6 is a vertical section through a modified embodiment of the high reactor with a circuit diagram of the external units and apparatus.

Die Fig. 1 zeigt den Hochreaktor, welcher Höhen zwischen 10 und 60 m erreichen kann, mit dem Gasdom 1, dem Nachklärbecken 6 und 21 mit Ablaufrinne 5, den Lamellenabscheidern 7, der äußeren Reaktorwand 18, der inneren Reaktorwand 19, dem Kegelboden 30, dem anaeroben Prozeßraum 27 mit den kreisförmigen Kaskadenelementen 26 und 28, dem anoxischen Prozeßraum 22 mit den Mischstrahlpumpen 24 und den Leitrohren 23, dem aeroben Prozeßraum 10 mit den Radialstrombelüftern 11 sowie der externen Aggregate 31, 32 und 37.Can Fig. 1 shows the high reactor which heights between 10 and 60 m reach, with the gas dome 1, the settling tank 6 and 21 with gutter 5, the vane-7, the outer reactor wall 18, the inner reactor wall 19, the conical bottom 30, the anaerobic process space 27 with the circular cascade elements 26 and 28 , the anoxic process space 22 with the mixed jet pumps 24 and the guide tubes 23 , the aerobic process space 10 with the radial flow aerators 11 and the external units 31 , 32 and 37 .

Die Fig. 2 zeigt die Draufsicht des Hochreaktors mit dem Ringbecken 6 und der Ablaufrinne 5 des Nachklärbeckens sowie die Anordnung der Lamellenab­ scheider 7 im unteren Bereich das Gasdomes 1. Fig. 2 shows the top view of the high reactor with the ring basin 6 and the discharge channel 5 of the secondary sedimentation tank and the arrangement of Lamellenab separator 7 at the bottom of the gas dome. 1

Aus dem Schnitt der Fig. 3 ist die Anordnung der Radialstrombelüfter 11, die in dem Leitrohr 17 integriert sind, mit Öffnung 20 der aeroben Stufe eines Schlaufenreaktors ersichtlich.The arrangement of the radial flow aerators 11 , which are integrated in the guide tube 17 , with the opening 20 of the aerobic stage of a loop reactor can be seen from the section in FIG. 3.

Aus dem Schnitt der Fig. 4 ist die Anordnung der Strahlpumpen 24 mit den Leitrohren 23 und Öffnung 25 der anoxischen Stufe eines Schlaufenreaktors ersichtlich.The arrangement of the jet pumps 24 with the guide tubes 23 and opening 25 of the anoxic stage of a loop reactor can be seen from the section in FIG. 4.

In dem Schnitt der Fig. 5 ist der konstruktive Aufbau eines Radialstrom­ belüfters 11 mit den scheibenförmigen Hut- und den ringförmigen Leitelementen 13 und 15, den perforierten Radialschläuchen 14, dem Strömungskegel 16 sowie dem Radialrohr 12 dargestellt.In the section of Fig. 5, the structural design of a radial flow is aerator 11 with the disc-shaped hat the annular vanes and 13 and 15, the perforated radial tubes 14, the flow cone 16 and the radial tube 12 is shown.

Die Fig. 6 zeigt den Hochreaktor in modifizierter Ausführung, wobei der Ringraum 21 als anoxischer Prozeßraum ausgebildet und der aeroben Stufe des Prozeßraumes 10 nachgeschaltet ist, jedoch ohne Umwälzpumpe 37 für das Kreislauf­ wasser. Fig. 6 shows the high reactor in a modified version, wherein the annular space 21 is formed as an anoxic process space and the aerobic stage of the process space 10 is connected, but without a circulation pump 37 for the circuit water.

Das zu behandelnde Abwasser wird mittels der Beschickungspumpe 31 über das Dreifachrohr 33 oder das Doppelrohr 42 durch die Düsen 34 in den Prozeßraum 27 der anaeroben Stufe eingespeist und durchströmt den Rohrreaktor innerhalb der Kam­ mern der Kaskadenelemente 26 und 28.The wastewater to be treated is fed by means of the feed pump 31 via the triple pipe 33 or the double pipe 42 through the nozzles 34 into the process chamber 27 of the anaerobic stage and flows through the tube reactor within the chambers of the cascade elements 26 and 28 .

Der Rohrreaktor arbeitet mit Pfropfenströmung, wobei in der anaeroben Stufe organische Säuren gebildet werden und eine Rücklösung der Phosphorverbin­ dungen erfolgt.The tube reactor works with plug flow, being in the anaerobic Stage organic acids are formed and a redissolution of the phosphorverbin takes place.

Nach der anaeroben Behandlung des Abwassers strömt dieses durch die Öffnung 25 in den Prozeßraum 22 und wird dort mittels der Strahlpumpen 24 ange­ saugt, gemischt sowie über die Leitrohre 23 nach dem Schlaufenprinzip in der ano­ xischen Stufe umgewälzt. Gleichzeitig erfolgt mittels der Umwälzpumpe 37 und der Rohrleitung 38 sowie des Doppelrohres 33 eine Einspeisung von Kreislauf­ wasser aus dem Ringraum 21 über die Strahlpumpen 24 in die anoxische Stufe. Das bei der Denitrifikation gebildete Gas Kohlendioxid steigt auf und strömt mit dem behandelten Abwasser durch die Öffnung 20 des Trennelementes 8 in den Prozeßraum 10 der aeroben Stufe.After the anaerobic treatment of the waste water, this flows through the opening 25 into the process chamber 22 and is sucked there by means of the jet pumps 24 , mixed and circulated via the guide tubes 23 according to the loop principle in the ano-xic stage. At the same time by means of the circulation pump 37 and the pipeline 38 and the double pipe 33, circulating water is fed from the annular space 21 via the jet pumps 24 into the anoxic stage. The gas carbon dioxide formed in the denitrification rises and flows with the treated waste water through the opening 20 of the separating element 8 into the process space 10 of the aerobic stage.

In der aeroben Stufe wird das Abwasser mittels der Radialstrombe­ lüfter 11 angesaugt, gemischt, belüftet und mittels des Leitrohres 17 nach dem Schlaufenprinzip umgewälzt, wobei Nitrate gebildet werden und eine erhöhte Auf­ nahme von Phosphorverbindungen erfolgt. Für die Nitrifikation wird die Luft mittels des Verdichters 32 über die Rohrverteilung 36 den Radialstrombelüftern 11 zugeführt.In the aerobic stage, the wastewater is sucked in by means of the Radialstrombe fan 11 , mixed, aerated and circulated by means of the guide tube 17 according to the loop principle, nitrates being formed and an increased absorption of phosphorus compounds taking place. For the nitrification, the air is supplied to the radial flow aerators 11 by means of the compressor 32 via the pipe distribution 36 .

Das Abwasser strömt nach der aeroben Behandlung durch die Öffnung 9 des Trennelementes 8 in die Beruhigungszone 3, wobei das produzierte und einge­ tragene Gas Kohlendioxid und Stickstoff in diesem Raum entgast.After the aerobic treatment, the waste water flows through the opening 9 of the separating element 8 into the calming zone 3 , the gas produced and carried in degassing carbon dioxide and nitrogen in this space.

Das abgeschiedene Gas sammelt sich im Gasraum 3 und wird bei einem Überdruck von 10 mbar über das Regelventil 2 in die Atmosphäre abgeleitet.The separated gas collects in the gas space 3 and is discharged into the atmosphere via the control valve 2 at an excess pressure of 10 mbar.

Durch die übereinander angeordneten Behandlungsstufen erfolgt eine Schlaufenströmung des Abwassers über den Ringraum 21 durch Schwerkraft, da sich im anoxischen Prozeßraum 22 Kohlendioxid bildet und im aeroben Prozeß­ raum 11 Luft eingetragen wird.Due to the stacked treatment stages, a loop flow of the waste water takes place via the annular space 21 by gravity, since 22 forms carbon dioxide in the anoxic process space and 11 air is introduced into the aerobic process space.

Das Abwasser tritt mit einem hohen Anteil von zurückbehaltenen Bio­ massen über den Ringspalt 29 in den anaeroben Prozeßraum 27 ein.The wastewater occurs with a high proportion of retained organic masses via the annular gap 29 in the anaerobic process space 27 .

Für die Aufkonzentrierung der Biomassen sind die Lamellenabscheider 7 maßgebend, da auf den schräggestellten Lamellenplatten der Belebtschlamm bei dem Durchströmen des Abwassers abrutscht und somit im Ringraum 21 sowie im Boden­ bereich des Hochreaktors sedimentiert.The lamella separators 7 are decisive for the concentration of the biomass, since the activated sludge slips on the inclined lamella plates when the wastewater flows through and thus sediments in the annular space 21 and in the bottom area of the high reactor.

Die Konzentration des Trockenstoffgehaltes der Biomassen regelt sich im Absetzbereich weitgehend von selbst, wobei sich ein Festwert, der von den Fracht­ schwankungen abhängig ist, einstellt.The concentration of the dry matter content of the biomass is regulated in the Settling area largely by itself, with a fixed value depending on the freight is dependent on fluctuations.

Bei einer Aufkonzentration der Biomassen von mehr als 10 kg/m3 wird der Überschußschlamm mittels des Regelventiles 40 abgeschlammt.With a concentration of the biomass of more than 10 kg / m 3 , the excess sludge is bled off by means of the control valve 40 .

Das gereinigte Abwasser fließt aus dem Ringbecken 6 in die Ablaufrinne 5 des Nachklärbeckens und wird dort über die Rohrleitung 39 in den Vorfluter einge­ leitet. The cleaned wastewater flows from the ring basin 6 into the drainage channel 5 of the secondary clarification basin and is conducted there via the pipeline 39 into the receiving water.

Literaturliterature

1. Biologische Stickstoff- und Phosphorelimination in Abwasserreinigungs­ anlagen, Veröffentlichungen des Institutes für Stadtbauwesen, der TU Braunschweig, Heft 42, März 1987;
2. Anaerob-aerobe Behandlung von Kartoffelstärkeabwässern mit Stickstoff­ elimination über Nitrit. 4. Hannoversche Industrieabwassertagung, am 18./19.09.1991, Veröffentlichungen des Institutes für Siedlungswasser- Wirtschaft und Abfalltechnik, UNI Hannover, Heft 80;
3. K. Schügerl, Apparatetechnische Aspekte der Kultivierung von Einzellern in Turmreaktoren, Chem.-Ing.-Technik 55 (1983) Nr. 2, Seiten 123-134;
4. Allgemeine Literatur für den Bereich "Weitergehende Abwasserreinigung", z. B. von Bever-Stein-Teichmann, 3. Auflage, Ausgabe 1995;
5. Taschenbuch der Stadtentwässerung, von Karl und Klaus Imhoff, 28. Auflage, Ausgabe 1993;
6. Biologische Reinigung von Abwässern mit hohen Konzentrationen an organi­ schen Verbindungen und Ammonium, Bericht des Institutes für Chemie­ technik der TU Berlin, Verfasser: Prof. Dr. Udo Wiesmann;
7. Neues Verfahren zur Stickstoffentfernung in Kläranlagen mit biologischer Reinigungsstufe, ATV-Korrespondens Abwasser, 41 Jahrgang Nr. 12, 1994.1. Biological nitrogen and phosphorus elimination in wastewater treatment plants, publications by the Institute for Urban Development, TU Braunschweig, issue 42, March 1987;
2. Anaerobic-aerobic treatment of potato starch wastewater with nitrogen elimination via nitrite. 4th Hanover Industrial Waste Water Conference, on September 18/19, 1991, publications by the Institute for Urban Water Management and Waste Technology, UNI Hannover, Issue 80;
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7. New process for nitrogen removal in sewage treatment plants with a biological purification stage, ATV Correspondent Wastewater, 41 Volume No. 12, 1994.

Claims (24)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser mit Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen, bei dem das Abwasser einen Reaktor durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in die anaerobe Stufe des ersten Reaktionsraumes eines Rohrreaktors zur Bildung von organischen Säuren gepumpt wird und dort gleichzeitig mit Belebtschlamm zur Rücklösung von Phosphorverbindungen gemischt wird und den Rohrreaktor durchströmt und dann in die darüber liegende anoxische Stufe des zweiten Reaktionsraumes zur Denitrifikation und Umwälzung nach dem Schlaufenprinzip überführt wird und dann in die darüber liegende aerobe Stufe des dritten Reaktionsraumes zur Nitrifikation und erhöhten Aufnahme der Phosphorverbindungen überführt und dort nach dem Schlaufenprinzip umgewälzt wird und der Belebtschlamm des be­ handelten Abwassers innerhalb des Nachklärbeckens zurückbehalten und aufkon­ zentriert wird und durch Schwerkraftwirkung dem ersten Reaktionsraum der anaeroben Stufe der übereinander im Nachklärbecken angeordneten Reaktions­ räume zugeführt wird, wobei das gereinigte Abwasser über das Nachklärbecken abgeführt wird sowie eine Ableitung der gebildeten Gase CO2 und N2 in die Atmosphäre erfolgt.1. A method for the biological purification of waste water with carbon, nitrogen and phosphorus compounds, in which the waste water passes through a reactor, characterized in that the waste water is pumped into the anaerobic stage of the first reaction chamber of a tubular reactor to form organic acids and there at the same time is mixed with activated sludge to redissolve phosphorus compounds and flows through the tubular reactor and then is transferred to the anoxic stage of the second reaction chamber above for denitrification and circulation according to the loop principle and then into the aerobic stage of the third reaction chamber above for nitrification and increased absorption of the phosphorus compounds is transferred and circulated there according to the loop principle and the activated sludge of the treated wastewater is retained within the secondary settling tank and is concentrated and by gravity the first reaction chamber of the anaerobic stage e of the reaction chambers arranged one above the other in the secondary clarifier is fed, the purified waste water being discharged via the secondary clarifier and the gases CO 2 and N 2 formed being discharged into the atmosphere. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die An­ ordnung der übereinander liegenden Prozeßräume eine Schlaufenströmung des abgeschiedenen Belebtschlammes im Nachklärbecken mittels der Auftriebskraft der anoxischen und der aeroben Stufe erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the An order of the superimposed process rooms a loop flow of separated activated sludge in the secondary clarifier by means of the buoyancy the anoxic and the aerobic stage. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Konzentration der Biomassen durch die Abscheidung des Belebtschlammes inner­ halb des Nachklärbeckens mittels Lamellenabscheidern oder ähnlichen Vorrich­ tungen erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the increase in Concentration of the biomass through the separation of the activated sludge inside half of the clarifier by means of lamella separators or a similar device is done. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein optimaler Trockenstoffgehalt der Biomassen in Abhängigkeit der Frachtschwankungen des Zulaufes im Absetzbereich des Nachklärbeckens einstellt. 4. The method according to claim 1, characterized in that there is an optimal Dry matter content of the biomass depending on the freight fluctuations of the Inlet in the settling area of the secondary clarifier.   5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Deni­ trifikations-Nitrifikationsstufen übereinander angeordnet werden, wobei die turm­ artige Ausführung der Reaktorkaskade in dem Nachklärbecken angeordnet ist.5. The method according to claim 1 to 5, characterized in that several deni Trification nitrification stages can be arranged one above the other, with the tower like execution of the reactor cascade is arranged in the clarifier. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die in dem Leitrohr (17) des Schlaufenreaktors der aeroben Stufe angeordneten Radial­ strombelüfter (11) eingetragene Luft mit einem hohen Grad dispergiert und ein günstiges Koaleszensverhalten erzielt wird.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that through the arranged in the guide tube ( 17 ) of the loop reactor of the aerobic stage radial flow aerator ( 11 ) dispersed air is dispersed to a high degree and a favorable coalescence behavior is achieved. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die konstruktive Anordnung der tellerförmigen Hutelemente (13) und der ringförmigen Leitelemente (15) in den Radialstrombelüftern (11) Turbulenzströme erzeugt werden, so daß ein hoher Stoffübergang für den Sauerstoff erzielt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the constructive arrangement of the plate-shaped hat elements ( 13 ) and the annular guide elements ( 15 ) in the radial flow aerators ( 11 ) turbulence flows are generated, so that a high mass transfer for the oxygen is achieved. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachklärbecken im Bereich des Gasdomes (1) als Ringbecken (6) mit der Ab­ laufrinne (5) und dem Ringraum (21) zweiteilig in dem Hochreaktor ausgebildet ist.8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the secondary clarifier in the region of the gas dome ( 1 ) as an annular basin ( 6 ) with the gutter ( 5 ) and the annular space ( 21 ) is formed in two parts in the high reactor. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenabscheider (7) im oberen Bereich des Reaktors vor dem Ringbecken (6) des Nachklärbeckens angeordnet sind.9. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the lamella separator ( 7 ) are arranged in the upper region of the reactor in front of the ring tank ( 6 ) of the secondary clarifier. 10. Vorrichtung zur Durchführung der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (21) durch die zylinderische Wand (19) der Prozeßräume und der beabstandeten zylinderischen, äußeren Reaktorwand (18) ausgebildet ist.10. Device for carrying out claims 1 to 6, characterized in that the annular space ( 21 ) through the cylindrical wall ( 19 ) of the process spaces and the spaced cylindrical, outer reactor wall ( 18 ) is formed. 11. Vorrichtung zur Durchführung der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochreaktor aus dem ersten Prozeßraum (27) des Rohrreaktors der anaeroben Stufe und dem darüber liegenden zweiten Prozeßraum (22) des Schlaufenreaktors der anoxischen Stufe sowie dann dem noch darüber liegenden dritten Prozeßraum (10) des Schlaufenreaktors der aeroben Stufe ausgebildet ist, wobei die Prozeßräu­ me (10, 22, 27) über die Öffnungen (9, 20, 25, 29) miteinander in Verbindung stehen. 11. Apparatus for carrying out claims 1 to 6, characterized in that the high reactor from the first process chamber ( 27 ) of the tubular reactor of the anaerobic stage and the second process chamber ( 22 ) above it of the loop reactor of the anoxic stage and then the third one above it Process space ( 10 ) of the loop reactor of the aerobic stage is formed, the process spaces ( 10 , 22 , 27 ) communicating with one another via the openings ( 9 , 20 , 25 , 29 ). 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Reaktors eine drei­ wandige Rohrkonstruktion (33, 35, 36) mit entsprechenden Zwischenräumen sowie den Düsen (34) für die Zufuhr des Abwassers und der Luft angeordnet ist.12. An apparatus for performing the method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that in the center of the reactor a three-wall tubular structure ( 33 , 35 , 36 ) with corresponding gaps and the nozzles ( 34 ) for the supply of waste water and the air is arranged. 13. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrreaktor des Prozeßraumes (27) durch die Anordnung der kreisförmigen Kas­ kadenelemente (26, 28) mit dreieckigem und rhombischen Querschnitt überein­ ander angeordneter Kammern und der zylinderischen Wand (19) sowie den Öff­ nungen (25, 29) ausgebildet ist.13. The apparatus of claim 8 to 11, characterized in that the tubular reactor of the process space ( 27 ) by the arrangement of the circular cas kadenelemente ( 26 , 28 ) with a triangular and rhombic cross-section one above the other arranged chambers and the cylindrical wall ( 19 ) and the Openings ( 25 , 29 ) is formed. 14. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaufenreaktor des Prozeßraumes (22) durch die Anordnung der Strahlpum­ pen (24) mit den Leitrohren (23) und der zylinderischen Wand (19) und dem Trennelement (8) sowie den Öffnungen (20, 25) ausgebildet ist, wobei der Reak­ tor mit 3 bis 6 Strahlpumpen und Leitrohren versehen wird.14. The apparatus according to claim 8 to 11, characterized in that the loop reactor of the process space ( 22 ) by the arrangement of the jet pumps ( 24 ) with the guide tubes ( 23 ) and the cylindrical wall ( 19 ) and the separating element ( 8 ) and the Openings ( 20 , 25 ) is formed, the reactor being provided with 3 to 6 jet pumps and guide tubes. 15. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaufenreaktor des Prozeßraumes (10) durch die Anordnung der Radialstrom­ belüfter (11) in dem Leitrohr (17) und der zylinderischen Wand (19) und den Trennelementen (8) sowie den Öffnungen (9, 20) ausgebildet ist, wobei der Reak­ tor mit 6 bis 12 Radialstrombelüftern versehen wird.15. The apparatus according to claim 8 to 11, characterized in that the loop reactor of the process space ( 10 ) by the arrangement of the radial flow aerator ( 11 ) in the guide tube ( 17 ) and the cylindrical wall ( 19 ) and the separating elements ( 8 ) and the Openings ( 9 , 20 ) is formed, the reactor being provided with 6 to 12 radial flow diffusers. 16. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochreaktor mit einem hochgezogenen Kegelboden (30) und der Beruhigungs­ zone (4) ausgebildet ist.16. The apparatus according to claim 8 to 11, characterized in that the high reactor is formed with a raised conical bottom ( 30 ) and the calming zone ( 4 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (3) durch den Dom (1) geschlossen ist. 17. The apparatus according to claim 8 to 11, characterized in that the gas space ( 3 ) by the dome ( 1 ) is closed. 18. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radialstrombelüfter (11) im unteren Bereich mit tellerförmigen, über­ einander angeordneten Hutelementen (13) und ringförmigen Leitelemen­ ten (15) sowie den zentral angeordneten perforierten Kautschukschläu­ chen (14) in dem zylinderischen Radialrohr (12) ausgebildet ist, wobei ein Radialstrombelüfter mit 2 bis 12 Elementen und Kautschukschläuchen ausgerüstet ist.18. The apparatus according to claim 6 and 7, characterized in that a radial flow aerator ( 11 ) in the lower region with plate-shaped, one above the other hat elements ( 13 ) and annular Leitelemen th ( 15 ) and the centrally arranged perforated rubber hose ( 14 ) in the cylindrical radial tube ( 12 ) is formed, a radial flow aerator being equipped with 2 to 12 elements and rubber hoses. 19. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrifikation und erhöhte Aufnahme von Phosphorverbindungen in der aeroben Stufe des Prozeßraumes (10) des Schlaufenreaktors mit Aufstrombetrieb und die Denitrifikation in der anoxischen Stufe des Ringraumes (21) mit einer Schlaufenströmung im Abstrombetrieb und die Rücklösung der Phosphorver­ bindungen in dem Rohrreaktor der anaeroben Stufe des Prozeßraumes (27) mit einer Pfropfenströmung des Abwassers erfolgt.19. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the nitrification and increased absorption of phosphorus compounds in the aerobic stage of the process space ( 10 ) of the loop reactor with upflow operation and the denitrification in the anoxic stage of the annular space ( 21 ) with a loop flow in the downstream operation and the redissolving of the phosphorus compounds in the tube reactor of the anaerobic stage of the process space ( 27 ) takes place with a plug flow of the waste water. 20. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeschiedene Belebtschlamm im Prozeßraum (21) der anoxischen Stufe sedimentiert und durch Schwerkraftwirkung zirkuliert sowie dem Prozeßraum (27) der anaeroben Stufe des Rohrreaktors zugeführt wird.20. The method according to claim 1 to 5 and 19, characterized in that the separated activated sludge sedimented in the process chamber ( 21 ) of the anoxic stage and circulated by gravity and the process chamber ( 27 ) is fed to the anaerobic stage of the tubular reactor. 21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochreaktor aus dem ersten Prozeßraum (27) des Rohrreaktors der anaeroben Stufe und dem darüber liegenden Prozeß- raum (10) des Schlaufenreaktors der aeroben Stufe sowie dem ringförmigen, um­ schließenden dritten Prozeßraum (21) des Schlaufenreaktors der anoxischen Stufe ausgebildet ist, wobei die Prozeßräume (10, 21, 27) über die Öffnungen (9, 25, 29) miteinander in Verbindung stehen.21. An apparatus for performing the method according to claim 19 and 20, characterized in that the high reactor from the first process space ( 27 ) of the tubular reactor of the anaerobic stage and the process space ( 10 ) above it of the loop reactor of the aerobic stage and the annular, is formed around a closing third process space ( 21 ) of the loop reactor of the anoxic stage, the process spaces ( 10 , 21 , 27 ) being connected to one another via the openings ( 9 , 25 , 29 ). 22. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßraum (21) durch die zylinderische Wand (19) und der beabstandeten äußeren zylinderischen Reaktorwand (18) ausgebildet ist. 22. The apparatus of claim 19 to 21, characterized in that the process space ( 21 ) through the cylindrical wall ( 19 ) and the spaced outer cylindrical reactor wall ( 18 ) is formed. 23. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachklärbecken im Bereich des Gasdomes (1) als Ringbecken (6) mit der Ablaufrinne (5) angeordnet ist und der Prozeßraum (21) für die Sedi­ mentation des Schlammes im äußeren Bereich des Kegelbodens (30) ausge­ bildet ist.23. The apparatus according to claim 19 to 22, characterized in that the secondary clarifier in the region of the gas dome ( 1 ) is arranged as an annular basin ( 6 ) with the drainage channel ( 5 ) and the process space ( 21 ) for sedimentation of the sludge in the outer region the conical bottom ( 30 ) is formed. 24. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (42) mit den Düsen (34) für die Zufuhr des Abwassers und der Luft im Kegelboden (30) und im unteren Bereich des Prozeßraumes (27) des Rohrreaktors der anaeroben Stufe angeordnet ist.24. The device according to claim 19 to 23, characterized in that the double tube ( 42 ) with the nozzles ( 34 ) for the supply of waste water and air in the conical base ( 30 ) and in the lower region of the process space ( 27 ) of the tube reactor of the anaerobic Stage is arranged.
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