DE19717758B4 - Method and device for the biological purification of water or waste water for the elimination of carbon, nitrogen and phosphorus compounds - Google Patents

Method and device for the biological purification of water or waste water for the elimination of carbon, nitrogen and phosphorus compounds Download PDF

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Abstract

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 behandelten Abwassers innerhalb des Nachklärbeckens zurückbehalten und aufkonzentriert wird und durch Schwerkraftwirkung dem ersten Reaktionsraum der anaeroben Stufe der übereinander im Nachklärbecken angeordneten Reaktionsräume zugeführt wird, wobei das gereinigte Abwasser über das Nachklärbecken abgeführt wird sowie eine Ableitung der gebildeten Gase CO2 und N2 in die...Process for the biological purification of wastewater with carbon, nitrogen and phosphorus compounds, in which the wastewater passes through a reactor, characterized in that the wastewater 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 with activated sludge is mixed for the redissolution of phosphorus compounds and flows through the tubular reactor and then transferred to the anoxic stage of the second reaction chamber above for denitrification and circulation according to the loop principle and then transferred to the aerobic stage of the third reaction chamber above for nitrification and increased absorption of the phosphorus compounds and there is circulated according to the loop principle and the activated sludge of the treated wastewater is retained and concentrated within the secondary clarifier and by gravity the first reaction chamber of the anaerobic stage of the Reaction rooms arranged one above the other in the secondary clarifier are supplied, the cleaned waste water being discharged via the secondary clarifier and a discharge of the gases CO 2 and N 2 formed into the ...

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Wasser mit einer Ver schmutzung von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen, wobei durch eine mehrstufige, anaerobe, anoxische und aerobe Prozeßführung die Schmutzfrachten mit einem hohen Wirkungsgrad wirtschaftlich eliminiert werden.The The invention relates to a method for treating water with a Pollution of carbon, nitrogen and phosphorus compounds, wherein through a multi-stage, anaerobic, anoxic and aerobic process control Dirt loads with high efficiency can be economically eliminated.

Die zunehmende Belastung von Flüssen, Seen sowie des Grundwassers durch den Eintrag von Stickstoff- und Phosphorverbindungen, insbesondere von industriellen und kommunalen Abwässern, verursachen eine Eutrophierung der Gewässer. 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 as well as the groundwater through the introduction of nitrogen and phosphorus compounds, especially from industrial and municipal wastewater eutrophication of the water. in this connection is the groundwater particularly polluted by nitrates and can only be used as drinking water after appropriate treatment become.

Um die steigenden, strengen Auflagen für den Gewässerschutz zu erfüllen, 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.Around Many have to meet the increasing, strict requirements for water protection Wastewater treatment plants are retrofitted or expanded accordingly, being through the use of additional Facilities - in particular chemical precipitation stations - the Operating costs for Increase energy and 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.Furthermore there are unfavorable parameters for many wastewater the carbon / nitrogen or carbon / phosphorus ratio before so that a biological treatment of 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.Problematic is also the treatment of waste water with a high proportion of nitrogen and / or phosphorus compounds, as is the case in many areas of the food industry is. The nutrients are due to the low excess sludge production hardly reduced in the anaerobic stage. One finds with nitrogen Hydrolysis of the organic nitrogen to ammonium instead.

Um eine weitgehende Denitrifikation zu erreichen, müssen oft externe Kohlenstoffquellen – wie Methanol – zudosiert werden, was hohe Kosten verursacht.Around To achieve extensive denitrification, external carbon sources - such as methanol - often have to be added what causes high costs.

Die Nitrifikation erfolgt durch chemolithotrophe Bakterien in zwei Biosyntheseschritten, und zwar die 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 benötigen CO2 als Kohlenstoffquelle.The nitrification is carried out by chemolithotrophic bacteria in two biosynthesis steps, namely the nitritation, ie, the oxidation of ammonium to nitrite by Nitrosomonas and the 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:The Nitrification is by the aforementioned groups of bacteria, according to the following Reactions carried out:

Ammoniumoxydation durch Nitrosomonas 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 NitrobacterNitrite 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 durchführen.The Denitrification is done by a variety of chemoorganotrophic bacteria, that perform the conversion of nitrates to molecular nitrogen.

Der anoxische Prozeß verläuft unter Ausschluß von gelöstem Sauerstoff, jedoch in Anwesenheit organischer Substanzen, z.B. Traubenzucker, nach folgender Gleichung: 5C6H12O6 + 24NO3 – → 12N2 + 24HCO3 – + 6CO2 + 18H2O – 12856 KJ The anoxic process takes place with the exclusion of dissolved oxygen, but in the presence of organic substances, e.g. glucose, according to the following equation: 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 Process of nitrification - denitrification Temperature plays an important role as the reaction rate of the respective process increased significantly with increasing temperature.

Obwohl bei der Nitrifikation 2 Mol Wasserstoff freiwerden, wird durch die Denitrifikation 1 Mol sowie durch die Hydrolyse von organischem Stickstoff 1 Mol Wasserstoff verbraucht, so daß sich ein pH-Wert von 7 durch die Kopplung der Prozesse bei einer normalen Abwasserbeschaffenheit einstellt.Even though During the nitrification process, 2 moles of hydrogen are released by the Denitrification 1 mol and by hydrolysis of organic Nitrogen consumes 1 mole of hydrogen, so that a pH of 7 is achieved the coupling of the processes with a normal wastewater quality established.

Es ist von Bedeutung, daß den Denitrifikanten ein organisches Substrat wie Essigsäure, Propeinsäure usw. durch eine anaerobe Vorstufe zur Verfügung gestellt wird.It is important that the Denitrifiers an organic substrate such as acetic acid, propenic acid etc. is provided by an anaerobic precursor.

Die biologische Phosphorelimination ist vom Phosphorgehalt im Schlamm und von der Überschußschlammproduktion abhängig. Für eine vermehrte Phosphoraufnahme der polyphosphatspeichernden Bakterien ist die Verfügbarkeit von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen von Bedeutung.The biological phosphorus elimination is from the phosphorus content in the sludge and from excess sludge production dependent. For one increased phosphorus uptake of the polyphosphate-storing bacteria is availability of easily degradable carbon compounds important.

Bei einer Verfahrenstechnik, bei der Belebtschlamm den dauernden Wechsel von anaeroben und aeroben Prozessen durchläuft, kann bei einem normal zusammengesetzten Abwasser mit einer Phosphorentfernung von etwa 90 % gerechnet werden.at a process technology in which activated sludge is constantly changing going through anaerobic and aerobic processes can be normal in one composite waste water with a phosphorus removal of about 90% can be expected.

Die Phosphataufnahme und das Wachstum polyphosphatspeichernder Bakterien 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 bacteria is expected to be optimal in a pH range from 7 to 8, whereby the bacteria absorb more phosphate than is necessary for their growth is.

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 korrelliert.A stable, broader biological Phosphorus removal can only be achieved in a reactor if a partial phosphate redissolution from the biomass has previously taken place in an anaerobic stage. Up to a limit, the phosphate redissolution is directly correlated with the absorption of organic substrates such as propeinic and acetic acid 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 Wastewater treatment has been operating in different ways over the past 20 years developed and applied, especially to remove nitrogen.

Es soll hier lediglich die nachgeschaltete-, die vorgeschaltete-, die simultane- und die Kaskaden-Denitrifikation sowie die Nitrifikation mit vorgeschalteter Anaerob- und Denitrifikationsstufe erwähnt werden.It should only be the downstream, the upstream, the simultaneous and the 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 Kautschuk für einen feinblasigen Lufteintrag im Bodenraum angeordnet sind.The Waste water is mostly treated in large-volume concrete pools, being in the aeration tank with a water depth of 3 to 6 m generally fumigation elements made of porous ceramic or perforated Rubber for a fine-bubble air intake are arranged in the floor space.

In das Belebungsbecken wird hierbei Schlamm von dem Nachklärbecken zurückgeführt, um dieses für eine höhere Leistung mit einem Trockenstoffgehalt von etwa 3,5 kg/m2 zu betreiben.In this case, sludge is returned to the aeration tank 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 2 .

Alle Verfahren zeichnen sich jedoch durch hohe Bau- und Betriebskosten aus und können nur dann wirtschaftlich eingesetzte werden, wenn eine Reststoffverwertung garantiert werden kann.All However, processes are characterized by high construction and operating costs out and can can only be used economically if there is waste recycling can be guaranteed.

In biologischen Kläranlagen konventioneller Flachbauweise kann daher der mikrobielle Prozeß nicht optimal genutzt werden.In biological sewage treatment plants The microbial process cannot therefore use conventional flat construction can be used optimally.

Diese Gegebenheiten führten zu der Entwicklung eines kombinierten Hochreaktors mit biologischer Verfahrenstechnik, um hohe Eliminationsgrade bei niedrigen Baukosten zu erzielen.This Circumstances on the development of a combined high reactor with biological Process engineering to achieve high degrees of elimination with low construction costs to achieve.

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 Absetzeigenschaften für den Schlamm ausgezeichnet hat.For the biological Process in The reactor was activated by anaerobic and denitrification level as the basis for this mode of operation as advantageous for low feed values of the carbon / nitrogen ratio, high degrees of elimination as well as good controllability and cheap Settling properties for distinguished the mud.

Für die Belüftung des Abwassers wurde ein radiales Begasungssystem konstruiert, das in dem Leitrohr des Schlaufenreaktors der aeroben Stufe angeordnet ist. Durch die Begasung mit diesen Radialstrombelüftern ist eine optimale Verwertung des eingetragenen Sauerstoffes möglich, wobei der Ausnutzungsgrad etwa 70 bis 80 % beträgt.For ventilation of the A radial gassing system was constructed in wastewater the guide tube of the loop reactor of the aerobic stage is. By gassing with these radial flow diffusers an optimal utilization of the entered oxygen possible, whereby the degree of utilization is about 70 to 80%.

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

Es wird daher durch das Belüftungssystem eine hohe Dispergierung der Luftblasen mit einem günstigen Koaleszensverhalten bei optimalen Flüssigkeitshöhen von 25 bis 45 m erzielt.It is therefore a through the ventilation system high dispersion of the air bubbles with a favorable coalescence behavior at optimal liquid levels of 25 to 45 m achieved.

Um eine größere Reingungsleistung des Hochreaktors zu erzielen, wurden die einzelnen Stufen des kombinierten Reaktorsystems quasi in einem Nachklärbecken integriert, um den Reaktor mit einem Trockenstoffgehalt von 6 bis 10 kg/m3 der Biomassen im Rücklaufschlammkreislauf betreiben zu können. Das Abwasser wird hierbei weitgehend im Kreislauf durch Schwerkraftwirkung innerhalb der Reaktorkonstruktion umgewälzt.In order to achieve a greater cleaning performance of the high reactor, the individual stages of the combined reactor system were virtually integrated in a secondary clarifier in order 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. The wastewater is largely circulated by gravity within the reactor construction.

Die Biomassen werden mittels der vor dem Ringbecken angeordneten Lamellenabscheider zurückbehalten und aufkonzentriert, wobei Dichteströmungen nicht auftreten.The Biomass is produced using the lamella separators arranged in front of the ring basin retain and concentrated, whereby density flows do not occur.

Durch die vorgenannten Aspekte werden die Raumverhältnisse effektiver genutzt, so daß eine höhere Reingungsleistung bei einem prozeßstabilen Betrieb mit größerem Schlammalter sowie einem geringeren Überschußschlammanfall bei niedrigen Betriebskosten erwartet werden kann.By the aforementioned aspects are used more effectively, so that one higher Cleaning performance in a process stable operation with a larger sludge age as well as less excess sludge can be expected with low operating costs.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung nach Anspruch 1 gelöst, wobei in den Unteransprüchen vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben sind. Die Erfindung soll daher nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnen näher erläutert werden.The Object is achieved by the invention according to claim 1, wherein advantageous in the dependent claims and appropriate further training are specified. The invention is therefore intended to be based on the attached Draw closer are explained.

Es zeigt:It shows:

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

2 eine Draufsicht des Hochreaktors mit ringförmigen Nachklärbecken, Gasdom und den Lamellenabscheidern; 2 a plan view of the high reactor with annular secondary clarifier, gas dome and the lamella separators;

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

4 einen waagerechten Schnitt durch die Denitrikfikationsstufe des Hochreaktors; 4 a horizontal section through the denitrification level of the high reactor;

5 einen senkrechten Schnitt durch die Radialstrombelüfter. 5 a vertical section through the radial flow diffusers.

Die 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 anaeroben Prozeßraum 10 mit den Radialstrombelüftern 11 sowie der externen Aggregate 31, 32 und 37.The 1 shows the high reactor, which can reach heights between 10 and 60 m, with the gas dome 1 , the clarifier 6 and 21 with gutter 5 , the lamella separators 7 , the outer reactor wall 18 , the inner reactor wall 19 , the cone bottom 30 , the anaerobic process room 27 with the circular cascade elements 26 and 28 , the anoxic process room 22 with the mixed jet pumps 24 and the guide tubes 23 , the anaerobic process room 10 with the radial flow diffusers 11 as well as the external units 31 . 32 and 37 ,

Die 2 zeigt eine Draufsicht des Hochreaktors mit dem Ringbecken 6 und der Ablaufrinne 5 des Nachklärbeckens sowie die Anordnung der Lamellenabscheider 7 im unteren Bereich des Gasdomes 1.The 2 shows a plan view of the high reactor with the ring basin 6 and the gutter 5 the clarifier and the arrangement of the lamella separators 7 in the lower area of the gas dome 1 ,

Aus dem Schnitt der 3 ist die Anordnung der Radialstrombelüfter 11, die in dem Leitrohr 17 integriert sind, mit Öffnung 20 der aeroben Stufe eines Schlaufenreaktors ersichtlich.From the cut of the 3 is the arrangement of the radial flow diffusers 11 that in the guide tube 17 are integrated with opening 20 the aerobic stage of a loop reactor can be seen.

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

In dem Schnitt der 5 ist der konstruktive Aufbau eines Radialstrombelüfters 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 cut of the 5 is the design of a radial flow diffuser 11 with the disc-shaped hat and ring-shaped guide elements 13 and 15 , the perforated radial hoses 14 , the flow cone 16 as well as the radial tube 12 shown.

Das zu behandelnde Abwasser wird mittels der Beschickungspumpe 31 über das Dreifachrohr 33 durch die Düsen 34 in den Prozeßraum 27 der anaeroben Stufe eingespeist und durchströmt den Rohrreaktor innerhalb der Kammern der Kaskadenelemente 26 und 28.The waste water to be treated is by means of the feed pump 31 over the triple tube 33 through the nozzles 34 in the process room 27 fed into the anaerobic stage and flows through the tubular 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 Phophorverbindungen erfolgt.The Tube reactor works with plug flow, being in the anaerobic Stage organic acids be formed and a redemption of the Phosphorus compounds are made.

Nach der anaeroben Behandlung des Abwassers strömt dieses durch die Öffnung 25 in den Prozeßraum 22 und wird dort mittels der Strahlpumpen 24 angesaugt, gemischt sowie über die Leitrohre 23 nach dem Schlaufenprinzip in der anoxischen Stufe umgewälzt. Gleichzeitig erfolgt mittels der Umwälzpumpe 37 und der Rohrleitung 38 sowie des Doppelrohres 33 eine Einspeisung von Kreislaufwasser 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, it flows through the opening 25 in the process room 22 and is there by means of the jet pumps 24 sucked in, mixed and via the guide tubes 23 circulated according to the loop principle in the anoxic stage. At the same time, the circulation pump is used 37 and the pipeline 38 and the double tube 33 a feed of circulating water from the annulus 21 about the jet pumps 24 to the anoxic level. The gas carbon dioxide formed during denitrification rises and flows through the opening with the treated waste water 20 of the separating element 8th in the process room 10 the aerobic stage.

In der aeroben Stufe wird das Abwasser mittels der Radialstrombelüfter 11 angesaugt, gemischt, belüftet und mittels des Leitrohres 17 nach dem Schlaufenprinzip umgewälzt, wobei Nitrate gebildet werden und eine erhöhte Aufnahme 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 removed using the radial flow aerator 11 sucked in, mixed, ventilated and by means of the guide tube 17 circulated according to the loop principle, nitrates being formed and an increased absorption of phosphorus compounds taking place. The air is used for the nitrification by means of the compressor 32 about the pipe distribution 36 the radial flow diffusers 11 fed.

Das Abwasser strömt nach der aeroben Behandlung durch die Öffnung 9 des Trennelementes 8 in die Beruhigungszone 3, wobei das produzierte und eingetragene Gas Kohlendioxid und Stickstoff in diesem Raum entgast.The wastewater flows through the opening after the aerobic treatment 9 of the separating element 8th in the calming zone 3 , whereby the gas produced and introduced degasses carbon dioxide and nitrogen in this room.

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 at an excess pressure of 10 mbar via the control valve 2 derived into the atmosphere.

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 Prozeßraum 11 Luft eingetragen wird.The treatment stages arranged one above the other lead to a loop flow of the waste water over the annular space 21 by gravity, since there is in the anoxic process space 22 Carbon dioxide forms and in the aerobic process room 11 Air is entered.

Das Abwasser tritt mit einem hohen Anteil von zurückbehaltenen Biomassen über den Ringspalt 29 in den anaeroben Prozeßraum 27 ein.The wastewater passes through the annular gap with a high proportion of retained biomass 29 in the anaerobic process room 27 on.

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 Bodenbereich des Hochreaktors sedimentiert.The lamella separators are used to concentrate the biomass 7 decisive, since the activated sludge slips on the inclined slat plates as it flows through the waste water and thus in the annulus 21 and sedimented 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 Frachtschwankungen abhängig ist, einstellt.The Concentration of the dry matter content of the biomass is regulated in the settling area largely by itself, whereby a fixed value, which depends on the freight fluctuations.

Bei einer Aufkonzentration der Biomassen von mehr als 10 kg/m3 wird der Überschußschlamm mittels des Regelventiles 40 abgeschlammt.When the biomass concentration exceeds 10 kg / m 3 , the excess sludge is removed by means of the control valve 40 abgeschlammt.

Das gereinigte Abwasser fließt aus dem Ringbecken 6 in die Ablaufrinne 5 des Nachklärbeckens und wird doch über die Rohrleitung 39 in den Vorfluter eingeleitet.The cleaned wastewater flows out of the ring basin 6 into the gutter 5 of the secondary clarification tank and is nevertheless via the pipeline 39 introduced into the receiving water.

Literatur:Literature:

  • 1. Biologische Stickstoff- und Phosphorelimination in Abwasserreinigungsanlagen, Veröffentlichungen des Institutes für Stadtbauwesen der TU Braunschweig, Heft 42, März 1987;1. Biological nitrogen and phosphorus elimination in wastewater treatment plants, publications of the institute for urban construction the TU Braunschweig, issue 42, March , 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;2. Anaerobic-aerobic treatment of potato starch waste water with nitrogen elimination via nitrite, 4th Hanover Industrial Waste Water Conference on September 18/19, 1991, publications the Institute for Urban Water Management and Waste Technology, University of Hanover, Issue 80;
  • 3. K. Schügerl, Apparatetechnische Aspekte der Kultivierung von Einzellern in Turmreaktoren, Chem.-Ing.-Technik 55 (1983) Nr. 2, Seiten 123 – 134;3. K. Schügerl, Equipment-related aspects of the cultivation of unicellular organisms in tower reactors, chemical engineering 55 (1983) No. 2, pages 123-134;
  • 4. Allgemeine Literatur für den Bereich „Weitergehende Abwasserreinigung", z. B. von Bever-Stein-Teichmann, 3. Auflage, Ausgabe 1995;4. General literature for the area “Advanced Wastewater Treatment " z. B. von Bever-Stein-Teichmann, 3rd edition, edition 1995;
  • 5. Taschenbuch der Stadtentwässerung von Karl und Klaus Imhoff, 28. Auflage, Ausgabe 1993;5. City drainage paperback by Karl and Klaus Imhoff, 28th edition, edition 1993;
  • 6. Biologische Reinigung von Abwässern mit hohen Konzentrationen an organischen Verbindungen und Ammonium, Bericht des Institutes für Chemietechnik der TU Berlin, Verfasser: Prof. Dr. Udo Wiesmann;6. Biological treatment of waste water with high concentrations of organic compounds and ammonium, report of the institute for chemical engineering TU Berlin, author: Prof. Dr. Udo Wiesmann;
  • 7. Neues Verfahren zur Stickstoffentfernung in Kläranlagen mit biologischer Reinigungsstufe, ATV-Korrespondens Abwasser, 41 Jahrgang Nr. 12, 1994.7. New process for nitrogen removal in sewage treatment plants with biological treatment stage, ATV correspondent waste water, 41 Year No. 12, 1994.

Claims (18)

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 behandelten Abwassers innerhalb des Nachklärbeckens zurückbehalten und aufkonzentriert wird und durch Schwerkraftwirkung dem ersten Reaktionsraum der anaeroben Stufe der übereinander im Nachklärbecken angeordneten Reaktionsräume zugeführt wird, wobei das gereinigte Abwasser über das Nachklärbecken abgeführt wird sowie eine Ableitung der gebildeten Gase CO2 und N2 in die Atmosphäre erfolgt.Process for the biological purification of wastewater with carbon, nitrogen and phosphorus compounds, in which the wastewater passes through a reactor, characterized in that the wastewater 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 with activated sludge is mixed for the redissolution of phosphorus compounds and flows through the tubular reactor and then transferred to the anoxic stage of the second reaction chamber above for denitrification and circulation according to the loop principle and then transferred to the aerobic stage of the third reaction chamber above for nitrification and increased absorption of the phosphorus compounds and there is circulated according to the loop principle and the activated sludge of the treated wastewater is retained and concentrated within the secondary clarifier and by gravity the first reaction chamber of the anaerobic stage of the reaction spaces arranged one above the other in the secondary clarification tank are supplied, the cleaned waste water being discharged via the secondary clarification tank and the gases CO 2 and N 2 formed being discharged into the atmosphere. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung der übereinander liegenden Prozeßräume eine Schlaufenströmung des abgeschiedenen Belebtschlammes im Nachklärbecken mittels der Auftriebskraft der anoxischen und der aeroben Stufe erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that by the arrangement of the superimposed Process rooms a Loop flow of the separated activated sludge in the secondary clarifier by means of the buoyancy the anoxic and the aerobic stage. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung der Konzentration der Biomassen durch die Abscheidung des Belebtschlammes innerhalb des Nachklärbeckens mittels Lamellenabscheidern oder ähnlichen Vorrichtungen erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the increase the concentration of the biomass by separating the activated sludge within the secondary clarifier by means of lamella separators or similar devices. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, durch gekennzeichnet, daß sich ein optimaler Trockenstoffgehalt der Biomassen in Abhängigkeit der Frachtschwankungen des Zulaufes im Absetzbereich des Nachklärbeckens einstellt.A method according to claim 1 to 3, characterized in that that itself an optimal dry matter content of the biomass depending the freight fluctuations of the inflow in the settling area of the secondary clarifier established. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Denitrifikations-Nitrifikationsstufen übereinander angeordnet werden, wobei die turmartige Ausführung der Reaktorkaskade in dem Nachklärbecken angeordnet ist.A method according to claim 1 to 5, characterized in that several Denitrification nitrification stages are arranged one above the other, being the tower-like design the reactor cascade in the secondary clarifier is arranged. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die in dem Leitrohr (17) des Schlaufenreaktors der aeroben Stufe angeordneten Radialstrombelüfter (11) eingetragene Luft mit einem hohen Grad dispergiert und ein günstiges Koaleszensverhalten erzielt wird.A method according to claims 1 to 5, characterized in that through the in the guide tube ( 17 ) of the loop reactor of the aerobic stage arranged radial flow aerator ( 11 ) the dispersed air is dispersed to a high degree and a favorable coalescence behavior is achieved. 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.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the constructive arrangement of the plate-shaped hat elements ( 13 ) and the ring-shaped guide elements ( 15 ) in the radial flow diffusers ( 11 ) Turbulence flows are generated so that a high mass transfer for the oxygen is achieved. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, 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 und dem noch darüber liegenden dritten Prozeßraum (10) des Schlaufenreaktors der aerobe Stufe ausgebildet ist, wobei die Prozeßräume (10, 22, 27) über die Öffnungen (9, 20,25, 29) miteinander in Verbindung stehen.Device for carrying out the method according to claims 1 to 7, characterized in that the high reactor from the first process space ( 27 ) the tube reactor of the anaerobic stage and the second process room above it ( 22 ) of the loop reactor of the anoxic stage and the third process room above it ( 10 ) of the loop reactor of the aerobic stage, the process spaces ( 10 . 22 . 27 ) through the openings ( 9 . 20 . 25 . 29 ) communicate with each other. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachklärbecken im Bereich des Gasdomes (1) als Ringbecken (6) mit der Ablaufrinne (5) und als Ringraum (21) zweiteilig in dem Hochreaktor ausgebildet ist.Apparatus according to claim 8, characterized in that the secondary clarifier in the area of the gas dome ( 1 ) as a ring pool ( 6 ) with the gutter ( 5 ) and as an annulus ( 21 ) is formed in two parts in the high reactor. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellenabscheider (7) im oberen Bereich des Reaktors vor dem Ringbecken (6) des Nachklärbeckens angeordnet sind.Device according to one of claims 8 and 9, characterized in that the lamella separator ( 7 ) in the upper area of the reactor in front of the ring basin ( 6 ) of the secondary clarifier are arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (21) durch die zylindrische Wand (19) der Prozeßräume und der beabstandeten zylindrischen, äußeren Reaktorwand (18) ausgebildet ist.Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the annular space ( 21 ) through the cylindrical wall ( 19 ) the process rooms and the spaced cylindrical, outer reactor wall ( 18 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Reaktors eine dreiwandige Rohrkonstruktion (33, 35, 36) mit entsprechenden Zwischenräumen sowie den Düsen (34) für die Zufuhr des Abwassers und der Luft angeordnet ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that in the middle of the reactor a three-walled tubular construction ( 33 . 35 . 36 ) with appropriate gaps and the nozzles ( 34 ) is arranged for the supply of waste water and air. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrreaktor des Prozeßraumes (27) durch die Anordnung der kreisförmigen Kaskadenelemente (26, 28) mit dreieckigem und rhombischen Querschnitt übereinander angeordneter Kammern und der zylindrischen Wand (19) sowie den Öffnungen (25, 29) ausgebildet ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the tubular reactor of the process space ( 27 ) by the arrangement of the circular cascade elements ( 26 . 28 ) with triangular and rhombic cross-section of chambers arranged one above the other and the cylindrical wall ( 19 ) and the openings ( 25 . 29 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaufenreaktor des Prozeßraumes (22) durch die Anordnung der Strahlpumpen (24) mit den Leitrohren (23) und der zylindrischen Wand (19) und dem Trennelement (8) sowie den Öffnungen (20, 25) ausgebildet ist, wobei der Reaktor mit 3 bis 6 Strahlpumpen und Leitrohren versehen wird.Device according to one of claims 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 ( 8th ) and the openings ( 20 . 25 ) is formed, the reactor being provided with 3 to 6 jet pumps and guide tubes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlaufenreaktor des Prozeßraumes (10) durch die Anordnung der Radialstrombelüfter (11) in dem Leitrohr (17) und der zylindrischen Wand (19) mit den Trennelementen (8) sowie den Öffnungen (9, 20) ausgebildet ist, wobei der Reaktor mit 6 bis 12 Radialstrombelüftern versehen wird.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the loop reactor of the process space ( 10 ) by the arrangement of the radial flow diffusers ( 11 ) in the guide tube ( 17 ) and the cylindrical wall ( 19 ) with the separators ( 8th ) and the openings ( 9 . 20 ) is formed, the reactor being provided with 6 to 12 radial flow diffusers. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochreaktor mit einem hochgezogenen Kegelboden (30) und der Beruhigungszone (4) ausgebildet ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the high reactor with a raised conical base ( 30 ) and the calming zone ( 4 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (3) durch den Dom (1) geschlossen ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the gas space ( 3 ) through the cathedral ( 1 ) closed is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radialstrombelüfter (11) im unteren Bereich mit tellerförmigen, übereinander angeordneten Hutelementen (13) und ringförmigen Leitelementen (15) sowie den zentral angeordneten perforierten Kautschukschläuchen (14) in dem zylindrischen Radialrohr (12) ausgebildet ist, wobei ein Radialstrombelüfter mit 2 bis 12 Elementen und Kautschukschläuchen ausgerüstet ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that a radial flow aerator ( 11 ) in the lower area with plate-shaped hat elements arranged one above the other ( 13 ) and ring-shaped guide elements ( 15 ) and the centrally arranged perforated rubber hoses ( 14 ) in the cylindrical radial tube ( 12 ) is designed, wherein a radial flow aerator is equipped with 2 to 12 elements and rubber hoses.
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