DE19843967A1 - Verfahren zur Denitrifikation von Abwässern - Google Patents
Verfahren zur Denitrifikation von AbwässernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Denitrifikation von
Abwässern in einer Kläranlage, enthaltend ein Vorklärbecken
mit Zulauf, eine biologische Klärstufe und ein Nachklärbecken
mit Ablauf.
Bei Kläranlagen bekannter Bauart wird das Rohschlamm enthalt
ende Abwasser zunächst in ein Vorklärbecken geleitet, wobei
dem Vorklärbecken überlicherweise eine Rechenanlage, ein Hebe
werk und ein Sandfang vorgeschaltet sind. Im Vorklärbecken
findet normalerweise nur eine mechanische Schlammabscheidung
statt.
Aus dem Vorklärbecken fließt das Wasser zusammen mit dem nicht
abgeschiedenen Teil des Rohschlammes in die biologische Klär
stufe, die beispielsweise als Belebungsbecken ausgestaltet
sein kann. Hierbei wird das Abwasser mit belebtem Schlamm ge
mischt und belüftet. Der zum biologischen Abbau erforderliche
Sauerstoff wird mit Belüftungseinrichtungen eingetragen. Das
Abwasser wird durch die Mikroorganismen des belebten Schlammes
gereinigt, wobei die organischen Stoffe des Abwassers aufge
nommen und in verschiedenen Anteilen veratmet bzw. in absetz
bare Biomasse übergeführt werden. Im Belebungsbecken wird ne
ben der Entfernung der Kohlenstoffverbindungen durch die im
belebten Schlamm vorhandenen nitrifizierenden Mikroorganismen
(Nitrifikanten) gezielt Ammoniumstickstoff zu Nitratstickstoff
oxidiert. Bei der Abwasserreinigung mit Denitrifikation wird
zusätzlich Nitrat- und Nitritstickstoff zu gasförmigem Stick
stoff reduziert, was entweder im Belebungsbecken oder vorge
schaltet in einen besonderen Denitrifikationsbecken, das auch
als Belebungsbecken betrieben werden kann, geschieht.
Von dem Belebungsbecken fließt das Abwasser-Schlamm-Gemisch in
das Nachklärbecken, in welchem sich der belebte Schlamm vom
gereinigten Abwasser trennt. Der im Nachklärbecken abgesetzte
Schlamm wird als Rücklaufschlamm in das Belebungsbecken zu
rückgeführt, während das gereinigte Abwasser in den Vorfluter
abfließt. Da sich der belebte Schlamm bei den biologischen
Prozessen vermehrt, wird der Zuwachs als Überschußschlamm
entfernt.
Dieser Stand der Technik ist im Arbeitsblatt A 131 vom Februar
1991, Regelwerk Abwasser-Abfall, DK 628356: 628.32.001.2 (083)
"Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen ab 5.000 Einwohner
werten" näher erläutert.
Nach den gesetzlichen Vorschriften muß der Gesamt-Stickstoff
gehalt des in einen Vorfluter eingeleiteten gereinigten Abwas
sers auf maximal 18 mg/Liter begrenzt werden. Diese Mindestan
forderung kann nur durch eine gezielte Stickstoffeliminierung
durch Denitrifikation eingehalten werden. Unter Denitrifika
tion versteht man die biologische Stickstoffeliminierung aus
Nitrit (NO2-N) und/oder Nitrat (NQ3-N) zu elementarem Stick
stoff.
Die gesetzlich vorgeschriebene Denitrifikation konnte bisher
nur durch aufwendige Denitrifikationsmaßnahmen erreicht werden.
So mußte im Belebungsbecken ein Denitrifikationsbecken vorge
schaltet werden, in welchem das zufließende Abwasser, Rück
laufschlamm aus dem Nachklärbecken und nitrathaltiges Wasser
aus dem Nachklärbecken ohne Sauerstoffeintrag miteinander ver
mischt wurden, so daß der belebte Schlamm bei anoxischen Be
dingungen mit einer Umwälzung ohne Sauerstoffeintrag in
Schwebe gehalten werden mußte. Voraussetzung für die vorge
schaltene Denitrifikation war, daß die Rückführung so bemessen
war, daß ausreichend Nitratstickstoff zurückgeführt wurde.
Wurde die vorgeschaltene Denitrifikation in einem Becken
durchgeführt, so war der Einbau von Trennwänden zur Trennung
des Belebungsbeckens vom aeroben Nitrifikationsanteil erfor
derlich.
Bei simultaner Denitrifikation wechseln sauerstoffhaltige Zo
nen (Nitrifikation) und anoxische Zonen (Denitrifikation)
räumlich ohne feste Trennung im Belebungsbecken ab, was eine
Vergrößerung der Kapazität des Belebungsbeckens erforderlich
machte. Belebungsbecken mit simultaner Denitrifikation wurden
vielfach als Umlaufbecken ausgebildet. Die Sauerstoffzufuhr
war hierbei dem Sauerstoffverbrauch anzupassen, damit ent
sprechend große sauerstoffhaltige und sauerstofffreie Zonen
entstehen, um die angestrebte Nitrifikation bzw. Denitri
fikation zu ereichen, was nur durch eine aufwendige Prozeß
kontrolle möglich war.
Bei intermittierender Denitrifikation wechseln Nitrifikation
und Denitrifikation in einem einzigen Becken zeitlich ab. Bei
alternierender Denitrifikation finden Denitrifikation und
Nitrifikation in zwei Becken statt, die hierfür wechselweise
betrieben werden. Eine Vergrößerung des Denitrifikations
anteils war nur auf höchstens 50% möglich. Mit zunehmendem
Volumen des anoxischen Denitrifikationsbeckens am ganzen Be
lebungsbecken mußte daher das Schlammalter vergrößert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Denitrifikation von Abwässern bereitzustellen, das ohne auf
wendige Denitrifikationsteile eine Stickstoffeliminierung bis
auf einen Wert von 18 mg/Liter oder darunter ermöglicht, wobei
vorhandene Anlagenteile verwendet und die Investitionskosten
gesenkt bzw. bestehende Anlagen ohne großen Aufwand nachge
rüstet werden können.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, das nitrifizierte Was
ser aus der Nachklärung in das Vorklärbecken zurückzuleiten
und die Denitrifikation weitgehend im Vorklärbecken durchzu
führen, das bisher nur die Funktion der mechanischen Schlamm
abscheidung hatte. Die Denitrifikation wird durch die Zurück
führung des Überschußschlammes aus der biologischen Klärstufe
gefördert.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Denitri
fikation von Abwässern in einer Kläranlage, enthaltend minde
stens ein Vorklärbecken mit Zulauf, mindestens eine biologi
sche Klärstufe und mindestens ein Nachklärbecken, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man das nitrifizierte Abwasser aus dem
Nachklärbecken zusammen mit dem Überschußschlamm aus der bio
logischen Klärstufe und dem Schlammgemisch aus dem Vorklär
becken in den Zulauf zum Vorklärbecken zurückführt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird als biolo
gische Klärstufe (ein- oder zweistufig) ein Belebungsbecken
verwendet. Es können jedoch auch anstelle oder zusammen mit
dem (den) Belebungsbecken ein oder mehrere Tropfkörper verwen
det werden. Bei einem Tropfkörper sind die Mikroorganismen auf
der Oberfläche eines festen Trägermaterials angesiedelt. Das
zu reinigende Abwasser wird dann beispielsweise in einem Turm
durch eine Schüttung des bewachsenen Trägermaterials geleitet.
In ähnlicher Weise kann die biologische Klärstufe einen
Biofilter aufweisen, auf dem die Mikroorganismen angesiedelt
sind. Weiterhin können in der biologischen Klärstufe spezielle
Ausführungen der vorgenannten Systeme, wie Rotationstropf
körper, Scheibentauchkörper und dergleichen verwendet werden.
Diese und weitere Ausführungsformen von biologischen Klär
stufen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig.
So können auch sogenannte SBR-Reaktoren verwendet werden, die
gleichzeitig die Funktion eines Belebungsbeckens und eines
Nachklärbeckens erfüllen.
Weiterhin wird die biologische Klärstufe gemäß einer erfin
dungsgemäßen Ausführungsform als diskontinuierliches biolo
gisches System betrieben, das zugleich die Funktion einer
mechanischen Reinigung ausüben kann. Die biologische Stufe und
das Nachklärbecken werden hierbei zusammengefaßt und sequen
tiell betrieben. Dabei wird der biologische Reaktor sequen
tiell einmal belüftet bzw. durchmischt und als biologisches
System betrieben, und anschließend zur mechanischen Abtrennung
der Mikroorganismen vom geklärten Abwasser durch Sedimentation
verwendet.
Die Rückführmenge des nitrifizierten Abwassers aus der Nach
klärung wird durch die zulässige hydraulische Belastung der
Anlage bestimmt. Die Rückführmenge kann mit einer regelbaren
Pumpe und einem Steuerkreis so eingestellt werden, daß die
Summe aus Zulaufmenge und Rückführmenge einen Sollwert ergibt.
Im Regenwetterfall wird die Rückführmenge vermindert, bis die
hydraulische Kapazität der Anlage ereicht ist. Bei einer hy
draulischen Kapazität von 100% erfolgt keine Rückführung mehr.
Eine hydraulische Überlastung der Anlage bei Regenwetter ist
damit nicht möglich.
Vorzugsweise beträgt die Rückführmenge des nitrifizierten Ab
wassers bei Trockenwetter mindestens etwa 50%, vorzugsweise
mindestens etwa 100% der Zulaufmenge; besonders bevorzugt wird
eine Rückführmenge von etwa 150 bis 400%.
Die Rückführmenge des Überschußschlammes aus der biologischen
Klärstufe und des Schlammgemischs aus dem Vorklärbecken wird
vorzugsweise so eingestellt, daß der Schlammspiegel im Vor
klärbecken mindestens 10 cm bis maximal 100 cm, besonders
bevorzugt etwa 40 bis 70 cm beträgt - abhängig vom jeweiligen
Vorklärsystem (Längsbecken oder Rundbecken) sowie der ent
sprechenden Ausführung (Beckentiefe und Hydraulik). Bei einem
höheren Schlammspiegel kann ein Abtrieb des Schlammes erfol
gen. Die Obergrenze bestimmt sich also durch den Schlamm
abtrieb aus der Vorklärung. Die maximale Rückfuhrmenge bei
Auslastung der hydraulischen Kapazität beträgt etwa 500%.
Im Vorklärbecken liegt also ein Schlammgemisch, bestehend aus
Primärschlamm (Rohschlamm) und Überschußschlamm (Biomasse aus
der biologischen Klärstufe) vor. Ein Teil dieses Schlammgemi
sches wird aus der Vorklärung wieder zum Zulauf der Vorklärung
gefahren, so daß ein Schlammkreislauf entsteht, über den das
notwendige Schlammalter gehalten werden kann.
Unter "Schlammalter" versteht man den Anteil der aktiven
Biomasse im belebten Schlamm (bei Verwendung eines Belebungs
beckens als biologische Klärstufe) entsprechend der allge
meinen Formel
ts = Schlammalter in Tagen (d)
TSBB = Trockensubstanz-Gehalt in der Belebung (kg/m3)
VBB = Volumen des Belebungsbeckens (m3)
QÜS = abgezogene Überschuß-Schlamm-Menge (m3)
TSÜS = Trockensubstanzgehalt des Überschuß-Schlammes (kg/m3)
Q = abfließende Wassermenge (m3)
TSe = Suspensatgehalt (abfiltrierbare Stoffe) im Ablauf der Kläranlage (kg/m3).
TSBB = Trockensubstanz-Gehalt in der Belebung (kg/m3)
VBB = Volumen des Belebungsbeckens (m3)
QÜS = abgezogene Überschuß-Schlamm-Menge (m3)
TSÜS = Trockensubstanzgehalt des Überschuß-Schlammes (kg/m3)
Q = abfließende Wassermenge (m3)
TSe = Suspensatgehalt (abfiltrierbare Stoffe) im Ablauf der Kläranlage (kg/m3).
Der sonst übliche getrennte Schlammabzug von Primärschlamm aus
dem Vorklärbecken und dem Überschußschlamm aus der biologi
schen Klärstufe erfolgt in Form eines Schlammgemischs aus dem
Vorklärbecken.
Die Vorklärung hat also eine Doppelfunktion, und zwar eine
mechanische Vorklärung und eine denitrifizierende biologische
Reinigungsstufe.
Der Überschußschlamm aus der biologischen Klärstufe wird als
Biomasse verwendet, während das Rohabwasser und der Primär
schlamm als Kohlenstoff-Donator verwendet werden.
In der Regel wird eine vollständige Denitrifikation des zu
rückgeführten nitrathaltigen Wassers ereicht. Wird in der
Vorklärstufe keine vollständige Denitrifikation erreicht, kann
bei Belebungsanlagen durch eine sehr kleine vorgeschaltete
Denitrifikationsstufe (Abtrennung von der biologischen Klär
stufe) der Restnitratgehalt problemlos eliminiert werden.
Bei einer durchschnittlichen Rückführmenge des nitrifizierten
Abwassers von 150% konnte eine Stickstoffeliminierung von 29,4
auf 9,4 mg/Liter (68%) erzielt werden, so daß die Mindestan
forderung von 18 mg/Liter problemlos einzuhalten war.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise
durchgeführt, daß man das Gewichtsverhältnis zwischen Über
schußschlamm aus der biologischen Klärstufe und Schlammgemisch
aus dem Vorklärbecken auf etwa 90 : 10 bis 10 : 90, vorzugsweise
auf etwa 30 : 70 bis 70 : 30, insbesondere auf etwa 50 : 50 ein
stellt.
Die Denitrifikation wird vorzugsweise mit aeroben kohlenhy
dratspaltenden, eiweißspaltenden und/oder fettspaltenden
Mikroorganismen durchgeführt.
Vorzugsweise wird die Denitrifikation bei pH-Werten im Bereich
von etwa 6,0 bis 10, insbesondere von etwa 7 bis 8, durchge
führt. Bei einem geringen C/N-Verhältnis, d. h. bei einem Koh
lenstoffmangel kann im Zulaufbereich der biologischen Klär
stufe bei Belebungsanlagen ein unbelüfteter Bereich als wei
tere Denitrifizierungsstufe vorgesehen werden. Ferner kann
dieses Verhältnis durch Zufuhr einer externen C-Quelle erhöht
werden. Das C/N-Verhältnis sollte nicht kleiner als 2 : 1,
vorzugsweise nicht kleiner als 5 : 1 sein. Das C/N-Verhältnis
wird gemessen als BSB5, bezogen auf NO3-Stickstoff, der auf N
umgerechnet wird.
Das Schlammalter beträgt gewöhnlich mindestens 24 Stunden; es
setzt sich zusammen aus dem Trockensubstanzgehalt und der
Wachstumsrate der C-abbauenden Mikroorganismen.
Je nach Art des in der biologischen Klärstufe eingesetzten
Systems kann das nitrifizierte Abwasser vom Zulauf oder Ablauf
der Nachklärung abgezogen und in die Vorklärung rückgeführt
werden. Betreibt man die biologische Klärstufe (ein- oder
zweistufig) mit Belebungsbecken (Belebtschlammverfahren), so
wird das nitrifizierte (nitrathaltige) Wasser nach der
mechanischen Trennung des Belebtschlammes vom nitrifizierten
Abwasser im Ablauf der Nachklärung abgezogen. Wird ein
Tropfkörpersystem als biologische Klärstufe (ein- oder
zweistufig) verwendet, so kann der Abzug des nitrifizierten
Abwassers im Zulauf zum Nachklärbecken erfolgen, da im (in
den) Tropfkörper(n) eine geringere Schlammenge anfällt und
somit geringere Schlammengen mit zurückgeführt werden. Eine
vorherige Sedimentation im Nachklärbecken ist daher unter
Umständen nicht erforderlich.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
Bei dem angegebenen Ausführungsbeispiel wird das Abwasser in
einer Menge 35.000 m3/d über den Abwasserzulauf 1 in das
Vorklärbecken 2 eingeleitet. Das Abwasser enthält 100 m3/d
Rohschlamm mit einer Trockenmassenkonzentration von 6%. In das
Vorklärbecken 2 wird über die Leitung 11 nitrifiziertes Abwas
ser aus dem Nachklärbecken 8 in einer Menge von 52.500 m3/d in
das Vorklärbecken 2 zurückgeleitet; das Rücklaufverhältnis
beträgt 150%. Das nitrifizierte Abwasser hat einen pH-Wert von
8. Weiterhin wird durch die Leitung 13 Überschußschlamm (be
lebter Schlamm) aus dem Nachklärbecken 8 in einer Menge von
200 m3/d zurückgeleitet. Die Schlammkonzentration beträgt 3%,
bezogen auf die Trockenmasse, der pH-Wert beträgt 7,1. Am Aus
gang des Vorklärbeckens 2 wird über die Leitung 4 ein Gemisch
aus Rohschlamm und Überschußschlamm (jeweils 100 m3/d) in
einer Konzentration von 6% (bezogen auf Trockenmasse) zurück
geleitet. Das Schlammgemisch hat einen pH-Wert von 6,8. Das
Vorklärbecken 2 wird unter anoxischen Bedingungen gefahren,
wobei der Nitrat-Stickstoffgehalt des nitrathaltigen Abwassers
von 15 mg/Liter auf < 1 mg/Liter vermindert wird. Ein Teil des
Schlammgemischs (200 m3/d; pH-Wert 6,8) wird über die Leitung
3 abgezogen und kann nach weiterer Bearbeitung (Faulung, Ent
wässerung) als Klärschlamm landwirtschaftlich genutzt werden.
Das weitgehend denitrifizierte Abwasser wird über die Leitung
5 in das Belebungsbecken 6 geführt und mit dem darin enthalte
nen Schlamm vermischt. In das Belebungsbecken wird Luft ein
geleitet, so daß eine Nitrifikation erfolgt, wobei der Nitrat-
Stickstoffgehalt von < 1 mg/l auf 9,4 mg/l erhöht wird. Über
die Leitung 7 fließt das Abwasser-Schlamm-Gemisch in das Nach
klärbecken 8, in welchem eine Trennung in nitrathaltiges Ab
wasser und belebten Schlamm erfolgt. Der größere Teil (52.000
m3/d) des nitrathaltigen Abwassers wird über die Leitungen 9
und 11 in das Vorklärbecken 2 zurückgeleitet. Ein kleinerer
Teil (35.000 m3/d, entspricht der Zulaufmenge) des nitrathal
tigen Abwassers wird über die Leitung 10 in den Vorfluter ab
geleitet.
Ein Teil des Rücklaufschlammes (6.500 m3/d) wird über die Lei
tung 12 in das Belebungsbecken 6 zurückgeleitet, ein anderer
Teil als Überschußschlamm über die Leitung 13 (200 m3/d; pH-
Wert 7,1) in das Vorklärbecken 2.
Claims (12)
1. Verfahren zur Denitrifikation von Abwässern in einer Klär
anlage, enthaltend mindestens ein Vorklärbecken (2) mit
Zulauf, mindestens eine biologische Klärstufe (6) und
mindestens ein Nachklärbecken (8), dadurch gekennzeichnet,
daß man das nitrifizierte Abwasser aus dem Nachklärbecken
(8) zusammen mit dem Überschußschlamm aus der biologischen
Klärstufe (6) und dem Schlammgemisch aus dem Vorklärbecken
(2) in den Zulauf zum Vorklärbecken zurückführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
biologische Klärstufe ein Belebungsbecken verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die biologische Klärstufe mindestens einen Tropfkörper,
einen Rotationstropfkörper, einen Scheibentauchkörper
und/oder einen Biofilter, gegebenenfalls zusammen mit
mindestens einem Belebungsbecken aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
biologische Klärstufe ein SBR-Reaktor verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
biologische Klärstufe ein diskontinuierlich betriebenes
biologisches System verwendet wird, das zugleich die
Funktion einer mechanischen Reinigung (Nachklärbecken)
ausüben kann.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Rückführmenge der nitrifizierten Abwässer
mindestens etwa 50%, vorzugsweise mindestens etwa 100% der
Zulaufmenge beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß man den Schlammspiegel im Vorklärbecken (2)
auf etwa 10 bis 100 cm, vorzugsweise etwa 40 bis 70 g
(bezogen auf das Vorklärsystem) einstellt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß man das Gewichtsverhältnis zwischen Über
schußschlamm aus der biologischen Klärstufe (6) und
Schlammgemisch aus dem Vorklärbecken (2) auf etwa 90 : 10 bis
10 : 90, vorzugsweise auf etwa 30 : 70 bis 70 : 30, insbesondere
auf etwa 50 : 50, einstellt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Denitrifikation mit aeroben kohlen
hydratspaltenden, eiweißspaltenden und/oder fettspaltenden
Mikroorganismen durchführt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß man die Denitrifikation bei pH-Werten im
Bereich von etwa 6,0 bis 10, vorzugsweise von etwa 7 bis
8, durchführt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß man bei einem geringen C/N-Verhältnis im
Zulaufbereich der biologischen Klärstufe einen unbelüf
teten Bereich als weitere Denitrifikationsstufe mit Zugabe
einer externen Kohlenstoffquelle vorsieht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß man das nitrifizierte Abwasser aus dem
Zulauf oder dem Ablauf des Nachklärbeckens zurückführt.
Priority Applications (11)
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---|---|---|---|
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DE59801269T DE59801269D1 (de) | 1997-10-30 | 1998-10-30 | Verfahren zur denitrifikation von abwässern |
AT98959813T ATE204556T1 (de) | 1997-10-30 | 1998-10-30 | Verfahren zur denitrifikation von abwässern |
PL340327A PL192740B1 (pl) | 1997-10-30 | 1998-10-30 | Sposób denitryfikacji ścieków |
EP98959813A EP1030821B1 (de) | 1997-10-30 | 1998-10-30 | Verfahren zur denitrifikation von abwässern |
AU15582/99A AU1558299A (en) | 1997-10-30 | 1998-10-30 | Method for denitrifying waste water |
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PCT/EP1998/006879 WO1999023038A1 (de) | 1997-10-30 | 1998-10-30 | Verfahren zur denitrifikation von abwässern |
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