DE19859665A1

DE19859665A1 - Verfahren zur biologischen Behandlung hochnährstoffbelasteter Abwässer

Info

Publication number: DE19859665A1
Application number: DE1998159665
Authority: DE
Inventors: Michael Winkler; Marko Hahn; Michael Horn; Hella Thom; Stephan Lueck; Hartmut Nitsche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung hochnährstoffbelasteter Abwässer, insbesondere von Abwässern der Düngemittelproduktion. Derartige Abwässer weisen ein unausgewogenes Verhältnis von bis zu 10C : 5N : 1P auf. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß die für die gezielte Denitrifikation oder vermehrte biologische Phosphorelimination erforderliche Anhebung des biologisch leicht abbaubaren Substrats auf den Sollwert von etwa 100C : 5N : 1P durch versäuerten Schlamm erfolgt. Dazu wird Primärschlamm, entnommen aus dem Vorklärbecken (1), in einem Versäuerungsbecken (2) durch Hydrolyse und Versäuerung in leicht abbaubare Kohlenstoffverbindungen überführt und dem Denitrifikationsbecken (4) oder dem Bio-P-Becken (3) zugeführt. Die Hydrolyse und Versäuerung erfolgt unter definierten Bedingungen, z. B. ist der Gehalt anorganischer Trockensubstanz von 10 bis 30 g/l angebracht. DOLLAR A Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, den Einsatz externer Kohlenstoffquellen zu reduzieren bzw. diese können bei bestimmten Voraussetzungen entfallen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung hochnährstoffbelasteter Abwässer, insbesondere von Abwässern der Düngemittelproduktion. Derartige Abwässer weisen ein unausgewogenes Verhältnis von bis zu 10C : 5N : 1P auf. Die Beschreibung des neuen Verfahrens geht vom Beispiel einer Gemeinschaftskläranlage aus, d. h. in dieser Anlage werden kommunale Abwässer und o. g. industrielle hochnährstoffbelastete Abwässer gemein sam gereinigt. Nach dem erfindungsgemäßen Gedanken ist jedoch auch ausschließlich eine Reinigung der industriellen hochnährstoffbelasteten Abwässer möglich.

Um der Eutrophierung der Oberflächengewässer entgegenzutreten, ist es erforderlich, bei der Abwasserbehandlung die Stickstoff- und Phosphoreliminierung in das Reinigungskonzept einzubeziehen, so daß die für den Gewässerschutz gültigen Grenzwerte eingehalten werden.

Die biologische Stickstoffelimination erfolgt weitgehend mittels Nitrifikation und Denitri fikation. Die Denitrifikation vollzieht sich unter anoxischen Bedingungen; das Nitrat wird letztendlich zu Stickstoff reduziert. Bei der biologischen Phosphorelimination wird davon ausgegangen, daß unter bestimmten Millieubedingungen eine erhöhte Phosphataufnahme durch Mikroorganismen erfolgt. In der Nachklärung wird dann das phosphatarme Abwasser vom phosphorreichen Belebtschlamm getrennt.

Dieses Verfahren wird als 3. Reinigungsstufe bei der Reinigung von Abwasser bezeichnet und hat sich seit Jahren bewährt. Soweit es sich darum handelt, Abwasser mit einem unausgewogenem C : N : P-Verhältnis zu reinigen, ergeben sich jedoch Probleme. In den Fällen, wo wesentlich weniger Kohlenstoff zum Aufbau der Biomasse zur Verfügung steht, ist es bekannt geworden, dem Reinigungsprozeß extern Kohlenstoff, z. B. in Form von Ethanol, zuzugeben. Es ist offensichtlich, daß damit ein hoher Kostenaufwand verbunden ist, vor allem, wenn es sich um hochnährstoffbelastete Abwässer, wie eingangs erwähnt, handelt.

Bei einem annähernd ausgewogenen C : N : P-Verhältnis werden mit den bekannten Verfahren der 3. Reinigungsstufe akzeptable Ergebnisse erreicht. Soweit dieses Verhältnis gestört wird durch einen erhöhten N- bzw. N- und P-Anteil, muß nach neuen Lösungen gesucht werden. Die Zugabe externer Kohlenstoffquellen ist eine solche Möglichkeit, jedoch bereitet sie erhebliche zusätzliche Kosten.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Kläranlage, d. h. auch einer Gemeinschaftskläranlage vorzuschlagen, bei der - bedingt durch die komplexe Zusammensetzung des Abwassers - bisher Probleme bei der Einhaltung der Ablaufwerte entstehen können. Es soll ein Lösungsvorschlag unterbreitet werden, nach dem bei einer hohen Konzentration von Stickstoffverbindungen und wenig leicht abbaubaren Kohlenstoffverbin dungen es möglich wird, die mit den sonst üblichen Verfahren der Stickstoffelimination und der verstärkten biologischen Phosphorentfernung (Bio-P) erzielbaren Ablaufwerte ebenfalls zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich des grundlegenden erfinderischen Gedankens auf den Patentanspruch 1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Folgende ergänzende Erläuterungen sollen hiermit erfolgen.

Der anfallende Primärschlamm wird einem Speicherbehälter, im weiteren als Versäuerungs becken bezeichnet, zugeführt und durchmischt. Es kann auch zweckmäßig sein, einen Abwasserteilstrom, bevor dieser in das Vorklärbecken gelangt, abzuzweigen. Wie vorher gesagt, sollten diese Abwasser- bzw. Schlammanteile durchmischt werden. Es wird im Versäuerungsbecken ein anaerober Abbau eingeleitet, der bis zur Phase der Entstehung von Alkoholen und organischen Säuren durchgeführt wird. Ein weiterer anaerober Abbau bis hin zur Entstehung von Methangas muß hierbei unterdrückt werden. Mit diesem versäuerten Primärschlamm wird es möglich, auf Kläranlagen mit einem ungünstigen Verhältnis von C : N : P den fehlenden Anteil von verfügbarem Kohlenstoff quasi-intern zu erhöhen. Ohne den Einsatz von externen Kohlenstoffquellen, deren Einsatz gemäß Stand der Technik bekannt ist, erfolgt mit dem neuen Verfahren eine Stabilisierung und teilweise Erhöhung der Abbauleistung.

Im Ergebnis durchgeführter Versuche soll noch darauf hingewiesen werden, daß nach dem Anfahren der Primärschlammversäuerung in den ersten 8 Tagen kein Schlamm abgezogen werden sollte. Nach einer Einfahrzeit von etwa 4 Wochen kann begonnen werden, die Schlammenge zu erhöhen, d. h. Erhöhung der Hydrolysatmenge, um das Verfahren noch wirtschaftlicher zu gestalten. Die Reduzierung externer Kohlenstoffquellen ist damit gegeben.

Als weitere Erkenntnis ist herauszustellen, daß das Hydrolysat vorzugsweise in der De nitrifikationsphase zugegeben wird, wobei jedoch ausdrücklich unter Hinweis auf die Patentansprüche die Zugabe in das Bio-P-Becken oder das Denitrifikationsbecken beansprucht wird.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausfiuihrungsbeispielen erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt das Verfahrensprinzip

Die Fig. 2 zeigt als Graphik die Abhängigkeit der Primärschlammversäuerung von der Temperatur und oTS

Die verwendeten Bezugszeichen bedeuten: 1 Vorklärbecken mit Schlammfang
2 Versäuerungsbecken
3 Bio-P-Becken
4 Denitrifikationsbecken
5 Nitrifikationsbecken
6 Nachklärbecken mit Absetzzone
Rohrleitungen für:
PS Primärschlamm
VS versäuerten Schlamm
RS Rücklaufschlamm

1. Ausführungsbeispiel, es wird auf Fig. 1 verwiesen

Das einer Kläranlage zufließende Abwasser gelangt zuerst in des Vorklärbecken 1. Vom Schlammfang fließt der Primärschlamm PS in das Versäuerungsbecken 2. Es kann zweckmäßig sein, einen Teilstrom des Abwassers vor dem Zulauf in das Vorklärbecken 1 abzuzweigen und dem Versäuerungsbecken 2 ebenfalls zuzuleiten. Die Versäuerung im Becken 2 findet unter anaeroben Bedingungen in zwei Phasen statt. Hierbei werden in der ersten Phase die hochmolekularen, oft ungelösten Stoffe durch Enzyme in gelöste Bruchstücke überführt und in der zweiten Phase von verschiedenen anaeroben Bakterienarten in kurzkettige organische Säuren, Alkohole, Wasserstoffund Kohlendioxid umgewandelt.

Der nunmehr durch Hydrolyse und Versäuerung behandelte Schlamm gelangt in das Denitrifikationsbecken 4 oder das Bio-P-Becken 3, wobei im letzteren die niedermolekularen organischen Stoffe als essentielles Nährmedium durch P-speichernde Mikroorganismen des Belebtschlammes aufgenommen werden. In der Nachklärung wird das phosphatarme Abwasser vom phosphorreichen Belebtschlamm getrennt. Es wird ein Teil des Schlammes als Rücklaufschlamm RS in die Becken 3 und 4 zurückgeführt, ein Teil wird als Überschußschlamm aus dem Kreislauf entnommen.

Mit diesem Verfahren wird es möglich, auf die Zugabe externer Kohlenstoffquellen (z. B. Ethanol) unter bestimmten Voraussetzungen zu verzichten bzw. den Verbrauch einzuschränken.

2. Ausführungsbeispiel, es wird auf Fig. 2 (Grafik) verwiesen

Primärschlamm aus einer Gemeinschaftskläranlage (kommunales Abwasser und Abwasser aus der Düngemittelproduktion) wurde in einem anaerob betriebenen Versuchsreaktor bei Variation folgender Parameter hydrolysiert und versäuert:

Verweilzeit	0 bis 20 Tage
Temperatur	10 bis 30°C
Org. Trockensubstanzgehalt	10 bis 30 g/l

Die erzielten Substratgehalte, ausgedrückt durch den CSB-Wert sind in Fig. 2 grafisch dargestellt.

Die Zugabe der Versäuerungsprodukte in das Denitrifikationsbecken 4 der Gemeinschafts- kläranlage ermöglicht die Anhebung des Substratgehaltes des hochstickstoffbelasteten Abwassers von etwa 10% auf etwa 50% des Sollwertes, womit eine deutliche Senkung der externen Substratzugabe (Ethanol) verbunden ist.

Claims

1. Verfahren zur biologischen Behandlung hochnährstoffbelasteter Abwässer, insbesondere von Abwässern aus der Düngemittelproduktion, die ein unausgewogenes Kohlenstoff (C)- Stickstoff (N)-Phosphor (P) Verhältnis von bis zu 10C : 5N : 1P aufweisen, wobei eine gezielte Einflußnahme auf die Denitrifikation und eine vermehrte biologische Phosphor elimination vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine gezielte Denitrifikation und/oder eine vermehrte biologische Phosphorelimination erforderliche Anhebung des biologisch leicht abbaubaren Substrates auf den Sollwert von etwa 10C : 5N : 1P vollständig oder teilweise durch Hydrolyse und Versäuerung von Primärschlamm aus dem Vorklärbecken (1) einer Kläranlage in einem anaerob betriebenen Versäuerungsbecken (2) bei einer Aufenthaltszeit von 4 bis 16 Tagen, vorzugsweise 8 bis 10 Tagen, einer Temperatur von 10 bis 30°C, vorzugsweise 15 bis 20°C und einem Gehalt an organischer Trockensubstanz von 10 bis 30 g/l, vorzugsweise 18 bis 22 g/l sowie einer gezielten Zugabe der entstehenden Versäuerungsprodukte, vorwiegend kurzkettige organische Säuren, entweder in das Bio-P-Becken (3) oder das Denitrifikationsbecken (4) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des einer Kläranlage zufließenden Abwassers in das Versäuerungsbecken (2) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abwasser bzw. Schlammteilströme aus dem Zulauf einer Kläranlage, aus dem Vorklärbecken (1) entnommen und dem Versäuerungsbecken (2) zugeleitet werden, wobei das Abwasser- Schlammgemisch nach Hydrolyse und Versäuerung im Versäuerungsbecken (2) gezielt in das Bio-P-Becken (3) oder das Denitrifikationsbecken (4) gegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe externer Kohlenstoffquellen in das Denitrifikationsbecken (4) oder das Bio-P-Becken (3) derart erfolgt, daß diese Kohlenstoffquellen als zusätzliche Nährstoffquellen der P-speichernden und N-abbauenden Mikoroorganismen dienen.