DE19915887A1

DE19915887A1 - Verfahren zur zweistufigen biologischen Abwasserbehandlung und Vorrichtung zur Realisation des Verfahrens

Info

Publication number: DE19915887A1
Application number: DE1999115887
Authority: DE
Inventors: Jan Topol
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 1999-10-14
Also published as: CZ291479B6; CZ111998A3; SK284313B6; SK162098A3

Abstract

Das Verfahren für die zweistufige biologische Abwasserbehandlung unter Verwendung von suspendiertem, aktiviertem Schlamm beseitigt, bei dem sich in die I. Aktivierungsstufe, die gleichzeitig die Funktion eines Ausgleichstanks und eines Schlammsammlers erfüllt, das Abwasser zugeführt wird, das während der allmählichen Befüllung der durch einen Reaktor gebildeten II. Aktivierungsstufe mit der Rohwasserpumpe zur Nachbehandlung umgepumpt wird. Während der Reinigung wird der Reaktor während der Befüllungsphase aus dem minimalen auf das maximale Niveau und der Ausgleichstank während der Entleerungsphase aus dem maximalen auf das minimale Niveau belüftet. Unverzüglich nach der Befüllung des Reaktors wird dieser entleert. Die für die Trennung des Schlamms von dem gereinigten Wasser und seine Sedimentation am Boden bei der Reaktorentleerung benötigte Zeit wird durch die Dauer des Überpumpens des überschüssigen Schlamms und des Teiles des gereinigten Wassers aus dem Reaktor in den Ausgleichstank bestimmt, während der das maximale Niveau im Reaktor auf das Einschaltniveau für die Reinwasserpumpe absinkt. Falls das Wasserniveau im Ausgleichstank auf das Mindestniveau absinkt, wird das Umpumpen des gereinigten Wassers in den Abfluß gesperrt und der Inhalt der Reaktorfüllung im Bereich des maximalen und minimalen Niveaus wird mit der Schlammpumpe in den Ausgleichstank umgepumpt. Falls das Wasserniveau in dem Ausgleichstank die festgelegte Höhe erreicht, das Pumpen des gereinigten ...

Description

Technischer Bereich

Die Erfindung betrifft das biologische Verfahren zur zweistufigen biologischen Abwasserbehandlung unter Verwendung vom Aktivierungssystem mit aktiviertem Schlamm in der Schwebe und der Vorrichtung zur Realisation des Verfahrens, das besonders für Kleinkläranlagen geeignet ist.

Bisheriger Stand der Technik

Die biologische Abwasserreinigung verwendet den aktivierten Schlamm, der eine Mischung von verschiedenen Bakterien und kleinen Mikroorganismen darstellt. Dieser Schlamm benötigt für sein Leben die im Abwasser enthaltenen organischen Stoffe, die vom Schlamm zersetzt werden, wodurch das Abwasser gereinigt wird. Der Aktivierungsprozeß ist nur bei einer ständigen Sauerstoffzuführung möglich, welches in der Regel durch Luftzuführung in den Aktivierungstank sichergestellt wird.

Zur Abwasserreinigung werden einerseits die fest am Boden haftenden Mikroorganismen in Form von verschiedenen Biofilter- und Bioreaktorsystemen, die mit Abwasser eingeweicht werden, anderseits Aktivierungssysteme, die Schlamm in der Schwebe enthalten, wobei die Schlammflocken mit Abwasser und Luft gemischt werden.

Die bereits bekannten Kläranlagen mit Schlamm in der Schwebe können in Systeme mit einem kontinuierlichen Abwasserdurchfluß durch den Aktivierungstank und in Systeme mit einem nicht kontinuierlichen Durchfluß unterteilt werden.

Bei der kontinuierlichen Abwasserreinigung wird das Abwasser nach der groben Vorreinigung direkt in den Aktivierungstank zugeführt und nach einer zur Abwasserbehandlung technologisch notwendigen Zeit wird das Wasser gemeinsam mit dem aktivierten Schlamm in einen selbständigen Post-Sedimentationstank abgeleitet. In diesem Tank wird der Schlamm abgesetzt und das gereinigte Wasser in den Ablauf weitergeleitet.

Bei dem System mit einem diskontinuierlichen Durchfluß wird das Abwasser nach der groben Vorreinigung entweder direkt in den Aktivierungstank oder nach dem Umwälzen aus dem Ausgleichstank zugeführt. Nach der Reinigung wird der Aktivierungsprozeß unterbrochen, d. h. die Durchlüftung und die allfällige Durchmischung des Wassers im Aktivierungstank wird gestoppt und nachdem sich der Schlamm setzt, wird das gereinigte Wasser abgepumpt oder gravitiationsbezogen in den Ablauf geleitet. Dann wird wieder der Aktivierungstank gefüllt und der beschriebene Zyklus wiederholt sich. Im Vergleich mit der kontinuierlichen Reinigung wird der Post- Sedimentationstank unterlassen und die Befüllung des Aktivierungstanks (SBR) wiederholt sich in Zyklen.

Nachteil der oben beschriebenen Aktivierungssysteme für Abwasserreinigung ist das, daß sie nur schwierig für Kleinkläranlagen verwendbar sind, und zwar besonders mit Rücksicht auf die mit Führung des Kläranlagebetriebes verbundenen Ansprüche.

Bei den Aktivierungskläranlagen mit einem kontinuierlichen Durchfluß muß der Schlamm aus dem Post-Sedimentationstank ständig zum Zufluß des Abwassers in den Aktivierungstank befördert werden. Falls die Schlammkonzentration in diesem Tank den zulässigen Wert überschreitet, muß der überschüssige Schlamm aus der Kläranlage abgepumpt werden. Regelmäßige Messungen der Schlammkonzentration im Aktivierungstank und die Schlammabpumpung erfordern eine qualifizierte Bedienung. Außerdem wäre bei einem schlagartigen Zufluß des Abwassers der Aktivierungstank unregelmäßig belastet. Dies würde zu einer schlechteren Wasserqualität am Abfluß führen oder wäre es nötig, bei der erforderlichen Wasserqualität der Aktivierungs- und der Post-Sedimentationstank zu überdimensionieren.

Die bisher bekannten kleinen kontinuierlichen Kläranlagen mit einem aktivierten Schlamm in der Schwebe sind mit Rücksicht an den im Aktivierungstank sich ansammelnden Schlamm entweder für eine große Schlammdichte ausgelegt, wobei der Schlamm energetisch anspruchsvoll in der Schwebe ohne Unterbrechung des Kläranlagebetriebes bis zu 200 Tage zum Abschlämmen gehalten werden muß, oder erfordern eine qualifizierte Bedienung, die regelmäßig das Abschlämmen des Klärtanks sicherstellt. Beide diese Systeme können nicht eine längere Zeit ohne Abwasserzufluß funktionieren, weil sich nach dem Verbrauch der organischen Stoffe im Aktivierungstank der Schlamm autolytisch zersetzt und aus der Aktivierung verschwindet. Dadurch wird wesentlich der Kläranlagebetrieb beeinträchtigt. Die Aktivierungskläranlagen mit einem nicht kontinuierlichen Durchfluß des Aktivierungstanks (SBR) zeichnen sich durch ein verhältnismäßig kompliziertes Regelsystem aus und sind deshalb für kleine Abwasserquellen zu aufwendig.

Grund der Erfindung

Die oben genannten Nachteile werden durch das Verfahren für die zweistufige biologische Abwasserbehandlung unter Verwendung von suspendiertem, aktiviertem Schlamm beseitigt. Der Grund der Erfindung beruht in der Tatsache, daß in die I. Aktivierungsstufe, die gleichzeitig die Funktion eines Ausgleichstanks und eines Schlammsammlers erfüllt, das Abwasser zugeführt wird, das während der allmählichen Befüllung der durch einen Reaktor gebildeten II. Aktivierungsstufe mit der Rohwasserpumpe zur Nachbehandlung umgepumpt wird. Während der Reinigung wird der Reaktor während der Befüllungsphase aus dem minimalen auf das maximale Niveau belüftet, wobei der Ausgleichstank wird während der Entleerungsphase aus dem maximalen auf das minimale Niveau belüftet. Unverzüglich nach der Befüllung des Reaktors wird dieser entleert. Die für die Trennung des Schlamms von dem gereinigten Wasser und seine Sedimentation am Boden bei der Reaktorentleerung benötigte Zeit wird durch die Dauer des Überpumpen des überschüssigen Schlamms und des Teiles des gereinigten Wassers aus dem Reaktor in den Ausgleichstank bestimmt, während der das maximale Niveau im Reaktor auf des Einschaltniveau für die Reinwasserpumpe absinkt. Falls das Wasserniveau im Ausgleichstank auf das Mindestniveau absinkt, wird das Umpumpen des gereinigten Wassers in den Abfluß gesperrt und der Inhalt der Reaktorfüllung im Bereich des maximalen und minimalen Niveaus wird mit der Schlammpumpe in den Ausgleichstank umgepumpt. Falls das Wasserniveau in dem Ausgleichstank die festgelegte Höhe erreicht, das Pumpen des gereinigten Wassers in den Abfluß wird freigegeben.

Diese zweistufige diskontinuelle Aktivierungsanlage zur Abwasserbehandlung wird einerseits durch den Ausgleichstank mit dem Abwassereingang und mit der Rohwasserpumpe und anderseits mit einem Reaktor mit einer Schlammpumpe, einem Schwimmerschalter mit dem eingestellten minimalen und maximalen Niveau, einer Reinwasserpumpe und einer Belüftungseinrichtung, gebildet. Der Ausgleichstank ist weiterhin mit einer Belüftungseinrichtung und einem Schwimmerschalter für einen Erhaltungsbetrieb zum Ausschalten der Reinwasserpumpe versehen. In dem Reaktor ist in der Höhe zwischen dem maximalen und minimalen Niveau ein Schwimmschalter für Umschaltung der Reinwasserpumpe installiert. Das System ist weiterhin gewöhnlich mit einem Zentralkompressor, einem Elektroverteiler, einem Luftverteiler, geeichten Düsen an der Luftverteilung für einzelne Größentypen der Kläranlagen und einem Leistungsregler, der an dem Elektroanschluß der Kläranlage besetzt wird, versehen.

Die oben beschriebene Kläranlage benutzt die Vorteile des diskontinuellen Aktivierungssystems (SBR), wobei der betrieblich sowie konstruktionsbezogen aufwendige Post-Sedimentationstank entfällt und gleichzeitig die Steuerung des Gesamtsystems höchstmöglich vereinfacht wird. Durch die Tatsache, daß das System nur mittels Niveauüberwachung, gewöhnlich nur mittels Schwimmschalter, gesteuert wird und keine elektrische Schaltuhr benötigt, wird die gesamte Steuerung sehr einfach und zuverlässig und das SBR-System kann dadurch auch bei den kleinsten Verunreinigungsquellen benutzt werden. Gleichzeitig wird grundsätzlich die Klärwirkung erhöht, weil die Gebläseleistung während der Sedimentation und Entleerung zur Belüftung der I. Aktivierungsstufe benutzt wird, in der eine bedeutende Vorreinigung des Abwassers und eine aerobe Stabilisierung des überschüssigen Schlamms erfolgt.

Die meist günstige Anwendung dieses Systems ist die Rekonstruktion der bereits gebauten Senkgruben und Faulgruben auf Abwasserkläranlagen. In diesem Fall erfüllt die bestehende Senkgrube eine Funktion des Ausgleichstanks und des Schlammsammlers und neu wird in die Senkgrube nur ein Reaktor mit dem Belüftungs- und Regelsystem eingelegt, wodurch eine komplette Kleinkläranlage entsteht.

Es handelt sich wahrscheinlich um die kleinsten Kläranlagen, die mit einer geregelten Denitrifikation betrieben werden. Beim Einfüllen und bei der biologischen Reinigung verlauft im Reaktor gleichzeitig die Nitrifikation, d. h. eine biologische Oxidation des Ammoniaks, bei der Nitrate entstehen. Nach dem erneuten Umpumpen des gereinigten Wassers in den Ausgleichstank mit einer sauerstofflosen Umgebung wird aus dem gereinigten Wassers biologisch der gasförmige Stickstoff gelöst. Die Mischung des Rohwassers und des gereinigten Wassers, die nachfolgend in den Reaktor geführt wird, enthält dann verhältnismäßig weniger Stickstoff. Der Wirkungsgrad der Denitrifizierung ist durch das Verhältnis des gereinigten Wassers, das aus dem Reaktor in einem Zyklus aus dem Ausgleichstank umgepumpt wird, zu der Wassermenge, die in den Abfluß abgepumpt wird, gegeben. Dieses Verhältnis wird einfach durch Einstellung des Einschaltniveaus der Reinwasserpumpe festgelegt.

Übersicht der Abbildungen in Zeichnungen

In der beigelegten Zeichnung ist eine der möglichen Varianten der zweistufigen Aktivierungskläranlage gemäß der Erfindung dargestellt.

Beispiel der Erfindungsrealisation

Die Aktivierungskläranlage gemäß Abb. 1 ist durch zwei wasserdicht getrennte Aktivierungstanke gebildet. Die I. Aktivierungsstufe wird durch den Ausgleichstank 1, gewöhnlich die bestehende Senkgrube, und die II. Aktivierungsstufe durch einen Reaktor 2 gebildet. Der Ausgleichstank 1 dient zur Ansammlung und Ausgleich der ungleichmäßigen Abwasserzufuhr und gleichzeitig zum Abfangen der groben Verunreinigung und Ansammlung des überschüssigen Schlamms aus dem Reaktor 2. Es wird hier also eine Mischung von primärem und überschüssigem aktiviertem Schlamm mit einem Gemisch vom Rohwasser und gereinigtem Abwasser gelagert und unterbrochen belüftet. In dem Ausgleichstank 1 befindet sich ein Belüftungselement 11, eine Rohwasserluftpumpe 9, ein Schwimmerschalter 7 für Erhaltungsbetrieb und ein Grobschmutzfilter 10 mit Luftzuführung. Der Reaktor 2 ist mit einer Luftpumpe für Umwälzen des überschüssigen Schlamms 12, einer Luft- oder Elektropumpe für Umwälzen des gereinigten Wassers 13, einem Belüftungselement 11, einem Schwimmerschalter 26 für das maximale und minimale Niveau im Reaktor 2 und einem Schwimmerschalter 4 für die Reinwasserpumpe 4 versehen.

Das Abwasser wird in den Ausgleichstank 1 eingeleitet und aus diesem wird es über den Grobschmutzfilter 10 langsam mittels die Rohwasserluftpumpe 9 in den Reaktor 2 umgepumpt, in dem es während der Einfüllung des Reaktors 2 belüftet und gereinigt wird. Das Einfüllen des Reaktors 2 erfolgt von dem Mindestniveau 14 bis zu dem Höchstniveau 15. Der Umfang der Einfüllung des Reaktors 2 wird von 15% bis 60% des Inhalts des Reaktors 2 eingestellt und das Einfüllen dauert dann gewöhnlich von einer bis fünf Stunden.

Nach dem Einfüllen des Reaktors 2 bis zu dem Höchstniveau 15 schließt der Schwimmerschalter 26 den Elektroventil 19 zum Einfüllen und gleichzeitig öffnet den Elektroventil 20 zum Entleeren des Reaktors 2. Damit beginnt die Entleerungsphase des Reaktors 2 mit der parallelen Belüftung des Ausgleichstanks 1, in dem zu diesem Zeitpunkt das Abwasser vorgereinigt und der Schlamm aerob stabilisiert wird. Während dieser gesamten Phase ist im Betrieb die Luftpumpe für Umwälzen des überschüssigen Schlamms 12, die das Wasserniveau im Reaktor 2 aus dem Höchstniveau 15 auf das Einschaltniveau 16 der Reinwasserpumpe 13 senkt, wobei das Elektroventil 21 der Reinwasserpumpe aktiviert wird, wodurch die Reinwasserpumpe 13 in Betrieb genommen wird. Diese für die Abtrennung des Schlamms von dem gereinigten Wasser notwendige Zeitverzögerung beträgt üblich 30 bis 90 Minuten. Nach dem Einschalten der Reinwasserpumpe 13 wird dann der Reaktor 2 auf das Mindestniveau 14 abgepumpt, wodurch die mit dem Belüften des Ausgleichstanks 1 verbundene Phase der Entleerung des Reaktors 2 beendet wird und gleichzeitig beginnt die weiter Phase der Einfüllung des Reaktors 2. Dieser Ablauf wiederholt sich dann zyklisch. Die Leistung der Pumpe für Umwälzen des überschüssigen Schlamms 12 ist im Vergleich mit der Reinwasserpumpe 13 in der Regel vielmehr niedriger.

Der Einlaß zu der Pumpe für Umwälzen des überschüssigen Schlamms 12 ist auf dem Niveau des erforderlichen Schlammniveaus 17 im Reaktor 2 nach der Sedimentation. Dies bedeutet, daß bei jedem Zyklus eine optimale Menge des aktivierten Schlamms im Reaktor 2 automatisch eingehalten wird.

Falls die Zufuhr des Abwassers in die Kläranlage nicht ausreichend ist und falls das Niveau im Ausgleichstank 1 bis zum eingestellten Mindestniveau 5 absinkt, blockiert der Schwimmschalter 7 den Elektroventil 21 der Reinwasserpumpe 13 auch beim Absenken des Niveaus im Reaktor 2 auf und unter das Einschaltniveau 16 der Reinwasserpumpe 13. Infolge dessen dauert die mit der Belüftung des Ausgleichstanks 1 verbundene Entleerung des Reaktors 2 so lange, bis der ganze Inhalt des Reaktors 2 langsam mittels die Pumpe für Umwälzen des überschüssigen Schlamms 12 aus dem Höchstniveau 15 auf das Mindestniveau 14 in den Ausgleichstank 1 umgepumpt wird. Es wird also kein Reinwasser aus der Kläranlage abgeführt. Das System ist in der Regel mit einem Zentralkompressor 25, einem Elektroverteiler 23, einem Luftverteiler 18, geeichten Düsen 22 an der Luftverteilung für einzelne Größentypen der Kläranlagen und einem Leistungsregler 24, der an dem Elektroanschluß der Kläranlage besetzt wird, versehen. Ist der elektrische Strom in die Kläranlage ununterbrochen zugeführt wird, arbeitet der Kompressor 24 Stunden pro Tag mit einer wechselnden Belüftung des Ausgleichstanks 1 und des Reaktors 2 und die Kläranlage arbeitet somit mit voller Leistung. Falls am Leistungsregler 24 eine Unterbrechung der Stromzufuhr eingestellt wird, wird somit die gesamte Betriebszeit des Kompressors 25 und dadurch auch der Betrieb der Kläranlage abgekürzt. Dadurch erreicht man eine sehr einfache und wirksame Regulierung der Kläranlageleistung bei einer gleichzeitigen Energieersparung entsprechend der tatsächlichen Belastung der Kläranlage.

Auf derselben Weise funktioniert das System bei Verwendung von zwei selbständigen Kompressoren. Einer von diesen stellt dann das Einfüllen des Reaktors 2 und der zweite seine Entleerung sicher. Der Niveauschalter 26 für das maximale und minimale Niveau dann, statt die Elektroventile 19 und 20 zu schließen und zu öffnen, schaltet immer wechselnd einen der beiden Kompressoren ein oder aus.

Claims

1. Das zweistufige biologische Verfahren zur Abwasserbehandlung mit aktiviertem, suspendiertem Schlamm, bei der in den Ausgleichstank das Abwasser zugeführt und während der Einfüllung des Reaktors nachfolgend mit der Rohwasserpumpe in den Reaktor zur Nachbehandlung umgepumpt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Erreichen des Höchstniveaus im Reaktor die Einfüllung beendet wird und nachfolgend die Entleerung vorerst durch Überpumpen des überschüssigen Schlamms aus dem Reaktor in den Ausgleichstank bis zur Höhe des Einschaltniveaus für das umpumpen des Reinwassers in den Abfluß eingeleitet wird, wobei das Abpumpen des Reinwassers in den Abfluß und das Umpumpen des überschüssigen Schlamms in den Ausgleichstank mit dem Erreichen des Mindestniveaus im Reaktor beendet wird, bei dem eine erneute Einfüllung des Reaktors mit Abwasser aus dem Ausgleichstank erfolgt.

2. Das Verfahren zur Abwasserbehandlung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor während der Einfüllphase aus dem Mindestniveau zum Höchstniveau belüftet wird, wobei der Ausgleichstank bei der Entleerungsphase des Reaktors aus dem Höchstniveau auf das Mindestniveau belüftet wird.

3. Das Verfahren zur Abwasserbehandlung gemäß Anspruch 1 u. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Trennung des Schlamms von dem gereinigten Wasser und zu seinem Absetzen am Boden benötigte Zeit während der Entleerungsphase des Reaktors durch die zum Umpumpen des überschüssigen Schlamms und des Teiles des gereinigten Wassers aus dem Reaktor in des Ausgleichstank notwendigen Dauer bestimmt ist, während der das Höchstniveau im Reaktor bis zum Einschaltniveau für das Umpumpen des Reinwassers in den Abfluß absinkt.

4. Das Verfahren zur Abwasserbehandlung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Absenken des Wasserniveaus in dem Ausgleichstank auf das Mindestniveau das Umpumpen des Reinwassers in den Abfluß blockiert wird und die Füllmenge des Reaktors im Bereich des minimalen und des maximalen Niveaus durch die Schlammpumpe in den Ausgleichstank umgepumpt wird, wobei falls das Wasserniveau in dem Ausgleichstank bis zur festgelegten Höhe steigt, die immer höher als das Mindestniveau ist, wird die Weiterleitung des Reinwassers in den Abfluß freigegeben.

5. Die zweistufige diskontinuelle biologische Aktivierungsanlage zur Abwasserbehandlung mit aktiviertem, suspendiertem Schlamm, durch den Ausgleichstank mit dem Abwassereingang und mit der Rohwasserpumpe und den Reaktor mit einer Schlammpumpe, einem Schwimmerschalter mit dem eingestellten minimalen und maximalen Niveau, einer Reinwasserpumpe und einer Belüftungseinrichtung, gebildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichstank weiterhin mit einer Belüftungsanlage (11) und mit einem Schwimmschalter (7) für Erhaltungsbetrieb zum Blockieren der Reinwasserpumpe (13) ausgestattet ist, wobei im Reaktor (2) zwischen dem Mindest- und Höchstniveau ein Schwimmschalter (4) zum Umschalten der Reinwasserpumpe (13) installiert ist.