DE2321725A1 - Verfahren zum behandeln von abwasser - Google Patents

Description

6 Frankfurt em Main 70 2321725

Gzy/goe UNION CARBIDE CORPORATION

Verfahren üum Behandeln von Abwasser.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von mit Sauerstoff unter chemischer Ausfällung zur Entfernung der kohlenstoffhaltigen Nährstoffe und der phosphorhaltigen Verunreinigungen aus diesem Wasser, um den Sauerstoffbedarf des Wassers zu verringern und um eine Eutxophieruwg der Vcrflut zu. verhindern.

Verbindungen des Phosphors und des Stickstoffs, die in erheblichen Mengen im Wasser zugegen sind, sind wichtige Nährstoffe. Das Ablassen großer Mengen dieser Nährstoffe in i'.a<:irliche Gewässer fördert das Wachstum von AIc₁Sn und führt zu einer Eutrophierung von Seen und einer entsprechenden Verschlechterung des Wassers in den Strömen. Verbindungen des Stickstoffs und des Phosphors sind wesentlich für das Wachstum der Algen. Phosphor wird im allgemeinen als ein kritischerer Nährstoff angejehfn, da er im Gegensatz zu Stickstoff nur in Form von Phosphor enthaltenden Verbindungen dem Wasser zugeführt werden kann. In Gegensatz hierzu können verschiedene Algen, insbesondere die schädlichen Blau-Algen, ihren Stickstoffbedarf durch direkte Verwertung von atmosphärischem Stickstoff decken. Eine Regölung der Eutrephierung kann daher am basten durch die Regelung von Phosphor stattfinden.

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Phosphor ist im Abwasser gewöhnlich in Form von organischen Phosphorverbindungen, anorganischen kondensierten Phosphaten und Orthophosphaten enthalten. Der größte Teil der organischen Phosphorverbindungen in dem Abwasser liegt vor als teilchenförmiger organischer Stoff und in Bakterienzellen. Sehr wenig bekannt ist etwas über gelöste organische Phosphorverbindungen, die als Nebenprodukte des bakteriellen Stoffwechsels und der Lysis der Zellen entstehen. Anorganische kondensierte Phosphate, wie Tripolyphosphate und Pyrophosphate fallen hauptsächlich im

durch Detergention
Abwasser der Haushalte/an. Orthophosphate sind ein Endprodukt des mikrobischen Abbaues von Phosphor enthaltenden organischen Verbindungen; Orthophosphat ist ferner im Urin enthalten und ist das Endprodukt der enzymatisehen Hydrolyse von kondensierten Phosphaten. Phosphor als Orthophosphat ist am geeignetsten für die biologische Verwendung. Die Konzentration der verschiedenen Formen von Phosphorverbindungen im häuslichen Abwasser schwanken weit von Stunde zu Stunde .und von Tag zu Tag. Abwässer aus verschiedenen Anlagen enthalten ebenfalls verschiedene Konzentrationen von Phosphaten/ die abhängig sind von der Quelle und von der Art der biologischen Behandlung.

Das am häufigsten angewendete Verfahren zur Behandlung von Abwasser ist die biochemische Oxydation, insbesondere in Gegenwart von aktiviertem Schlamm. In den letzten Jahren ist dieses Ver-

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fahren sehr verbessert werden durch die Verwendung von gasförmigem Sauerstoff hoher Reinheit als Oxydationsmittel in einer Reihe von geschlossenen Behältern _f vorzugsweise mit einer stufenweisen liindurchführung von Gas und Flüssigkeit von Behälter zu Behältex-» Ein solches Verfahren ist in der US-Patentschrift Ur. 3,547,515 beschrieben.

Das Ziel einer solchen Behandlung ist die Entfernung aller Verunreinigungen aus dem Abwasser, einschließlich derjenigen, die Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor enthalten. Leider sind die Verfahren und die Arbeitsbedingungen zur besten Entfernung einer der Verunreinigungen nicht geeignet zum Entfernen der anderen, so daß eine optimale gleichmäßige Behandlung nicht in einem einzigen Ve rf ahrens s ch ritt durchgeführt v/erden kann. So weiß nan beispielsweise, daß die Wachstumsgeschwindigkeit von Mikroorganismen, welche kohlenstoffhaltige Nährstoffe verbrauchen, sehr viel höher ist als die Wachstumsgeschwindigkeit solcher Mikroorganismen, welche stickstoffhaltige Währstoffe verbrauchen. Im .Ergebnis verhindert ein schnelles Wachstum des Schlammes durch die Vermehrung von Kohlenstoff verbrauchenden Mikroorganismen das v/irksame iiachstum von Stickstoff verbrauchenden Organismen in demselben Schlamm. VJenn ferner eine Entfernung des Phosphors durchgeführt wird, erhöht sich die Menge der Feststoffe in dem System* Das führt zu einer Verarmung an Stickstoff ver-

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brauchenden Mikroorganismen und ergibt ähnliche Schwierigkeiten für die Kohlenstoff verbrauchenden Mikroorganismen.

Die Notwendigkeit, beim Arbeiten mit aktiviertem Schlamm den Phosphor zu entfernen, kann zu besonderen Schwierigkeiten füh-

der Wirksamkeit

ren bei dem biologischen Verfahren und bei/der Reinigung. Phosphor ist ein wesentlicher Nährstoff für das Wachstum der Mikroorganismen, aus welchen der für das Verfahren notwendige aktivierte Schlamm besteht. Ein Teil des ixn Abwasser enthaltenden Phosphors wird entfernt durch das Wachstum und spätere Entfernen der überschüssigen Biomasse. Dieser Anteil ist indessen nur gering, und weitere Verfahrensschritte müssen in der Regel angewendet werden, um zu der gewünschten Reinheit zu kommen. Das am häufigsten ausgeikM.e Verfahren zur Verringerung des Gehaltes an Phosphor besteht in der chemischen Ausfällung mit einer Metallverbindung, wie Aluminiumsulfat oder Eisen-(III)-Chlorid*

Beim Ausfällen von Phosphor finden andere chemische Umsetzungen statt, durch welche ein Teil der chemischen Zusätze verbraucht wird» Daher müssen erheblich größere Mengen als die stöchiometrischen verwendet werden, um zu einer wirksamen Entfernung zu kommen. Unabhängig von der stattfindenden chemischen Umsetzung gehen praktisch alle chemischen Zusatzstoffe in unlösliche Endprodukte über, und es entsteht daher eine erhebliche Menge von chemischen Feststoffen. *

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Drei wesentliche Verfahren zum Ausfällen von Phosphor beim Arbeiten mit aktiviertem Schlamm sind schon vorgeschlagen worden. Diese Verfahren bestehen darin, daß man. entweder

(a) das Ausfällen vor der Behandlung mit dem aktivierten Schlamm,

(b) nach der Behandlung mit dem aktivierten Schlamm, oder

(c) gleichzeitig mit der Behandlung mit dem aktivierten Schlamm vornimmt«

Das kombinierte Vorfahren nach (c) v/ird so durchgeführt, daß man bei der Behandlung mit dem aktivierten Schlamm die Phosphor ausfällenden Verbindungen direkt dem Flüssigkeitsgemisch zugibt, und hierbei die kohlenstoffhaltigen und phosphorhaltigen Stoffe gleichzeitig in derselben Anlage entfernt-.Diese gleichzeitige Entstehurg von che-nischcu Feststoffen, insbesondere Salzen des Phosphors und biologischen Schlamm führt leider zu einer tiberbelastung des Systems. Bei den Verfahren nach (a) und (b) werden die chemischen FEststoffe dort abgezogen, wo sie ausgefällt werden, und dann direkt zum Abfall gefördert* Bei dem kombinierten Verfahren nach (c) muß aber der biologische Schlamm innerhalb des Systems zurückgeführt werden. Bei diesem Verfahren steigt auch die Menge des inerten chemischen Schlammes im Gemisch mit den biologischen FEststoffen und kann 5o % der gesamten Feststoffe erreichen. Diese Zunahme der in den Abfall gelangenden Feststoffe bei dem kombinierten Verfahren führt zu einer Verringerung der Kohlenstoff verbrauchenden Mikroorganismen in dem System

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mit einer entsprechenden Verringerung der Fähigkeit zum Entfernen des BOD . Der- hohe Anfall an Feststoffen, die in den Abfall gelangen, durch das schnelle Anwachsen der Menge der kombinierten Feststoffe verringert oder verhindert auch die Fähigkeit des aktivierten Schlammes zur Entfernung von stickstofrlialtigen Verbindungen. Diese Tatsache beruht darauf, daß die Stickstoff verbrauchenden Bakterien langsamer wachsen, und daß beim Bringen von erheblichen Mengen des Schlammes das ganze System an langsam wachsenden Bakterien.verarmt₅ Die unvermeidbare Vergrößerung der Menge an chemischen Feststoffen innerhalb des Systems verschlechtert auch das Ausflocken und das Klären, so daß die abfließende Flüssigkeit trübe und milchig wird. Die in der abfließenden Flüssigkeit suspendierten Feststoffe können bis zu etwa 3o bis 5o mg/1 zunehmen, air,·.' -.veit über diejenige Menge, die bei modernen Systemen mit aktiviertem Schlamm ohne gleichzeitige Entfernung des Phosphors auftritt. Die Regelung der Dosierung und des pH-Wertes können zwar eine Trübung des Abwassers verhindern, wenn der Phosphor nach der Behandlung mit dam aktivierten Schlamm entfernt wird, nicht aber bei dein kombinierten Verfahren.

Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren 3um Entfernen von kohlenstoffhaltigen Nährstoffen und Phosphor aus Abwasser in einem System mit einer kombinierten Behandlung mit aktiviertem Schlamm.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zum Arbeiten mit aktiviertem Schlamm, wobei kombiniert kohlenstoffhaltige, stickstoffhaltige und phosphorhaltige Verunreinigungen entfernt vrerden.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung, den Abbildungen und den Ansprüchen hervor.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser, das biochemisch abbaubare kohlenstoffhaltige Verunreinigungen und phosphorhaltige Verunreinigungen enthält· Hierbei wird das Abwasser in"eine erste Begasungszone eingeführt, wo es mit einem kohlenstoffhaltigen Nährmittel verbrauchenden Schlamm und mit einer Phosphor ausfällenden Verbindung gemischt wird, während es zugleich in innige Berührung mit einem sauerstoffhaltigen Frischgas gebracht wird. Der Schlamm, der sich aus der hierbei anfallenden abströmenden Flüssigkeit absetzt, wird in die erste Begasungszone zurückgeführt. Die an Feststoffen verarmte Flüssigkeit wird in eine zweite Begasungszone geführt, wo sie mit einem Schlamm gemischt wird, der kohlenstoffhaltige Nährstoffe verbraucht. Dieser Schlamm besteht wenigstens zum Teil aus zurück-

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geführtem Schlamm, der/aus der,aus der zweiten Begasungszone abfließenden Flüssigkeit, . abgesetzt hat» In der zweiten Begasungszone wird die Flüssigkeit in innige Berührung mit einem

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zweiten sauerstoffhaltigen Gas gebracht. Die an Feststoffen

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verarmte aus' der zweiten Begasungszone abfließende Flüssigkeit

gelangt als Endprodukt in die Vorflut.

Die.Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man

a) die beiden Begasungen in abgeschlossenen Zonen mit einem wenigstens 5o Vol.-% !Sauerstoff enthaltenden Gas durchführt;

b) das Sauerstoff enthaltende Gas und die Flüssigkeit in der ersten Begasungszone/hischt und gegeneinander rezirkulieren läßt, und als Phosphor ausfällende Verbindung Eisen-(III)-Chlorid oder Aluminiumsulfat derart zusetzt, daß (1) ein phosphorhaltiges Salz ausgefällt wird und das molare Verhältnis des den Phosphor ausfällenden Kations zu der Phosphor enthaltenden Verunreinigung bei 1,2 bis 1,8 zu 1 gehalten wird;

(2) das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse bei 0,8 bis 2,5 kg BODp je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe (MLVSS) gehalten wird;·(3) der Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen (MLVSS) bei wenigstens 2000 mg/1 gehalten

benötigte Energie, die entsprechend

wird; (4) die gesamte zum Mischen und Rezirkulieren/in dem

Endabschnitt der ersten Begasungszone mit einer Verweilzeit der Flüssigkeit
/ von wenigstens Io Minuten und in demjenigen Abschnitt des

Flüssigkextsstromes, wo die Phosphor ausfällende Verbindung zugesetzt wird, verbraucht wird, beträgt nicht mehr als 79 PS je 1000 κ⁵ der Flüssigkeitskapazität in dem betreffenden Abschnitt, wobei ein hoher Anteil zum Erzeugen von Scherkräften,

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der 66 PS je 1000 m Flüssigkeit nicht überschreitet, eingeschlossen ist; (5) dis Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem erwähnten Endabschnitt der Flüssigkeit wenigstens 2 mg/lfcetitjgtj (6) den pH-Wert der Flüssigkeit in der ersten Begasungszone bei 5,5 bis 7,0 hält; und (7) die gesamte Verweilzeit der Flüssigkeit in der ersten Begasungszone bei höchstens 18o Minuten hält-;

c) aus der aus der ersten Begasungszone abgezongenen Flüssigkeit Feststoffe absitzen läßt, bei denen das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu den Gesamtfeststoffen bei wenigstens 0,25 : 1 liegt;

d) aus der ersten Begasungszone in die zweite Begasungszone eine an Feststoffen verarmte Flüssigkeit führt, die wenigstens 25 mg/1 BOD_ enthält und solche Mengen an Phosphor ausfällenden Kationen, daß in der zweiten Begasungszene ein Feststoff ausgefällt wird, in welchem das Gewichtsverhaltnis der chemischen Feststoffe zu den Gesamtfeststoffen bei^wenigstens 0,05 : 1 liegt;

e) das Sauerstoff enthaltende Gas und die Flüssigkeit in der ■ zweiten Begasungszone derart mischt und gegeneinander rezirkulieren läßt, daß (8) weitere unlösliche chemische Feststoffe aus der Phosphor ausfällenden Verbindung gebildet werden;

(9) das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse bei 0,15 bis 0,8 kg BOD₅ je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe

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(MIiVSS) gehalten wird, und daß das Verhältnis des Verhältnisses von Nährstoffen zur Biomasse in der ersten Begasungszone zu dem Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasce in der zweiten Begasungszone bei wenigstens 2 : 1 liegt; (lo) die

benötigte Energie, die

gesamte zum Mischen und Rezirkulieren/in dem Teil der zweiten Begasungszone, wo die' Flüssigkeit eingeführt wird, verbraucht wird, bei einer Verweilzeit der Flüssigkeit von wenigstens 10 Minuten, ■ 79 PS je 1000 m der in diesen Teil eingeführten Flüssigkeit nicht überschreitet, wobei eine hohe Energie zum Erzeugen von Scherkräften, die 66 PS je 1000 ra Flüssigkeit nicht überschreitet, eingeschlossen ist; (11) die gesamte zum Mischen und Rezirkulieren in dem Endabschnitt der zweiten Begasungszone mit einer Verweilzeit der Flüssigkeit von wenigstens Io Minuten, verbrauchte Energie 66 PS

je 1000 m der diesem Teil zugeführten Flüssigkeit nicht überschreitet, wobei eine hohe Energie zur Erzeugung von Scherkräften, die 53 PS je 1000 m nicht überschreitet, eingeschlossen ist; (12) der pH-Viert der Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone bei 5,5 bis 7,0 gehalten wird, (13) der Gehalt des in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoffs in dem genannten Endabschnitt bei wenigstens 2 mg/1 gehalten wird ; und (14) .die gesamte Verweilzeit der Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone 24o Minuten nicht übersteigt;

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f) aus beiden Begasungszonen ein an Sauerstoff verarmtes Abgas mit einem Gehalt von wenigstens 2o Vol.-% Sauerstoff absieht;

g) aus der aus der zweiten Begasungszone abgezogenen flüssigkeit Feststoffe absitzen läßt, in denen das Gewichtsverhältnis von chemischen Feststoffen zu Gesamtfeststoffen bei weniger als 0,25 .: 1 liegt.

Der Ausdruck "30D^" bezeichnet den biochemischen Bedarf an Sauerstoff für ein gegebenes Muster nach einer Inkubationszeit von b Tagen. Das Verfahren zum Bestimmen dieses Wertes ist in "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater", American Public Health Association, Inc., New York 1971 (Seiten 439-495) beschrieben. Wenn nichts anderes gesagt- ist_r sxnd auch alle anderen Messungen nach den in dieser Veröfft nt— lichung beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Bestimmung des B0D_g schließt ein lösliche kohlenstoffhaltige Nährstoffe, totes Material und Kohlenstoff verbrauchenden Mikroorganismen, beide in der Form von flüchtigen suspendierten Feststoffen, aber nicht stickstoffhaltige Nährstoffe oder Stickstoff verbrauchende Mikroorganismen,

Der Ausdruck "Verhältnis der Nährstoffe zur Biomasse" bezeichnet das Verhältnis der Gesamtmenge von kohlenstoffhaltigen Nährstoffen, totem Material Und Kohlenstoff verbrauchenden Mikro-

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Organismen zur Menge der flüchtigen suspendierten Feststoffe, d.h. kg BOD je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe (MLVSS) in einer Begasungszone. Der Ausdruck "chemische Feststoffe" bezeichnet anorganische Feststoffe, die als Ergebnis des·Zusatzes der Phosphor ausfällenden Verbindungen zu der ersten und zweiten Begasungszone entstanden sind» Diese anorganischen Feststoffe enthalten die Kationen von Eisen oder Aluminium aus der zugesetzten Verbindung, wobei das Anion beispielsweise die phosphorhaltige Verunreinigung sein kann, oder aber der chemische Feststoff kann ein Oxyd oder Hydroxyd des Kations sein. Der Ausdruck "Gesamtfeststoffe" bezeichnet das Gemisch der oben beschriebenen chemischen Feststoffe und der suspendierten Feststoffe, die üblicherweise in dem aktivierten Schlamm entstanden sind, und biologischer kohlenstoffhaltiger Herkunft sein können, zusätzlich der inerten Feststoffe in dem zugeführten Abwasser.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit dem Stande der Technik haben Versuche gezeigt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch alle Verunreinigungen aus dem Abwasser entfernt werden können, und zwar in Behältern, deren Gesamtinhalt nicht größer ist als der Inhalt von Behältern, in welchen in einem einzigen Verfahrensschritt unter Verwendung von Sauerstoff hoher Reinheit gearbeitet wird, aber

ohne Entfernung des Phosphors»

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Die Zeichnungen erläutern einige Ausführungsformen der Erfindung.
Es zeigt:

Fig. 1 im Schnitt eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in der ersten und in der zweiten Begasungszone jeweils eine einzige Zone zum Inberührungsbrxngen von Gas und Flüssigkeit vorgesehen ist, und wobei eine gleichmäßige Durchströmung der Flüssigkeit von dem Einlaß bis zum Auslaß stattfindet;

Fig. 2 im Schnitt eine andere Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßon Verfahrens, bei welcher die erste und die zweite Begasungszone jeweils mehrere getrennte Unterzonen enthalten, welche ein stufenweises Inberührungbringen von Gas und Flüssigkeit ermöglichen.

In der ersten Begasungszone wird die Flüssigkeit Vorzugsweise stufenweise durch mehrere ünterzonen durchgeführt. Die erste Begasungszone kann aber auch eine nichtunterteilte Kammer sein, in welcher die Flüssigkeit vollständig gemischt wird, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift Nr* 3,547,812 beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsform bezieht sich die gesamte

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verwendete Energie je 1000 m Flüssigkeit auf die gesamte erste

Begasungszone.

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In der US-Patentschrift $r. 3,547,812 ist ein verbessertem System zum biochemischen Behandeln von BOD enthaltendem Wasser beschrieben. Hierbei wird ein wenigstens 6o Vol.-% Sauerstoff enthaltendes Gas mit einer kohlenstoffhaltige Nährstoffe verbrauchenden Biomasse, dem aktivierten Schlamm, in Berühruncf gebracht» Das Mischen wird kontinuierlich durchgeführt, wobei gleichzeitig: (a) das Mengenverhältnis des Sauerstoff enthaltenden zugeführten Gases zu der Energie zum Mischen und zum Inberührungbringen des Gases mit der Flüssigkeit so gehalten wird, d daß 13,6 bis 18,2 g-Mol Sauerstoff auf die PS/Stunde entfallen; (b) der Partialdruck des Sauerstoffes in dem Gas über der Flüssigkeit bei wenigstens 3oo nuoHg gehalten wird, aber unter Co Vol.-%, und wobei gleichzeitig wenigstens 5o VoI»-% des Sauerstoffes in dem zugeführten Gas verbraucht werden; (c) die Konzentration des in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoffes unter 7o % der Sättigungskonzentration gehalten wird, aber über etwa 2 mg/1; (d) das Gas und die Flüssigkeit kontinuierlich rezirkuliert werden in inniger Berührung miteinander.'Die mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit wird danach aus der Begasungszone abgezogen und vorzugsweise zu abfließendem gereinigtem Wasser und aktiviertem Schlamm getrennt, von welchem ein Teil später in die Begasungszone zurückgeführt wird.

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Die US-Patentschrift Nr. 3,547,815 beschreibt ein anderes verbessertes Verfahren zürn biochemisehen Behandeln von BOD enthaltendem Viasser durch Inberührungsbringen mit einem wenigstens/ 5o Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart einer aktiven Biomasse» In diesem stufenweise ausgeführten System werden das Sauerstoff enthaltende Frischgas und die anderen flüssigen oder gasförmigen Medien gemischt, und eines dieser Medien wird gleichzeitig kontinuierlich rezirkuliert, wobei in der ersten Verfahrensstufe eine erste mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit und ein erstes noch unverbrauchten Sauerstoff enthaltendes Gas entsteht. Dieses letztere wird aus der ersten Verfahrensötufe abgezogen und in einer zweiten Verfahrensstufe mit einer Feststoffe enthaltenden Flüssigkeit gemischt. Eines dieser Medien wird ebenfalls kontinuierlich gegen das andere Medium in der zweiten Verfahrensstufe rezirkuliert. Wesentlich sind zwar nur zwei Gas.stufen, es ist aber häufig erwünscht, weitere Gasstufen vorzusehen und sie ebenso zu·betreiben wie die ersten beiden Stufen. Wenn das System sich innerhalb einer geschlossenen Kammer befindet", so ist es vorzuziehen, die mit Sauerstoff behandelte Flüssigkeit im Gleichstrom mit dem Gas von einer Stufe zur anderen zu führen.

Beide dieser Systeme zur biochemischen Behandlung mit Sauerstoff bringen gegenüber der üblichen Behandlung von Abwasser mit Luft

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erhebliche Vorteile hinsichtlich eier Entfernung von kohlenstoffhaltigen Nährstoffen mit sich. Zu diesen Vorteilen gehören kleinere Abmessungen der Begasung, geringere Energiekosten, geringere Investitionskosten, geringere Kosten für die Behandlung des .Schlammes und ein geringerer Raum , Auch diese Systeme haben aber die oben erwähnten Nachteile wie die Systeme, bei welchen Abwasser zur kombinierten Entfernung von kohlenstoffhaltigen Mährstoffen und von phosphorhaltigen Verunreinigungen mit Luft bagast werden. Der hohe Anfall an Schlamm verringert die Fähigkeit zum Entfernen des BOD , und ebenso die Fähigkeit zum Entfernen von stickstoffhaltigen Bestandteilen, wenn diese Aufgaben bei der Behandlung des Abwassers vorgesehen sind.

Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten überwunden werden können, durch ein in zwei Schritten durchgeführtes Verfahren. Beim ersten Verfahrensschritt wird in einer ersten Begasungszone gearbeitet, wobei entsprechend den erwähnten US-Patentschriften gasförmiger Sauerstoff zum Begasen verwendet wird* In dem ersten Verfahrensschritt wird wenigstens ein größerer Anteil, typischerweise 80 % für städtisches Abwasser bei Ausführungsformen mit einem hohen Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse des Sauerstoffbedarfes entfernt, der auf den kohlenstoffhaltigen Nährstoffen beruht, die durch die übliche Bestimmung des BOD₅ festgestellt sind» Als Phosphor ausfällende Verbindung werden Eisen-(III)-Chlorid oder Aluminiumsulfat unter

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Mischen in die Flüssigkeit der ersten Begasungszone eingeführt. Diese Verbindungen sind im Abwasser löslich, bilden in Lösung dreiwertige Kationen und lassen durch die Affinität dieser Katv ionen zu den phosphorhaltigen Verunreinigungen unlösliche phosphorhaltige Salze entstehen. Durch Hydrolyse der in Wasser löslichen Verbindungen entstehen saure Lösungen. Handelsübliches Aluminiumsulfat Al₂(SO.)-, η BUO, mit geringen Verunreinigungen, kann erfindungsgemäß gut verwendet werden. Aluminiumsulfat enthält in der Regel 14 oder 18 Moleküle Wasser in kristallin gebundener Form. Natriuraalurainat WaAl(OH) _r ist keine .brauch— bare, Phosphor ausfällend3 Verbindung, weil unter den Bedingungen in den Begasungszonen mit einem abgeschlossenen obenbefindlichen Gasraum und einein Sauerstoff gas hoher Reinheit aus Natriumaluminat basische Lösungen entstehen, welche das Ausflocken der chemischen Feststoffe verschlechtern.

Um eine vollständige Ausfällung der phosphorhaltigen Verunreinigungen zu erzielen, ist es notwendig, einen verhältnismäßig großen stöchiometrischen Überschuß an Phosphor ausfällenden Kationen einzubringen. Das molare Verhältnis der cireiv/ertigen Ionen von Aluminium oder Eisen zu den phosphorhaltigen Verunreinigungen sollte bei 1,2 : 1 bis 18 : 1 liegen. Als "phosphorhaltige Verunreinigungen" werden hier alle Phosphor enthaltenden Stoffe bezeichnet, die analytisch feststellbar sind durch das in dem schon

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erwähnten Buch "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" beschriebene Verfahren. Hierbei werden diejenigen phosphqrhaltigen Verunreinigungen, die nicht in. der Forin von Qrthophosphaten vorliegen, zunächst in die Orthoform übergeführt durch Digerieren mit einem Persulfat. Dieses Verfahren ist in der 13. Auflage, Seite 526,besenrieben. Die Bestimmung , des Orthophosphates wird- mittels Aminonaphthasulfonsäure durchgeführt, die in der 12. Auflage, Seite 231, beschrieben ist.

Die Phosphor ausfällende Verbindung wird in einen Abschnitt des Flüssigkeitsstromes eingeführt, und zwar entweder in der ersten Baga sungszone oder zwischen dieser Zone und der Klärung, wo die gesamte Energie zum Mischen und Rezirkulieren verhältnismäßig niedrig ist, um eine mechanische Schädigung der ausgeflockten Phosphor enthaltenden Teilchen zu verhindern. Hierbei soll axe gesamte Energie an dieser Stelle 79 PS je 1000 m der Flüssig-keit nicht überschreiten, wobei eingeschlossen ist, eine hohe Energie zur Erzeugung von, Scherkräften beim Mischen und Rezirkulieren, die 66 PS je 1000 m der Flüssigkeit nacht übersteigen

Zerreibung

soll. Eine, übermäßige / verursacht eine Dispersion eier aus ge f lockten Teilchen und führt zu einer schlechten Klärung selbst beim üblichen Verfahren des Arbeitens mit aktiviertem -Schlamm auch ohne Entfernung von Phosphaten. Wenn die Phosphor ausfällenden Verbindungen" der Begasungs-zone dort zugeführt werden, wo aie Flüssigkeit "gemischt wird, so können die chemisch und biologisch ausgeflockten Teilchen weit leichter mechanisch beschädigt und dispergiert werden.

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Bei den in den erwähnten US-Patentschriften beschriebenen Systemen unter Verwendung von Sauerstoff hoher Reinheit wird die Energie gebraucht, um die Flüssigkeit zu mischen und die Feststoffe in Suspension zu halten, und um ein fluides Medium gegen die anderen

Medien ■

fluiden/rezirkulieren zu lassen, und zwar innerhalb der geschlossenen Begasungszone., um den Austausch zwischen dem Gas und der Flüssigkeit zu erleichtern» Die erforderliche Energie für ein bestimmtes System hängt ab von solchen Umstanden, wie dem Gehalt des Abwassers an BOD₁,, der Art der zum Mischen und Rezirkulieren der Flüssigkeit verwendeten Ablage, der biologischen Abbaubarkeit

/Abwassers und von dem Verhältnis der Nährstoffe zur Biomasse.

Wenn beispielsweise ein Impeller an der Oberfläche verwendet wird, um das Mischen und Rezirkulieren auszuführen, so ist die benötigte Energie zur Ii"sielung einer genügenden Suspension der Feststoff und zum Lösen des Sauerstoffes verhältnismäßig hoch. Ein Impeller an der Oberfläche übt "hohe Scherkräfte aus und kann daher die ausgeflockren Teilchen stärker schädigen als andere Vorrichtungen. Andere Vorrichtungen zum Mischen und Rezirkulieren sind beispielsweise unter der Flüssigkeitsoberfläche rotierende Gassprüher zum Einführen von gasförmigem Sauerstoff mit einem fliscnpropeller über dem Impeller, vorzugsweise an der gleichen Welle und ebenso unter der Flüssigkeitsoberfläche. Bei dieser Aus füll rungs form v/ird das Gas aus dem Raum über der Flüssigkeit durch eine Pumpe abgezogen und in

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den Gassprüher zurückgeführt» Nur die Arme der Sprühvorrichtung üben hohe Scherkräfte auf die Feststoffe aus. Der größte Teil

der Energie wird verbraucht zum Betrieb des Propellers, der geringe Scherkräfte ausübt und daher die ausgeflockten Teilchen wenig schädigt» Ein anderes wirksames System zum Mischen und Rezirkulieren ist die Kombination eines Impellers an der Oberfläche und eines eingetauchten Propellers» Der Impeller an der Oberfläche hat solche Abmessungen und wird so betrieben, daß er lediglich das Mischen und Rezirkul±xen des Gases und der Flüssigkeit bewirkt, während der untergetauchte Propeller zum Mischen der Flüssigkeit mit den Feststoffen dient. Wie bei dem rotierenden Gasversprüher übt der Impeller an der Oberfläche hohe Scherausübt. Die bei der kräfte aus, währeüd der Propeller am Boden geringe Scherkräfte/ Entfernung des Pliophor:.; entstehenden chemischen Feststoffe sind verhältnismäßig schwer und können nur schwierig in Suspension gehalten werden. Die zum Mischen der Flüssigkeit mit den Feststoffen erforderliche Energie ist bedeutend höher, wenn Phosphorsalze gemäß der Erfindung ausgefällt werden, als wenn eine Entfernung von Phosphor nicht durchgeführt wird»

Auch die biologische Abbaubarkeit des Abwassers beeinflußt die erforderliche Energie» Wenn das Abwasser leicht abbaubar ist, so ist der Bedarf an Sauerstoff in der Nähe des Einführendes der ersten Zone verhältnismäßig hoch.- Ein verhältnismäßig steiler Abfall der erforderlichen LTnergie kann erwartet v/erden zwischen

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der Einführungsstelle für das Abwasser und der Ausflußstelle aus der ersten Begasungszone. Wenn aber das Abwasser nicht leicht biologisch abbaubar ist, sind die Umsetzungsgeschwindigkeiten geringer, und der Bedarf an Energie und Sauerstoff verteilt sich mehr gleichmäßig über die ganze erste Begasungszone.

Da der größte Teil der chemischen und biologischen Feststoffe in der ersten Begasungszone entstehen, ist der Energiebedarf in der zweiten Begasungszone geringer, und die biologische Umsetzung verläuft langsamer.

Wie schon gesagt, können die erste und die zweite Begasungszone einzelne Begasungskammern enthalten. ^ Die Form und die Abmessungen werden vorzuysweise so gewählt, daß ein glatter Strom der Flüssigkeit mit den Feststoffen stattfindet,,der sich kontinuierlich von dem- Einlaß für das Abwasser bis zum Ausflußende erstreckt. Dadurch wird ein Rückmischen in der Kammer vermieden. In diesem Falle ist vorzugsweise eine Reihe von Mischvorrichtungen für die Flüssigkeit und die Feststoffe in Abständen voneinander entlang dem Strom angeordnet. Vorzuziehen ist es aber, daß jede Zone in mehrere getrennte Unterzonen geteilt ist. Die frische Flüssigkeit und das frische Gas werden in eine erste ünterzone der ersten Begasungszone zum Mischen und Reairkulieren eingeführt, wobei eine erste teilweise oxydierte Flüssigkeit I und ein erdtes an Sauerstoff verarmtes Gas entstehen. Diese j

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Flüssigkeit und dieses Gas werden getrennt abgezogen und jedes wird in eine zweite Unterzone für weiteres Mischen und Rezirkulieren eingeführt. Hierbei entstehen eine zweite, teilweise oxydierte Flüssigkeit und ein zweites, an Sauerstoff verarmtes Gas. Auch aus der zweiten Zone werden diese Stoffe getrennt abgezogen und getrennt in. weitere ünterzonea der ersten Begasungszone eingeführt, wo sie weiter gemischt und rezirkuliert v/erden, und zwar im Gleichstrom wie in der ersten und der zweiten Unterzone« Bei dieser Ausführungsform wird die Phosphor ausfällende Verbindung vorzugsweise in die letzte Unterzone der ersten Begasungszone eingebracht. Die zweite Begasungszone ist vorzugsweise so angeordnet und ausgeführt, daß in analoger Weise ein Gleichstrom vom Einlaßende bis zum Äuslaßende stattfindet. Bei dieser stufenwei^-n Auarührungsform sind Vorrichtungen zum Mischen und Rezirkulieren in jeder Untorzone erforderlich.

Der Ausdruck "das Einlaßende" der ersten Begasungszone bezeichnet dasjenige Ende, an. welchem das Abwasser, die ersten zurückgeführten Feststoffe und das wenigstens 5o VoI*-% Sauerstoff enthaltende Frischgas eingeführt_fwerden. Der Ausdruck "Auslaßende" der ersten Begasungszone bezeichnet das entgegengesetzte Ende, aus welchem die teilweise oxydierte Flüssigkeit und das an Sauerstoff verarmte Gas abgezogen werden, wenn ein glatter

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Durchfluß der Flüssigkeit stattfindet. Bei Ausfuhrungsformen, bei weichen die Flüssigkeit vollständig gemischt wird, gibt es keine Unterzonen * t)as Einlaßende der zweiten Begasungszone ist dasjenige Ende, an welchem das teilweise behandelte abfließende Wasser, das wenigstens 5o Vol»-% Sauerstoff enthaltende Gas und die zweiten zurückgeführten Feststoffe eingeführt werden. Das Auslaßende der zweiten Begasungszone ist das entgegengesetzte Ende dieser Zone, von welchem die weiter oxydierte Flüssigkeit und das an Sauerstoff verarmte Gas abgezogen werden. Wenn die BegasurKfszone in Unterzonen abgeteilt ist, ist das Einlaßende die erste Unterzone, in welche das Abwasser oder die teilweise behandelte Flüssigkeit eingeführt warden, und das iiuslaßende ist die letzte Unterzone, aus welcher die teilweise oxydierte Flüssigkeit, eier weiter oxydierte Flüssigkeiten abgelassen werden.

Ein Erfordernis des erfindungscierriäßen Verfahrens, besteht darin, daß die gesamte zum Mischen und Rezirkulieren gebrauchte Energie in dem Ablaßende mit einer Verweilaeit der Flüssigkeit von wenigstens Io Minuten 79 PS je 1000 r.i der Flüssigkeit in der ersten Eegasungszone nicht überschreitet. Dieser Energiebedarf

beinhaltet einen Anteil von nicht mahr als 66 PS je 1000 m zur Erzeugung hoher Scherkräfte. Dazu gehört die Energie zum Antrieb der Motoren, die ihrerseits die Impeller an der Oberfläche, die untergetauchten Propeller, die rotierbaren Sprüh-

jsur Gasrezirkulation
vorrichtungen und die Pumpen/betreiben* Nicht eingeschlossen

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ist die Energie zur Gewinnung des Sauerstoffs aus der Luft und zum Führen des Gases und der Flüssigkeit von dem Einlaßende zum Ablaßende der ersten Begasungszone. Der Ausdruck "Verweilzeit der Flüssigkeit" bezeichnet die gesamte Verweilzeit einer bestimmten Menge des Gemisches von Flüssigkeit und Feststoffen beim Mischen mit gasförmigem Sauerstoff. Er beruht auf der Rückführung des Abwassers mit den Feststoffen durch einen bestimmten Abschnitt der Strömung, und wird berechnet durch Teilen des Volumens dieses Ströinungsabschnittes durch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch diesen Abschnitt. Wenn beispielsweise durch den Endabschnitt je Minute 3785o in hindurchgeführt werden, so werden je Minute 53ο α durch den Endabschnitt hindurchgeführt. Zum Betrieb des Impellers an der Oberfläche mit der Erzeugung hoher Scherkräfte werden 35 PS benötigt und zum Betrieb des untergetauchten Propellers mit der Erzeugung geringer Scherkräfte 7 PS. Die gesamte zum Mischen und Rezirkulieren benötigte Energie liegt bei 79 PS je 1000 m der Flüssigkeit, und die Verweilzeit der Flüssigkeit in dem Endabschnitt liegt bei 2o Minuten.Diese zahlenmäßige Begrenzung bedeutet die maximale tragbare Energie bei kombinierten chemischen und biologischen Feststoffen, ohne daß eine solch starke Dispersion stattfindet,.bei der ein wirksames Absitzen in der

mehr
Klärung nicht/möglich ist. Die Energie muß in der Regel einen Wert von wenigstens 21 PS je 1000 m der Flüssigkeit haben, um die Feststoffe in gleichmäßiger Suspension zu halten.

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Die Verwendung dnes an Sauerstoff reichen Gases erlaubt im Gegensatz zu der Verwendung von Luft den Betrieb innerhalb dieses Bereiches» Vorzugsweise übersteigt die zum gesamten Mischen und Rezirkulieren verwendete Energie in dem Einführungsteil der ersten Begasungszone nicht 137 PS je 1000 m Flüssigkeit. Der Sauerstoffbedarf in dem letzten Abschnitt der ersten 3egasungszone ist erheblich geringer als in dem ersten Abschnitt, und für die Rezirkulation in dieser letzten Zone, die für die Massenübertragung gebraucht wird, muß weniger Energie aufgewendet werden. Bei Aufwendung von weniger Energie in dem Endabschnitt der ersten Begasungszone besteht die Möglichkeit, daß Flocken sich wieder bilden, die stromaufwärts inderjenigen Zone, in der der Sauerstoffbedarf höher ist, geschädigt worden sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform überschreitet die gesamte zum Mischen und Rezirkulieren aufgewendete Energie in dem Endabschnitt der ersten Begasungszone nicht 66 PS je 1000 m Flüssigkeit, wobei eingeschlossen ist eine 53 PS je 1000 m Flüssigkeit nicht überschreitende Energie zur Erzeugung hoher Scherkräfte.

Wie schon gesagt, wird die Phosphor ausfällende Verbindung in einem solchen Abschnitt des Flüssigkeitsstromes eingeführt, in welchem die gesamte Energie zum Mischen und Rezirkulieren verhältnismäßig niedrig ist, d.h. das zulässige Maximum in dem Endabschnitt wird nicht überschritten. Diese Stoffe werden vorzugs-

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weise, jedoch nicht notwendigerweise, in den Endabschnitt eingeführt. Da das Ausfällen sehr schnell stattfindet, kann die den Phosphor ausfällende Verbindung in den Abflußkanal eingebracht werden, welcher die teikeise oxydierte Flüssigkeit aus dem Endabschnitt zu der Klärung fördert. In der Regel ist dieser Kanal ein offener Trog ohne mechanisches Mischen, so daß das Energie— niveau infolge der Schwerkraft weit unter dem erwähnten maximalen Energieniveau liegt.

Das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der ersten ßegasungszone wird verhältnismäßig hoch bei 0,8 bis 2,5 kg BOD je Tag χ kg MLVSS gehalten, und der Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen wird bei wenigstens 2000 mg/1 gehalten. Diese Parameter können leicht geregelt werden durch Änderung der Geschwindigkeit der Pumpe, welche die ersten Feststoffe aus

(Klärgefäß)

der ersten Klärung / in das Einführungsende der Zone zurückfördert. Die Zuführungsgeschwindigkeit des Abwassers in einer Behandiungsanlage ist gewöhnlich nicht regelbar und schwankt erheblich während 24 Stunden. Das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse ist natürlich abhängig von dem Volumen der Begasungszöhe und der Stärke des Abwassers. Für eine gegebene Zuflußgeschwindigkeit des Abwassers und einen gegebenen Gehalt an BOD^ und eine gegebene Konzentration an flüchtigen suspendierten Feststoffen bei der Begasung, ist das Verhältnis von Nährstoffen

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zur Biomasse umgekehrt proportional der Verweilzeit der Flüssigkeit in der Begasungszone. Dieses hohe Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der ersten Zone ist nötig, um zu. sichern, daß das teilweise oxydierte abfließende Wasser, das in die zweite Begasungszone gelangt, in der ersten Begasungszone nur teilweise verarmt ist an kohlenstoffhaltigen Nährstoffen, d.h., daß es noch wenigstens 25 mg/1 BOD und nichtverbrauchte Phosphor ausfällende Verbindungen enthält.

Bei hohen Verhältnissen von Nährstoffen ,zur Biomasse von 0,8 bis 2,5 kg BOD je Tag χ kg MLVSS in Systemen, in welchen mit Luft begast wird, zum schlechten Absitzen und zu einer geringen Dichte des rückgeführten Schlammes führen, so ist bei Verwendung eines wenigstens 5o Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Gases in der ersten Begasungszone in solchen Systemen auch bei hohen Werten für das Verhältnis von Nährstoffen- zur Biomasse der Schlamm gut absitzbar und die ersten zurückgeführten Feststoffe haben eine hohe Dichte. Entsprechend kann eine hohe Konzentration an Feststoffen (MLSS) erreicht werden auch bei einem niedrigen Verhältnis der ersten zurückgeführten Feststoffe zu dem Abwasser in der ersten Zone, auch bei einem hohen Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse. Das erlaubt eine erhebliche Herabsetzung der Kontaktzeit der Flüssigkeit und des Inhaltes des Reaktors.

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Es sei bemerkt, daß bei einem verhältnismäßig hohen Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse, in der ersten Begasuhgszone eine verhältnismäßig kurze gesamte Verweilzeit der Flüssigkeit benötigt wird, d.h. nicht mehr als 18o, Minuten für das Abwasser und die ersten zurückgeführten Feststoffe.

Die Nitrifizierung, d.h. die Assimilation von Stickstoff enthaltenden Nährstoffen durch Stickstoff verbrauchende Bakterien, findet gewöhnlich in der ersten Begasungszone nicht in nennenswerte Ausmaß statt. Das hohe Verhältnis von Nährstoffen zur Bioinasse und das Ausfällen von chemischen Feststoffen führen zu einem verhältnismäßig hohen Anfall an Gesamtfeststoffen aus der ersten Begasungszone. Daher gehen zu große .Mengen der nitrifi- zierenden Bakterien verloren, so daß eine bedeutende Konzentration dieser Formen in der Biomasse nicht auftritt. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem Endabschnitt der Flüssigkeit wird bei wenigstens 2 mg/1 gehalten, um die biochemische Oxydation genügend schnell verlaufen zu lassen.

Um größere Mengen von Feststoffen aus dem teilweise behandelten abströmenden Wasser in der zweiten Begasungszone zu erreichen, muß. der pH-Wert der Flüssigkeit in der ersten und in der zweiten Zone bei 5,5 bis 7,0, vorzugsweise bei 5,5 bis 6,5 gehalten werden. Bei Begasung mit Luft ist der normale pH-Wert der Flüssigkeit verhältnismäßig hoch, d.h. bei 7,0 bis 8,0, und Säuren,

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wie Schwefelsaurer iniiss an verwendet werdenj um den pH-Wert auf den optimalen Bareich hiiiabzudrückon. Die Kosten für die Stoffe zur Änderung des pH-Wertes sind erheblich., und teure Beobachtungen sind erforderlich, um ö:ie Zugabe der Säure in Übereinstimmung ir.it den schwankenden .pH-Wer te η und mit der Pu.fferfähigkfcit des einströmenden Abwassers zu regeln, vvc'nn man dagegen bei der Begasung mit Sauerstoff unter Verwendung vom akciveiii Schlamm mehrere Unterzonen hat., die einen geschlossenen Gasraura aufweisen., wird der pH-Wert der gemischten Flüssigkeit innerhalb aes gewünschten Bereiches für das Ausfällen aes Phosphates automatisch aufrechterhalten, und Chemikalien zur Einstellung des pE-Wertes sind in der Regel nicht erforderlich. Der niedrigere pH-Wert einer gemischten Flüssigkeit, die Kit '.-auer stoff begast ist, beruht auf. dem hohen Gehalt von Kohlendioxyd innerhalb der rezirkulierten Flüssigkeit und des Gases. Der Gehalt an Kohlendioxyd und daher der pH-Wert sind regelbar durch Einstellung der Geschwindigkeit, rait welcher das Kohlendioiryd enthaltene Gas abgezogen and durcri frischen Sauerstoff aufgefüllt wird. Bei einem System mit Luft wird das Kohlendioxyd kontinuierlich aus der Flüssigkeit entfernt durch das Hindurchströmen eines sehr großen Volumens von Luft.

Uine bevorzugte Eigenschaft für die erste Begasungszone ist eine Verweilzeit von wenigstens Io Minuten für die Flüssigkeit in dein Eingangsteil« Hierdurch werden mit einer hohen Geschwindigkeit

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die Zellen aufgebaut und das D0D_r entfernt, weil das kohlenstoff· haltife Nährstoffe enthaltende Abwasser und die zurückgeführten Kohlenstoff verbrauchende Bakterien enthaltenden Peststoffe den Sauerstoff aus dem Gas schnell absorbieren» Die gesarate Kontaktzeit für das Abwasser und -die ersten zurückgeführten Feststoffe in der ersten Begasungszone soll 18o Minuten nicht übersteigen. Ein Grund hierfür besteht darin, das die erste Begasungszone so betrieben werden soll, daß das teilweise oxydierte abfließende VJasser unvollständig behandelt ist und wenigstens 25 mg/1 BOD_r und unverbrauchte Phosphor ausfällende Verbindungen enthält.

Die teilweise oxydierte Flüssigkeit wird aus dem letzten Abschnitt der ersten Begasungszone abgezogen und aufgeteilt zu dem oben erwähnten teilweise behandelten Wasser und abgesetzten Feststoffen. Bei diesen letzteren liegt das Gewichtsverhältnis von chemischen Feststoffen zu Gesaratfeststoffen bei wenigstens 0,25 : 1, vorzugsweise unter 0,5 : jU Dieses Verhält nis hängt ab von den Konzentrationen des B0D_, der Phosphor enthaltenden Verunreinigungen und der nicht lebenden Feststoffe in dem Abwasser, und ist auch abhängig von den oben erörterten .Variablen . des Verfahrens. So wurde beispielsweise festgestellt, daß ein zugeführtes Abwasser mit 2o5 rag/l BOD,- Io mg/1 lösliche phosphorhaltige Verunreinigungen, 72 mg/1 biochemisch nicht ab baubare Feststoffe, einem molaren Verhältnis von Aluminium-

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Kationen zu Phosphor von 1/3, einem Verhältnis von Nährstoffen zu Biomasse von 1,25 : 1, einem Restbestand von 25 mg/1 BOD,- in dem teilweise behandelten abfließenden Wasser, einem Koeffizienten für die Ausbeute an Zellen von 0,6 (kg biologisch entstandene Feststoffe je kg entferntes BODj.) , und

0,57 kg entstandene chemische Feststoffe je kg trockenem zuge-Aluminiumsulfat,

setztem / das Gewichtsverhältnis von chemischen Feststoffen zu den Gesamtfeststoffen in den abgesetzten Feststoffen aus der ersten Begasungszone bei etwa 0,35 : 1 in einem gestuften System bei einer Begasung mit Sauerstoff liegt. Wenn aber in dem Abwasser die Phosphor enthaltenden Verunreinigungen in Mengen von nur 6 mg/1 vorliegen, und die anderen oben erwähnten Faktoren konstant bleiben, so liegt das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu den Gesamtfeststoff nur bei etwa O,25:1, An Stellen, wo der Gehalt an Phosphor enthaltenden Verunreinigungen über Io mg/1 liegt, während die übrigen Faktoren konstand sind, liegt das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu den Gesamtfeststoffen in dem abgesetzten Feststoff bis zu 0,5:1, insbesondere dann, wenn eine genügende Menge von Phosphor ausfällenden Kationen zugesetzt wird, so daß das molare Verhältnis der Kationen zu der phosphorhaltigen Verunreinigung den V7ert von 1,8:1 erreicht.

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Der Gehalt an chemischen Feststoffen in abgesetzten Feststoffen aus der ersten Begasungszone kann nicht leicht bestimmt werden durch die Verfahren, die in dsm erwähnten Buch "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" zur Bestimmung der Gesamtfeststoffe (MLSS) und der flüchtigen Feststoffe (MLVSS) beschrieben sind. Das beruht darauf, daß beim Erhitzen der Probe auf lo5°C zur Bestimmung des MLSS bis auf 55o°C zur Bestimmung des MLVSS die organischen Feststoffe nicht nur verflüchtigt werden, sondern daß auch wenigstens ein größerer Teil des an die chemischen Feststoffe gebundenen Wassers abgetrieben wird. Der nach Erhitzen auf 55o C verbleibende Rückstand enthält nicht nur die biochemisch nicht abbaubaren Feststoffe, sondern auch die entwässerten chemischen Feststoffe.

Wenigstens zwei geänderte Verfahren sind geeignet zur Bestimmung der chemischen Feststoffe in den abgesetzten Feststoffen. Dieses Verfahren ist beschrieben in einem Aufsatz Humenick und Kaufman -"An Integrated Biological-Chemical Process for Municiple Wastewater Treatment"- Proc. 5th International liater Pollution Research Conference, Juli/August 197o, Perganon Press

nach dem normalen Trocknen und Filtrieren Ltd. (1971) . Nach diesem Verfahren wird/eine Probe des Gemisches aus Wasser und Feststoffen für Io Minuten auf einen pH-Wert von 2 angesäuert. Bein

Ansäuern werden die chemischen Feststoffe gelöst ohne die Menge der organischen Feststoffe wesentlich herabzusetzen, so daß

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also das MLVSS vergleichbar mit den üblichen Verfahren bestimmt werden kann. Dieses Verfahren zur Bestimmung derMLVSS in Gegenwart von Säure kann auch verwendet werden, um den Anteil an chemischen Feststoffen zu isolieren.

Nach dem ersten dieser geänderten Verfahren wird eine Behandlung mit aktiviertem Schlamm durchgeführt und der Schlamm wird stabilisiert, ohne daß der Phosphor entfernt wird. Vergleichsweise wird ein anderer Versuch gesondert unter sonst gleichen Bedingungen, aber mit der Entfernung von Phosphor durchgeführt. Das MLSS und das MLVSS werden nach der Durchführung beider Verfahren bestimmt, wobei das MLSS bei normalen pH-Wert und das MLVSS bei saurem pH-Wert bestimmt werden. Die erhaltenen Daten können für die Formel (1) verwendet werden, um das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe, zu den Gesamtfeststoffen in den abgesetzten Feststoffen zu bestimmen, und zwar nach folgender Regel: A = MLVSS/MLSS von normalen Feststoffen ohne Entfernung

von Phosphor
B = MLVSS/MLSS in kombinierten Feststoffen mit Entfernung.

des Phosphors
C = der Gehalt an chemischen Feststoffen, ausgedrückt als

Bruchteil der Gesamtfeststoffe nach B. 4^-?· Dann gilt die Gleichung

C = 1 - B/A (1)

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Dieses obenbeschriebene Vorfahren ist schwierig und langsam durchzuführen, da in einem einzigen System die Gewinnung und die Stabilisation eines aktivierten,Schlammes eine zweimalige Durchführung des Verfahrens erfordert. Selbst wenn diese beiden Durchführungen direkt aufeinanderfolgen, verursachen normale, Schwankungen in dem Gehalt des Abwassers und bei den Betriebsbedingungen unvermeidliche Fehler. Ein bevorzugtes geändertes Verfahren zur Bestimmung der chemischen Feststoffen in den Gesamtfeststoffen, das einfacher, schneller und zuverlässiger ist, erfordert es nur, daß zwei Bestimmungen der MLSS bei lo5°C durchgeführt werden, eine bei einem normalen pH-Wert (MLSS ) und die andere bei einem pH-Wert von 2 (MLSS₂) . Aus dem Unterschiede der Ergebnisse dieser beiden Versuche kann die Menge der chemischen Feststoffe berechnet werden', die unter sauren Arbeitsbedingungen wieder gelöst werden. Der Anteil C an chemischen Feststoffen wird nach der folgenden Formel berechnet:

MLSS-. - MLSS₀ N i

MLSS..

Zur Zelt ist das letztere Verfahren dafc am besten bekannte zur Bestimmung des Anteils an chemischen Feststoffen. Seine Genauig keit beruht auf zwei Voraussetzungen} (1) daß bei dem Ansäuern all· chemischen Feststoffe wieder gelöst werden, und (2) daß

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bei dem Ansäuern keine inerten Feststoffe aus dem Abwasser gelöst werden. Wahrscheinlich trifft keine dieser Voraussetzungen vollständig zu, aber die Abweichungen sind wahrscheinlich gering und beeinträchtigen nicht den Betriebsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine ungenaue Bestimmung des Anteils an chemischen Feststoffen.

Die Menge der in der ersten Begasungszone gebildeten Gesamtfeststoffe und-daher der Anteil, der als nicht nötig für die Rückführung verworfen wird, ist verhältnismäßig hoch, im Vergleich mit einem System, in dem eine Phosphor ausfällende Verbindung nicht zugesetzt wird» Hierfür gibt es wenigstens zwei Gründe. Das hohe Verhältnis von Nährstoffen zu Biomasse in der ersten Begasungszone führt zu einem schnellen Wachstum der Bakterien, und verringert den' Anteil aller Bakterien, die in dieser Zone durch endogene Beatmung oxydiert werden. Zweitens nimmt durch das Ausfällungsmittel für den Phosphor die Menge an Gesamtfeststoffen allmählich zu, so daß sie bis zu 5o Gew.-% der gesamten Feststoffe ausmachen können. Beispielsweise kann gesagt werden, daß bei einem normalen stufenweise durchgeführten Verfahren bei Begasung mit Sauerstoff in Gegenwart von aktiviertem Schlamm die überschüssigen als Abfall zu

entferntes verwerfenden Feststoffe 0,3 bis 0,6 kg Feststoffe je kg/BOD_ ausmachen können» Vergleichsweise macht der Anfall an abzuführenden Gesamtfeststoffen in einem gleichen System, wo aber

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Phosphor ausgefällt wird, 0,8 bis 1,6 kg je kg entferntes BOD-aus.

Es ist schon oben darauf verwiesen worden, daß die teilweise behandelte Flüssigkeit, die in die zweite Begasungszone eingeführt wird, wenigstens 25 mg/1 BOD₅ enthalten soll, d.h. restliche kohlenstoffhaltige Nährstoffe, die in der ersten Degasungszone nicht entfernt sind, ferner mögliche restliche Phosphor enthaltende Verunreinigungen und nicht verbrauchte Phosphor ausfällende Kationen, v/enn außerdem nitrifiziert werden soll, so soll das teilweise behandelte abfließende Wasser vorzugsweise weniger als loo mg/1 BOD₅ enthalten, so daß die Stickstoff verbrauchenden Mikroorganismen in der zweiten Begasungszone wachsen können.

Wenn eine Ni tr if I zierung nicht beabsichtigt ist, so kann die zweite Begasungszone in einem größeren Ausmaße für die Entfernung von BOD. verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform kann in dem teilweise behandelten abströmenden Wasser ein verhältnismäßig hoher Gehält an BOD_, z.B. 125 mg/1, dadurch erreicht werden, daß man in der ersten Begasungszone das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der Nähe der oberen Grenze von 2,5 kg BOD₅ je Tag χ kg MLVSS hält. Die hieraus folgende hohe Menge an nicht zurückgeführten zweiten Feststoffen aus der zweiten Begasungszone ist vorteilhaft, um den Anteil an chemischen Feststoffen in den Gesamtfeststoffen der zweiten Begasungszone

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niedrig zu halten. Es ist erwünscht, weil ein hoher Gehalt an chemischen Feststoffen zu einer großen Konzentration von suspendierten Feststoffen in dem Wasser führt, das aus der zweiten Begasungszone abgezogen wird. Einzelheiten werden weiter unten erörtert.

Zusätzlich zu restlichen löslichen kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und vielleicht von phosphorhaltigen Verunreinigungen enthält das teilweise behandelte in die zweite Begasungszone eintretende Wasser erhebliche Mengen suspendierter Feststoffe. Der Gehalt an suspendierten Feststoffen ist tatsächlich bedeutend größer, als normalerweise in einem aktivierten Schlamm aus einem mit gasförmigem Sauerstoff behandelten System in Stufen, wobei das Verhältnis von Nähi*stoffen zur Biomasse vergleichbar ist, d.h. bei 0,8:1 bis 2,5:1 liegt, wenn keine Phosphor ausfällenden Verbindungen eingeführt werden. Nach dem bisherigen Stande der Technik war die erhöhte Trübung nicht vorherzusehen, da manche Forscher beobachtet hatten, daß Phosphor ausfällende Verbindungen die Flockenbildung fördern, und daß größere Zusätze die Trübung verringern. Die höhere Konzentration an suspendierten Feststoffen in dem teilweise behandelten abfließenden V/asser beruht wahrscheinlich auf der stnrken Erhöhung der chemischen Feststoffe in den gesamten Feststoffen, die aus der ersten Begasungszone abgetrennt werden, wobei eine solche Erhöhung nach einem kontinuierlich¹ durchgeführten Betriebe auftritt.

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In der Tat wird das System überlastet mit kleinen, positiv geladenen Teilchen, welche eine wirksame Ausflockung hindern und es den chemischen und organischen Feststoffen ermöglichen, in Suspension in dem Ausfluß aus der ersten Begacungszone zu · verbleiben. Nichtaus.geiällte Kationen der zugesetzten Verbindung werden ebenfalls in die zweite Begasungszone übergeführt. Indessen reagiert der größte Teil der phosphorhaltigen Verunreinigungen chemisch in der ersten Degasungszpne in Gegenwart von überschüssigem Kationen,und die entstehenden unlöslichen Salze können in -weitem Ausmaße bei der ersten Klärung und Sedimentation entfernt werden.

Ungeachtet der starken Zunahme an suspendierten Feststoffen in dem teilweise behandelten Wasser, die stattfindet, wenn laufend eine Phosphor ausfällende Verbindung zugegeben wird, wurde unerwarteterweise festgestellt, daß ein besonders großer Abfluß in der zweiten Begasungszone stattfindet, wenn die Betriebsbedingungen dieses Verfahrens in der ersten und der zweiten Begasungszone aufrechterhalten werden. Wie die nachfolgenden Beispiele zeigen, enthält das als Endprodukt abfließende V/asser nur etwa Io mg/1 suspendierte Feststoffe und sehr geringe restliche Mengen der anderen Verunreinigungen: Phosphor ( 1 mg/1), Stickstoff (1 mg/1) und BOD (14 mg/1) .

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Der Anstieg der Menge der chemischen Feststoffe in der zweiten Begasungszone hängt wenigstens zum Teil ab von dem Verhältnis der Nährstoffe zur Biomasse ,und von dem molaren Verhältnis der Phosphor ausfällenden Kationen zu den phosphorhaltigen Verunreinigungen in der ersten Begasungszone, ifenn dieses letztere Verhältnis verhältnismäßig hoch ist, beispielsweise bei 1,6:1 liegt, dann werden verhältnismäßig mehr Kationen in die zweite Begasungszone gelangen, und die chemischen Feststoffe nehmen zu im Verhältnis zu anderen biologischen Feststoffen. Wenn das Verhältnis der Kationen zu den phosphorhaltigen Verunreinigungen in der ersten Begasungszone verhältnismäßig niedrig ist, beispielsweise bei 1,2:1 liegt, so wird die Konzentration der chemischen Feststoffe in der zweiten Begasungszone auch niedrig sein, unter der Voraussetzung, daß eine weitere Menge an Phosphor ausfällenden Verbindungen zur Regelung nicht direkt in die zweite Begasungszone eingeführt wird. Wenn das Verhältnis der Nährstoffe zur Biomasse in der ersten Zone verhältnismäßig hoch ist, z.B. bei 2,4:1 liegt, dann gelangt mehr BOD₅ in die zweite Begasungszone und die biologischen Feststoffe, kohlenstoffhaltige und stickstoffhaltige, nehmen im Verhältnis zu den chemischen Feststoffen zu. Ein niedriges Verhältnis von Nährstoffen zur Bioiaasse "in der ersten Begasungszone erzeugt den entgegengesetzten Effekt in der zv/eiten Begasungszone.

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Nötigenfalls können weitere Mengen an Phosphor ausfällenden Verbindungen direkt in die zweite Begasungszone eingeführt werden, so um die Konzentration der Phosphor ausfällenden Kationen so zu halten, daß das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu den Gesamtfeststoffen wenigstens bei 0,o5:l und unter 0,25:1 liegt. Die Phosphor ausfällende Verbindung, entweder aus der ersten Begasungszone eingebracht oder direkt in die zweite Begasungszone eingeführt ,trägt bei zur Ausflockung,und zwar durch Bildung kleiner Mengen mit positiven Ladungen in der Flüssigkeit, wodurch in Gegenwart der normalerweise negativ aufgeladenen biologischen Feststoffe ein "Einfangen" aller feinen Feststoffe zu großen absitzbaren Flockenteilchen stattfindet. Die Anhäufung von chemischen Feststoffen in der zweiten Begasungszone ist ein Anzeichen für die Konzentration an Phosphor ausfällenden Kationen.

Das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der zweiten Begasungszone ist absolut niedrig bis herab zu o,15 kg BOD₅ je Tag χ kg MLVSS und auch im Verhältnis zu der ersten Begasungszone nicht mehr als die Hälfte. Ein niedriges Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse ist notwendig., um das Verhältnis von Phosphor ausfällenden Kationen zur Biomasse zu erreichen, durch wel-

In
ehe eine besonders gute Klarheit/dem als Endprodukt abfließenden Wasser erzielt wird. Auch dann, wenn Nitrifizierung beabsichtigt wird, ist ein niedriges Verhältnis von Närstoffen zur Bio-

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masse notwendig, um die Bildung von kohlenstoffhaltigen Feststoffen zu unterdrücken und eine Stickstoff verbrauchende Biomasse aufrechtzuerhalten* Wenn die Nitrifizierung optimal gehalten werden soll, so sollte das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der zweiten Begasungszone innerhalb des unteren Teiles des annehmbaren Bereiches liegen, d»h. bei 0,15:1 bis 0,5:1.

In der zweiten Begasungszone sollte nur eine minimale Energie für das Mischen und Rezirkulieren aufgewendet werden, iJine Schädigung der Flocken in dieser Zone durch Anwendung zu großer Energie würde für das ganze Verfahren schädlich sein, da das abfließende Wasser in der Regel aus dem Klärgefäß der zweiten Begasungszone abgelassen wird, ohne daß eine weitere Möglichkeit für die Wiederbildung von Flocken besteht. Die gesamte Energie in dem Eingangsteil mit einer Verweilzeit der Flüssigkeit von wenigstens Io Minuten sollte 79 PS je 1000 m Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone nicht überschreiten. Hierin eingeschlossen ist ein Energieaufwand von nicht mehr als 66 PS je 1000 m Flüssigkeit zur Erzeugung hoher Scherkräfte, was der oberen Grenze im Endabschnitt der ersten Begasungszone entspricht,

Der Energieaufwand in dem Endabschnitt soll aus den oben angeführten Gründen zur Erzielung des notwendigen Mischens und der

Rezirkulation so niedrig wie möglich gehalten werden. Die
gesamte aufgewendete Energie im letzten Abschnitt der zweiten
Begasungszone/iit einer Kontaktzeit der Flüssigkeit von wenigstens Io Minuten sollte 66 PS je 1000 m Flüssigkeit nicht überschreiten^ wobei eingeschlossen ist ein Energieaufwand von nicht mehr als 53 PS je 1000 m für die Erzeugung hoher Scherkräfte. Ein
solcher geringer Energieaufwand ist durchführbar, da in diesem
letzten Abschnitt der Bedarf an Sauerstoff gering ist, so daß
die Energie fast ausschließlich für das Mischen der Flüssigkeit und der Feststoffe benötigt wii'd. Die Konzentration an Gesaintfeststoffen in der zweiten Begasungszone ist auch niedriger als in der ersten Begaasungszone und die Gesamtfeststoffe enthalten einen geringeren Anteil an schweren chemischen Feststoffen, was das Mischen der Flüssigkeit mit den Feststoffen bei geringerem
Energieaufwand erleichtert.

Der gesamte Energieaufwand für den Einflußabschnitt dar zweiten Begasungszone ist in der Regel größer als für den Endabschnitt, so daß das Mischen und Rezirkulieren in dem letzteren häufig
mit dem geringsten Aufwand an Energie in dem ganzen System durchgeführt werden können, und daß stromaufwärts fortschreitend höhere Energiemengen benötigt werden.

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Der pH-Wert der Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone wird ebenfalls in dem Bereich von 5,5 bis I₁O, vorzugsweise von 5,5 bis 6,5 gehalten, und zwar durch gelöstes Kohlendioxyd in der Flüssigkeit in einem geschlossenen, mit Sauerstoff begasten System. Notfalls kann dieser Gehalt an Kohlendioxyd geregelt werden durch Ablassen von Kohlendioxyd enthaltendem und an Sauerstoff verarmtem Gas aus dieser Begasungszone, tfie in der ersten Begasungszone kann auch hier ein wenigstens 5o Vol.-% Sauerstoff enthaltendes Frischgas in dem geschlossenen Raum Über der Flüssigkeit eingeführt werden und ermöglicht damit das Aufrechterhalten eines pH-Wertes in dem gewünschten Bereich ohne Zusatz von Chemikalien,welche den pH-Wert herabsetzen·

Die gesamte Kontaktzeit für die Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone sollte 24o Minuten nicht übersteigen, und kann geringer sein, wenn eine Nitrif izierung nicht beabsichtigt ist. Diese Zeitdauer zuzüglich der Kontaktzeit von bis 18o Minuten in der ersten Begasungszone bringt mit sich eine gesamte Betriebszeit von nicht mehr als 42o Minuten. Diese Zeitdauer liegt erheblich unter der Zeitdauer nach Systemen vergleichbarer bekannter Art mit aktivem Schlamm unter Begasung und unter Entfernung der gleichen Mengen von BOD_,von stickstoffhaltigen und phosphorhaltigen Verunreinigungen.

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Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem Endabschnitt wird bei wenigstens 2 mg/1 gehalten, um eine genügende Übertragung von Sauerstoff zu erreichen, wobei das als Endprodukt abfließende Wasser die Zufuhr von Sauerstoff eher erhöht als verringert.

Wie schon gesagt, werden der größte Teil,, aber nicht die Gesamtmenge der im Abwasser enthaltenden phosphorhaltigen Verunreinigungen als chemische Feststoffe in der ersten Begasungszone entfernt. Die abgesetzten Feststoffe aus der Zone haben ein Gewichtsverhältnis von chemischen Feststoffen zu Gesamtfeststoffen von wenigstens 0,25:1. Die Konzentration an chemischen Feststoffen in der zweiten Begasungszone ist niedriger, d.h. das GewichtsVerhältnis von chemischen Feststoffen zu Gesaintfeststoffen liegt unter 0,25:1. .<

Nach der Fig. 1 tritt das kohlenstoffhaltige Nährmittel und lösliche phosphorhaltige Verunreinigungen enthaltende Abwasser, z.B. -städtisches Abwasser, durch die Leitung Il in den Eingangsteil der Kammer Io ein, welche die erste ßegasungszone bildet. Eine nicht abgebildete Quelle für ein Gas nit wenigstens 5o Vol.-% Sauerstoff ist vorgesehen. Aus dieser gelangt das Gas durch die Leitung 12 mit dem Regelventil 13 in die Kammer lo. Die letztere hat einen gasdichten Deckel ^<_# um über,der Flüssigkeit ein an

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Sauerstoff angereichertes Gas aufrechtzuerhalten. Die zurückgeführten ersten Feststoffe gelangen durch die Leitung 15 in die Kanuner Io. Das Abwasser und die ersten zurückgeführten Feststoffe können auch gewünschtenfalles vor der Einführung in die Kanuner gemischt werden.

Die Kammer Io ist so ausgeführt, daß ihre Länge im Verhältnis zur Breite und Tiefe sehr groß ist. Bei einem gegebenen Inhalt wird durch diese Form die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit von dem Eingangsende zu dem Endabschnitt erhöht und es wird ein Zurückmischen der Flüssigkeit vermieden. Um einen, glatten Durchfluß der Flüssigkeit ohne Trennwände zu erziebn, sollte die Länge des (Behälters größer sein als seine Breite und die Tiefe der Flüssigkeit. In der Regel sind die 3reite und die Tiefe etwa gleich und unterscheiden sich um nicht mehr als um den Faktor 2 oder 2,5. Die Länge des Behälters sollte vorzugsweise zehnmal größer sein'als die Breite und die Tiefe. Ein für einen glatten Durchfluß geeigneter Behälter sollte eine Länge, eine Breite und eine Flüssigkeitstiefe im Verhältnis von ' 2o:2:l haben, wobei das die mindest bevorzugte Länge ist.

Die erwähnten Ströme werden in der Kammer Io innig gemischt mittels einer Reihe von untergetauchten Rührern 16a bis c, die in Längsrichtung in Abständen voneinander von einem Ende der

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Kammer Io bis zum anderen angeordnet sind und von den Motoren 17a bis c durch Wellen angetrieben werden. An Sauerstoff verarmtes Gas wird an in Längsrichtung in Abständen voneinander angeordneten Stellen durch die Leitungen 19a bis c mittels besonderer Gebläse 2oa bis c zur Verdichtung abgezogen. Es wird durch die Leitungen 21a bis c zu untergetauchten Sprühern oder Diffusem 22a bis c zurückgeführt, die vorzugsweise unter den entsprechenden Rührern 16a bis c angeordnet sind. Auf diese Art wird das Gas kontinuierlich in inniger Berührung mit der Flüssigkeit in verschiedenen in Längsrichtung und in Abständen voneinander angeordneten Abschnitten der Kammer Io rezirkuliert. Gebläse 2oa bis c werden von nicht abgebildeten Motoren angetrieben. Hier wird die zum Rezirkulieren erforderliche Energie aufgewendet. Die Motoren sind vorzugsweise mit Regelungen ausgerichtet, die eine Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit ermöglicht.

Wenn in einem länglichen Behälter ohne Teilwände, wie z.B. in den Behältern Io und Ho nach Fig. 1, eine Reihe von Vorrichtungen zum Mischen und Belüften in Abständen voneinander angeordnet ist, so steht das Ende des Flüssigkeitsstromes der ersten oder zweiten Zone unter dem Einfluß der letzten Vorrichtung dieser Reihe, unter der Voraussetzung, daß die Kontaktzeit der Flüssigkeit in diesem Bereich bei wenigstens Io Minuten liegt. Der Einflußbereich der letzten Vorrichtung ist abhängig von der hier aufgewendeten Energie im Vergleich zu

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der an den stromaufwärts gelegenen Vorrichtungen aufgewendeten Energie. Es kann beispielsweise nach Fig. 1 angenommen werden, daß der Rührer 16c und der Gasverteiler 22c in dem Endabschnitt der ersten Zone in einer Entfernung A von der Endwandung des Behälters Io und in einer Entfernung B von dem Rührer 16b und dem Gasverteiler 22b angeordnet sind. Es sei ferner angenommen, daß die aufgewendete Energie für die Vorrichtungen 16c und 22c den Wert X und die aufgewendte Energie für die Vorrichtung 16b und 22b den Wert Y hat. Bei der Durchführung dieser Aus führungshorn· der Erfindung erstreckt sich der Einflußbereich von 16c und 22c stromaufwärts in Richtung von 16b und 22b auf eine Entfernung C, die gleich ist dem Verhältnis BX (X+Y). Die gesamte Abmessung des Endabschnitißs in Richtung der längsströmenden Flüssigkeit ist gleich A + C, oder A + BX (X+Y). Beim Multiplizieren der gesamten Menge mit der Breite «und der Tiefe der Flüssigkeit in dem Behälter erhält man das Volumen des Endabschnittes für die Flüssigkeitsströmung. Dividiert man dieses Volumen durch die Durchströmungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, Abwasser und zurückgeführte Feststoffe, so kann man die Kontaktzeit der Flüssigkeit, in dem Endabschnitt bestimmen. Dividiert man den Wert X für die in den Endabschnitt eingeführte Energie durch das Volumen des Endabschnittes, so findet man die "Dichte" der Energie, beispielsweise PS je ICX)O m .

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- 43 -

Eine Phosphor ausfällende Verbindung, Eisenchlorid oder Aluminiumsulfat oder beide wird vorzugsweise in Form einer wäßrigen Lösung durch die Leitung 5o und das Regelventil 51 in den Endabschnitt der Kammer Io eingeführt. Hierbei entstehen chemische Feststoffe zusätzlich zu den biologischen Feststoffen. Teilweise oxydierte Flüssigkeit wird aus dem Endabschnitt über das tfehr 25 in den überlauftrog 26 geleitet und gelangt von dort in die Ablaßleitung 27. Das an Sauerstoff verarmte Gas kann kontinuierlich oder in Zeitabständen aus dem Gasraun über den letzten Abschnitt durch die Leitung 23 mit dem Regelventil 24 abgezogen werden.

Die teilweise oxydierte Flüssigkeit in der Leitung 27 wird gegen eine mittig angeordnete konzentrische Prallwand 28 des ersten

Quergefäßes 29 geführt. Die Prallwand 28 erstreckt sich vorzugsweise von einem Punkt über dem Flüssigkeitsspiegel bis zu einem Punkt zwischen dem Flüssigkeitsspiegel und dem kegelförmigen Boden des Klärgefäßes. Ein Motor 3o treibt einen langsam rotierenden Rechen 31 über den Boden das Klärgefäßes, um ein kegelförmiges Absitzen der dichten abgesetzten FEststoffe zu verhindern. Die überstehende Flüssigkeit oder das teilweise behandelte abfließende V/asser mit wenigstens 25 mg/1 BOD₅ und nichtverbrauchten Phosphor ausfällenden Kationen strömt über das Wehr 32 in Trog 33 und wird durch Leitung 34 abgezogen. Die ersten Feststoffe,

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die chemische und biologische Feststoffe enthalten, werden vom Boden des Klärgefäßes durch die Leitung^ 35 abgezogen. Wenigstem ein Teil hiervon wird durch die Pumpe 36 und die Leitung 15 in die Kammer 10 zurückgeführt, um das hinzukommende Abwasser, zu impfen. Der Teil der ersten Feststoffe, der für die Rezirkulation nicht benötigt wird, wird durch die Bodenleitung 37 mit dem Regelventil 38 abgelassen.

Das teilweise behandelte abströmende Wasser aus dem Klärgefäß 29 ist die einzige Flüssigkeit, die in die zweite Zone gelangt. Die Vorrichtungen der ersten Zone können -in der zweiten Zone praktisch die gleichen sein. In der Fig. 1 sind die Elemente, die denen in der ersten Zone entsprechen, gekennzeichnet durch die gleiche Zahl plus 100. Die zweite Begasungszone wird in ährlicher Weise wie die erste Begasungszone betrieben, mit der Ausnahme gewisser Parameter, die nachstehend im einzelnen besprochen werden sollen. Das teilweise behandelte abfließende Wasser in der Leitung 34 mit dein Ventil 35a gelangt in den Ein führungsteil der Kaiiuner 110, welche die zweite Begasungszone bildet. Dort wird die Flüssigkeit gemischt mit einem mindestens 5o Vo.-% Sauerstoff enthaltenden Frischgas, das' durch die Leitung 112 eingeführt wird. "Zweite Feststoffe werden durch die Leitung 115 zurückgeführt. Weitere zusätzlich Phosphor ausfällende Verbindungen können eingeführt werden durch die Leitung 15o mit dem Regelventil 151,

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— i>o —

wenn es notwendig ist, um das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu den"Gesamtfeststoffen bei wenigstens O,o5:l in der zweiten Begasungszone zu halten. - ·

Die Kammer 110 ist ähnlich ausgeführt wie die Kammer 10, um einen glatten Durchstrom der Flüssigkeit von einem Ende zum anderen _ri zu sichern. Das bedeutet, daß die Länge im Vergleich zu der Breite und Tiefe sehr groß ist. Beispielsweise kann zur Erzielung eines glatten Durchflusses in einer rechtwinkligen Kammer das Vexr ^ hältnis der Länge zur Breite zur Tiefe der Flüssigkeit bei etwa 20:2:1 liegen . In Längsrichtung sind ebenfalls in Abständen untergetauchte Rührer 116a bis c angeordnet, und Vorrichtungen zum Rezirkulieren des Gases 119, 12o, 121 und 122a bis c wirkan in ähnlicher Weise wie in der Kammer Io. Das an Sauerstoff verarmte Gas wird aus dem Gasraura über der Flüssigkeit im Ladabschnitt der Kammer llo durch die Leitung 123 mit dem Regelventil 124 abgelassen. Die weiter oxydierte Flüsigkeit v/ird aus dem Endabschnitt durch die Leitung 127 in das zweite Klärgefäß 329 geführt. Dieses wird in ähnlicher Weise betrieben wie das erste Klärgefäß 29. Das als Endprodukt abfließende Wasser wird durch die Leitung 14o aus dem System abgelassen, die zweiten Feststoffe werden vom Boden durch die Leitung 135 abgezogen. Wenigstens ein Teil der letzteren wird durch die Leitung 115 mittels der Pumpe 136 zu dem Eingangsabteil der Kammer 110 zusammen

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mit dem teilweise behandelten Abwasser zurückgeführt. Der Rest der zweiten Feststoffe wird durch die Leitung 13? mit dem Regelventil 138 abgelassen.

Bei.einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die erste und die zweite Begasungszone je mehrere getrennte Unterzonen, wobei das Gas, das frische Abwasser und die zurückgeführten ersten Peststoffe, alle in eine erste Unterzone eingeführt werden« Dort werden sie gemischt und gleichzeitig rezirkuliert, wobei eine erste teilweise oxydierte Flüssigkeit und
ein erstes an Sauerstoff verarmtes Gas entstehen. Diese werden getrennt abgezogen und jedes wird in eine zweite Unterzone eingeführt, wo eine zweite teilweise oxydierte Flüssigkeit und
ein zweites weiter an Sauerstoff verarmtes Gas entstehen* Diese werden wieder getrennt aus der zweiten Unterzone abgesogen und getrennt in weitere Unterzonen der ersten Begasungszone eingeführt, wo sie weiter gemischt und rezirkuliert werden, und zwar

in der gleichen Stromrichtung wie in der ersten und zweiten
/Unterzone. °i^e Phosphor ausfällende Verbindung wird in die

letzte Unterzone eingeführt und das Gas aus der letzten Unterzone wird als an Sauerstoff verarmtes Gas abgelassen.

Das an Sauerstoff verarmte Gas, die zweite teilweise behandelte Flüssigkeit und zweite zurückgeführte Feststoffe werden alle in eine erste Unterzone des ersten Abschnittes der zweiten Begasungscone

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eingeführt, um dort gemischt und gleichzeitig rezirkuliert zu. werden. Dort entstehen eine erste weiter oxydierte Flüsigkeit und ein erstes an Sauerstoff verarmtes Gas. Diese werden getrennt abgezogen und jedes von ihnen wird in eine zweite Unterzone zum weiteren Mischen und gleichzeitigen Rezirkulieren eingeführt, wobei eine zweite weiter oxydierte Flüssigkeit und ein zweites an Sauerstoff verarmtes Gas entstehen. Diese werden ihrerseits getrennt aus der zweiten Unterzone abgezogen und jedes wird in weitere Unterzonen der zweiten Begasungszone zum weiteren Mischen und Rezirkulieren im Gleichstrom eingeführt, wie in der ersten und der zweiten Unterzone. Das an Sauerstoff verarmte Gas aus der letzten Unterzpne wird abgelassen.

Die Fig. 2 zeigt drei Unterzonen in der ersten Begasungszone und zwei Unterzonen in der zweiten Begasungszone. Die Elemente entsprechen denen nach Fig. 1 und sind mit der gleichen Nummer bezeichnet. Die erste Begasungszone Io ist unterteilt in drei getrennte Abteile oder Unterzonen loa, lob und loc durch die Teilwände 42 und 45, die sich von oben bis zum Boden erstrecken. Verengte öffnungen 43 in der Teilwand 42 unter dem Flüssigkeitsspiegel ermöglichen einen Durchstrom der ersten teilweise oxydierten Flüssigkeit aus der ersten Unterzone loa in die zweite Unterzone lob. Eine verengte öffnung 44 im Gasraum ermöglicht den Durchstrom des ersten an Sauerstoff verarmten Gases aus loa nach lob im Gleichstrom mit der Flüssigkeit. Eine entsprechende öff-

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rmng 46 in der Teilwand 45 unter deiti Flüssigkeitsspiegel erlaubt den Durchstrom der zweiten teilweise oxydierten Flüssigkeit aus der zweiten Unterzone lob in die dritte Unterzone loc. Eine verengte öffnung 47 in dem Gasraum erlaubt den Durchstrom des zweiten an Sauerstoff verarmten Gases aus lob nach 10c im Gleichstrom mit der Flüssigkeit, Die dritte Unterzone loc ist der Endabschnitt der ersten Zone Io,-■■ wobei die Kontaktzeit der Flüssigkeit in loc bei wenigstens Io Minuten liegt. Wenn die Kontaktzeit der Flüssigkeit in loc unter Io Minuten liegt, so umfaßt die Unterzone lob einen Teil des Endabschnittes, so daß die Kontaktzeit der Flüssigkeit in den Unterzonen lob und loc insgesamt wenigstens Io Minuten beträgt»

An den Oberflächen wirkende Impeller 22a bis 22b und 22c sind in den Unterzonen loa, lob und loc vorgesehen. Sie schleudern Flüssigkeit in den Gasraum zum Rezirkuliereri gegen das Gas und bewirken gleichzeitig ein· Mischen der Flüssigkeit mit den Feststoffen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das Gas gegen die Flüssigkeit rezirkuliert mittels Pumpen und in unter der Oberfläche angeordnete Gasverteiler eingeführt, während aas Mischen der Flüssigkeit mit den Feststoffen durch Propeller unter "der Oberfläche durchgeführt wird. Gemäß Fig. 2 werden sowohl das Rezirkulieren wie auch das Mischen der Flüssigkeit mit den Feststoffen durch die gleiche mechanische Vorrichtung durchgeführt, d.h. durch Impeller, die von Motoren an der Oberfläche betrieben werden.

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Die dritte teilweise oxydierte Flüssigkeit wird aus dem Endabschnitt loc durch die Leitung 27 in das benachbarte erste Klärgefäß 29 abgezogen. Die Phosphor ausfällende Verbindung wird dort eingeführt. Wie schon bemerkt, ist die ausfällende Ltesetzung mit dem löslichen Kation von Eisen oder Aluminium so schnell, daß nur eine sehr kurze Zeit stromaufwärts von dem ersten Klärgefäß 29 hierfür erforderlich ist. In der Leitung 27 _r die häufig die-Form eines offenen Troges hat, ist ein mechanisches Mischen nicht notwendig. In diesem Abschnitt beim Einführen der Phosphor ausfällenden Verbindung ist keine äußere Energie erforderlich.

Das dritte an Sauerstoff verarmte Gas aus der Endzone loc wird durch die Leitung 23 mit dem Regelventil 24 abgezogen und in die erste Unterzone looa der zv/eiten Begasungszone als Teil des Sauerstoff enthaltenden Gases eingeführt. Dieses Gas enthält noch verhältnismäßig große Mengen an Sauerstoff, beispielsweise 6o bis 8o Vol.-%, unter der Voraussetzung, daß das in die erste Begasungszone eingeführte Gas 9o bis loo Vol.-% Sauerstoff enthielt.

Der Rest des in der zweiten Zone benötigten Sauerstoffes wird in die erste ünterzone lloa durch die Leitung 112 mit dem Regelventil 113 eingeführt.

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Die zweite Begasungszone llo wird in ähnlicher Weise betrieben wie die erste Begasungszone lo, mit dem Unterschiede, daß nur eine einzige Teilwand 14 2 vorgesehen ist, um die erste Unterzone lloa von der zweiten Unterzone Hob zu trennen. Die erste weiter oxydierte Flüssigkeit strömt von HOa nach HOb durch die unter dem Flüssigkeitsspiegel befindliche Öffnung 143 in der Teilwand 142.Das erste an Sauerstoff verarmte Gas strömt

von HOa nach HOb durch die Öffnung 144 im daruborl legenden Gasraum. .

Die Klärgefäße 29 und 129 werden in der gleichen Weise betrieben, wie es in Fig 1 beschrieben ist. Die Fig. 2 zeigt aber die andere Möglichkeit, daß ein Teil der zv/eiten Feststoffe zusammen mit den ersten Feststoffen in die erste Zone zurückgeführt wird. Wie schon erörtert, enthalten die zweiten Feststoffe in der Leitung 135 einen erheblich höheren Anteil an biologischen organischen Feststoffen, als die ersten Feststoffe in der Leitung 35. Die große Menge an schweren chemischen Feststoffen und der hierbei sich ergebende große Abfall an Feststoffen aus der ersten Begasungszone führt dazu, daß die Konzentration der Mikroorganismen und daher die biologische Aktivität in der Flüssigkeit in der ersten Zone abnehmen. Die Konzentration der Mikroorganismen. (MLVSS) in der letzteren kann erhöht werden dadurch, daß ein Teil der zweiten Feststoffe durch die Leitung 153 mittels der Pumpe 154 in die Leitung 15 zurückgeführt wird, von wo sie zusammen mit den ersten zurückgeführten Feststoffen in die Zone loa gelangen.

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Die Vorteile der Erfindung wurden geprüft bei Versuchen in einer Reihe von Versuchsanlagen. Hierbei wurde bei den Versuchen 1 und 4 in eine einzige Zone ein 99 Vol.~% Sauerstoff enthaltendes Gas ohne Verwendung einer Phosphor ausfällenden Verbindung einge-

Aluminiurasulfat führt. Bei den Versuchen 2 und 3 wurde / zugesetzt. Bei den Versuchen 5 und 6 wurde unter Verwendung eines 99 % Sauerstoff enthaltenden Frischgases in zwei Zonen ohne Zusatz einer Phosphor ausfällenden Verbindung gearbeitet. Bei Versuch 7 wurde eine ungenügende Menge von Natriuraaluminat als Phosphor aus-

Aluminiumsulfai fällende Verbindung zugegeben. Bei dem Versuch 8 wurde erflndttngsgeaisß/ zugegeben. In jedem Falle war jede Begasungszone in wenigstens drei Unterzonen unterteilt, durch welche im Gleichstrom Gas und Flüssigkeit gemäß Fig. 2 strömten. Ein Klärgefäß war verbunden mit dem Endabschnitt. Jede Unterzone enthielt einen Gasverteiler und einen Impeller zum Mischen von Gas und Flüsigkeit, die von einem elektrischen Motor angetrieben waren» Der Gasverteiler bestand aus rotierenden Armen mit engen Löchern, durch welche das Gas rezirkuliert wurde, ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 1, mit dem Unterschiede, daß der Impeller 16 und der Gasverteiler 22 auf einer gemeinsamen Achse zum Rotieren befe-

Aluniniumsulfat

stigt waren. / wurde nur der letzten Unterzone der einzigen Begasungszone in den Versuchen 2 und 3 zugegeben. Natriumalumi-

AluainiuMsulfat

nat und / wurden nur der letzten Unterzone der «raten Be gasungszone bei den Versuchen 7 und 8 zugesetzt« Die Versuchsanlagen für die Versuche 1 bis 8 waren vier verschieden· Typen, die

i · in der Tabelle A beschrieben sind.

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TABELLE

CO O CO OO 4V OtJ

Volumen der Unterζone m Anzahl der Unterzonen

Gesamtes Volumen der Zonen m~ Tiefe der Flüssigkeit m

Durchmesser cm

PS der Motoren für die rotierenden Gasverteiler

1,51 4

6,05 1,52

Durchmesser der Mundstücke in den rotierenden Gasverteilern

mm 3,2

35,2

3/4 jeder Unterzone 7,76
4

31,04
3,53

3,2
35,6

Ve r s u cn s-Nummer 3, 4 5, S, 7,

0,19

■·

0,76 0,6 9

3,2

15,2

C,17

2 (erste Zone) •3_t (zweite Zone)

0,34 (erste Zone) 0/51 (zweite Zone)

0,61

3,2

15,2

1/3 (jeder ünterzone)

Upm der rotierenden Gasverteiler

PS der Motoren für das Rezir- 2/3 (l.Urfsrz. kulieren des Gases 1/3(andere

Unterzonen Durchmesser der Impeller cm 35,6 3(l.Unterz.) 1/3 (jeder 2(andere Unterzone Unterzonen)

23o 2oo (1. Unter zone) 25o (1, Unterzonen 1'-and

15o (andere Unterz) 25o (andere Unterzofren) 2/3(l.Unterz, 1/6 jede l/2o(jede Unterzone) 1/2(andere Unterzone) Unterzonen)

35,6

15,2

15,2

2321723

Beim Betriebe der Versuchsanlage wurde das Sauerstoff enthaltende Frischgas in den Gasraum der ersten Unterzone jeder Zone eingeführt. Es wurde bei etwas überatmosphärendruck gehalten und in die nachfolgenden Unterzonen durch verbindende Leitungen geführt. Die Zusammensetzung der Gase wurde gemessen mit einem' Analysator für Sauerstoff» Der Gehalt der Abgase an Sauerstoff aus jeder der zwei Zonen während dieser Versuche lag über 2o VoI,-%. Bei diesen Versuchen kam es indessen nicht auf eine möglichst gute Ausnutzung des Sauerstoffs an,and es wurde mehr Sauerstoff abgelassen, als in richtigen Anlagen zulässig wäre. Die Versuchsanlagen waren nicht so entworfen und wurden nicht so betrieben, daß möglichst wenig Energie gebraucht.wurde» Die aufgewendeten Energien je 1000 m waren erheblich höher, als in richtigen Anlagen, jjie Temperatur der gemischten Flüssigkeit lag bei 8 bis 26°C, der pH-Wert innerhalb des Bereiches von 6,3 bis 7,1. Zusätzlich zu der Regelung der Strömungen des Gases und d?.*r Flüssigkeit- durch geeignete Vorrichtungen und Meßvorrichtungen wurden weitere wichtige Parameter genessen, um das Verhalten des Systems₍ zu bestimmen. Täglich wurden Proben des zugeführten Frischwassers, des Abwasser aus dem ersten Klärgefäß und des Abwassers aus dem zweiten Klärgefäß entnommen. Px'ofeen des Geraisches der Flüssigkeit und des Schlammes wurden täglich für jeden Verfahrensschritt entnommen. Alle Analysen wurden durchgeführt in Übereinstimmung mit dem schon erwähnten Buch "Standard Methods for the Examination of Water and Vtfastewater". Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle B zusammengefaßt. .

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CM O)

rH CO Q)

CN Q) O

O to CM

« O M

VQ rH (D O Kl CN Q) O

in

CM

co	CO	O	-	1	O
in	O			co H
	in	CO	r-
VD O rH	118,	VO	CTl rH
	CO	VD	CM
(N	in VD	CO	in H
CM	co	O	CM
110,	124,		O IN
r>		in
r- cn	σι	rH
119	15o	CN

in

cn

VD

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O VD r-i CN c-l H

α	··	β	*
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3			ω
lfl	rH	in
U	1M	Q
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>	N

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113	123	CO	CM CM	CM <. co	in in
CTl Oi	CN rH	H H	VD CO	in OD

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H rH

in	O	co CM	co rH
O co CN	42,4	VO	VO ■H
	co	co	CM
CM	in	t	in rH
CO «» H rH	O co		co co
		I	in
CN	cn	•Η

in

CM CM

co

114	126	CN	co CM	CO H	co CO	co	in iH
		CO		O		co
227	VD	in	CO CO	CO	in rH	m CN

EH

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Tabelle B (Fortsetzung)

	Versuch Nr.:	1	2	3	4	(D 5	(2)	(1) (	5 (2)	(D7	(2)	(1) 8	(2)
	Versuchs- bedingungen:											i
	F/M kg BOD5/ Tag χ kg MLVSS	O,5o	0,	26 0,	35 0,45	0,90	0,22	1,19	0,14	1,34	0,12	l,3o	0,23
Ca) O	RT, 1.Unter zone , min-*	23	22	26	26	11	21	12	18	12	19	22	19
9846/	RT,letzte Unterzone min. 3	23	22	26	26	11	21	12	18	12	19	22	19
'091	RT, gesamt min. 3	92	88	Io5	Io3	22	62	23	55	24	57	24	57
	MLSS, mg/1	7010	8160	4650	3700	6779	5961	6431	4134	5892	5425	5489	4805 I
	MLVSS, mg/1	5690	5410	3080	2780	5890	4365	4897	3128	3932	3612	3983	3128 ,
	DO, mg/1	7,8	4,o-8	,O 8,	1 7,7	4,3	8,0	9,0	7,4	9,1	9,8	9,4	Ip, 3
	SVI^ mg/1	42,1	53	70	55	24,9	24	28	32,4	27,2	51,3	23,4	4*7,6

Tabelle 3 (Fortsetzung) _

Versuch Nr.: 1 2 3 4 '"-^ ^ (2) 'D ^

2)	1	(D '	(2)	5	(D ö	. C 2)	8	lsi
19		15,5	15,		15	15		ο»
8,	74	0/84	10		0,66	4,	77	172!
7		Io	Io		8	' 8.		Ul
2,		2,5o	-		2,71	1,
0		2,34	-		1,75	-	5
			2
28	22f4	17,	24,3	32,

CO O CO OO

Teinperatur-

uiittei ⁰C 2 6 25 8 9 16 16

SRT, Tage⁵ " 7,2 5 3,7 4,0 1,1 9,0 1,0

Versuchsdauer

Tage 4o 25 9 9 4 4 7

ISV, Vh 3,2o 2,29 1,68 2,62 2,26 3,35 2,41 co

Al/P, xuol/mol 0 1,33 1,4 0 0 0 0

*««* Gesarate Energie
P in der letzten
Unterzone

PS/lOOOni 200 - 6,85 7,41 33,0 19,1 22,4

Gesamte Energie

zur Erzeugung ..·,.. ■

hoher Scherkräfte i.d.letzten Unterzone - · ' PS/l000m^J 47,6 - 1,05 1,05 3,17 3,17 3,17 3,17 3.17 3,17 3,17 3,17

Gesamte Energie .

i.d.ersten Un-

PS/ioOOm³ 214 - 14,2 23o 43,3 31,1 - 38,0 43,6 31,1 48,6 36,4

Tabelle B (Fortsetzung) Versuch Nr.: 1 "

₍₂)

(1)

(2)

Gesamte Energie zur Erzeugung hoher Scherkräfte i.α.ersten ünterzonti .,
PS/lOOOnT¹ 44,8

Verhältnis

der ehem.

Feststoffe

z.d. Gesamt- ** feststoffen *** i.d.abgesetz-Q ten Feststoffen _ω i.d.Behand- «i lungszone ■ 0

2,90 2,90.

0,44 0,23

6,08 6,08

6-,θ8 6,08 6,08 6,08 6,08

0,31 0,28 0,27

0,23 4Π

Fußnoten

1 - Gesamtgehalt an Phosphor

2 - Gesamtgehalt an Stickstoff · .

3 - Gesamte Kontaktzeit der aas Abwasser und zurückgeführtem Schlamm bestenenden Flüssigkeit

4 - Schlairravolumenindex . ■

5 - Zurückhaltungszeit für den Schlamm

6 - Absetzgeschwindigkeit der Flüssigkeit zum Klärgefäß

Die Tabelle I faßt die Ergebnisse dieser Versuche zusammen..
Der Versuch Kr» 1 zeigt, daß bei Verwendung von Sauerstoff hoher Reinheit in einer einzigen Zone in. einer Anlage gemäß der
US.Patentschrift Nr. 3 547 815 ein hohes Ausmaß der Entfernung
von.kohlenstoffhaltigen Stoffen (97 % BOD₅) erreicht werden
kann zugleich mit einer geringen Menge an suspendiertem Gesamtfeststoff (MLSS) in dem abfließenden Wasser (15 mg/1). Die

Aluminiumsulfat
Versuche Nr. 2 und 3 zeigen, daß beim Zusatz von / zu solchen Anlagen für die Entfernung von Phosphor der Gehalt an suspendierten Feststoffen in dem abfließenden Wasser hoch ist und bei 33 mg/1 und 85 mg/1 liegt. Das zeigt, daß in einer einzigen Zone bei einer kombinierten Behandlung ein schlechtes Ausflocken der chemischen Feststoffe stattfindet. Bei dem Versuch Nr. 4 wurde

das gleiche Abwasser und die gleiche Anlage verwendet wie bei

Aluminiumsulfat

Versuch Nr. 3, aber ohne Zusatz von / Bei dem Versuch Nr.3 wurde der gemischten Flüssigkeit während 9 aufeinanderfolgenden

AXxaniniunißulfat
Tagen / in einer solchen Menge zugesetzt/ daß das molare

Verhältnis von Aiuminiuinkationen 2ü Phosphor enthaltenden Verunreinigungen bei 1,4:1 lag. Unmittelbar anschließend folgte der Versuch Nr. 4 während 9 aufeinanderfolgenden Tagen und ohne Zu-

Aluminiumsulfat

satz von / Man sieht deutlich, daß die Menge der in abfließendem Wasser suspendierten Gesamtfeststoffe erheblich sank, als

Aluminiumsulfat
der Zusatz von / beendet wurde, und zwar von 85 auf 55 mg/1.

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Die Versuche Nr. 5 bis 8 wurden alle in derselben Versuchsanlage durchgeführt. Diese hatte zwei getrennte Begasungszonen und behandelte das gleiche städtische Abwasser. Der einzige bei diesen Verfahren geänderte Parameter war das Verhältnis von Nährstof-

(F/M)

fen zur Biomasse/ In jedem Falle war dies Verhältnis in der ersten Zone verhältnismäßig hoch, 0,90:1 bis 1,34:1, und verhältnismäßig niedrig in der zweiten Zone, 0,12:1 bis 0,23:1, so daß eine wirksame Nitrif izierung bei den Versuchen Nr. 5 und 6 erreicht wurde, wo chemische Feststoffe nicht anfielen. Das nach den Versuchen Nr. 5 und 6 aus der ersten Zone abfließende Wasser enthielt aber verhältnismäßig große Mengen an Gesamtfeststoffen, 54 und 49 mg/1, und nur eine geringere Verbesserung wurde erzielt in der zweiten Begasungszone ohne Zusatz von

Aluminiumsulfat.

/ Beim Versuch Nr. 5 enthielt das aus der zweiten Zone abfließende Wasser noch 45 mg/1 an suspendierten Gesaratfeststoffen, was eine Verringerung von 16,6 % in dieser Zone bedeutet. Beim Versuch Nr. 6 enthielt das aus der zweiten Zone abfließende Wasser noch 3o mg/1 an suspendierten Gesamtfeststoffen, was einer Verringerung von 33,3 % bedeutet.

Der Versuch Nr. 7 zeigt, daß bei diesen Verfahrensbedingungen Natriumaluminat NaAl(OH)₄ als Phosphor ausfällende Verbindung nicht genügt, obwohl es in anderen üblichen Systemen zur Behandlung von Abwasser für diesen Zweck verwendet wird* Große Mengen

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waren erforderlich, um eine vollständige Umsetzung mit dem Phosphor zu erzielen, und zwar ein molares Verhältnis von Aluminium zu Phos£>hor von 2,35:1, Die chemischen Feststoffe in der ersten Zone flockten sehr schlecht aus und setzten sich schlecht ab, wodurch die abfließende Flüssigkeit 65,8 mg/1 an suspendierten Feststoffen enthielt. Die Verbesserung der Beschaffenheit des abfließenden Wassers aus der zweiten Zone war nur gering, 42,4 mg/1 oder 35 %.

Aluminiumsulfat

Bei dem erfindungsgemäß durchgeführten Versuch Nr. 8 wurde / dem Endabschnitt der ersten Zone zugesetzt, so daß das molare Verhältnis von Aluminiumkationen zu j-hosphorhaltigen Verunreinigungen bei 1,75:1 lag. Die starke Zunahme der suspendierten Gesamtfeststoffe in der aus der ersten Zone abfließenden Flüssigkeit von 54 mg/1 nach Versuch Nr. 5 auf 7o,3 mg/1 ist auffällig. Sie zeigt eine Verschlechterung der Ausflockung wegen der starken Vergrößerung der Menge an chemischen Feststoffen in dieser Zone. Die 45,3 mg/1 an BOD₅ , die aus der ersten Zone in die zweite Zone gelangen, sind die Folge des hohen Verhältnisses von iSIähr-· Stoffen zur Biomasse von l_r30 kg BOD₁. je kg MlVSS in der ersten Zone. Trotz der Verschlechterung der Ausflockung in der ersten Zone war sie in der zweiten Zone erheblich besser. Der Gehalt an suspendierten Feststoffen sank um 85 % auf nur lo,7 mg/1, was eine drei- bis vierfache Verbesserung gegenüber dem Verhalten nach den Versuchen 5 bis 7 in zwei Zonen bedeutet, und eine 5o

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bis 80 %ige Verbesserung gegenüber den Versuchen 1 bis 4 in der einzigen Zone, und zwar bezogen auf den Gehalt an suspendierten Gesamtfeststoffen in dem abfließenden Wasser. Eine derartig gute Qualität des abfließenden Wassers ist bisher noch ; nicht erreicht worden in Systemen zur Behandlung von Abwasser in welchem kombinierte Schlämme aus chemisehen und organischen Feststoffen anfielen. Weitere Versuche haben bestätigt, daß ähnliche Ergebnisse wie beim.Versuch Nr. 8 erzielt werden können,

Aluminiumsulfat

wenn an Stelle von / Eisen-(III)-Chlorid als Phosphor ausfällende Verbindung verwendet wird.

Aus dem Vergleich zwischen dem Versuch Nr. 8 und den Versuchen Nr. 1 bis 4 in einer einzigen Begasungszone geht hervor, daß das gesamte Volumen Ce. i: Begasungskaituner für zwei Zonen zur Entfernung aller Verunreinigungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa, das gleiche ist, wie das einer Anlage mit einer einzigen Begasungszone, in welcher nur kohlenstoffhaltige Verunreinigungen entfernt werden. Das Volumen des ßegasungsbehälters beeinflußt direkt

(RT)
die Kontaktdauer/der Flüssigkeit, wenn andere Parameter gleicn sind. Die gesamte Kontaktzeit der Flüssigkeit beim Versuch Kr. 8, 24 + 57 = 81 Minuten, war geringer als bei den Versuchen Wr, Γ •bis 4, 88 bis Io3 Minuten.

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Claims (8)

1. Patentansprüche
   flj Verfahren zum Behandeln von Abwasser, welches biochemisch abbaubare kohlenstoffhaltige Verunreinigungen und phosphorhaltige Verunreinigungen enthält, wobei das Abwasser in eine erste Begasungszone eingeführt wird, wobei es dort mit einem kohlenstoffhaltige. Nährstoffe verbrauchenden Schlamm und einer Phosphor ausfällenden Verbindung gemischt wird, während es in innige Berührung mit einem Sauerstoff enthaltenden Frischgas gebracht wird, wobei der aus der abgeführten Flüssigkeit abgesetzte Schlamm in die erste Begasungszone zurückgeführt wird, wobei die an Feststoffen verarmte Flüssigkeit in eine zweite Begasungazone geführt wird, wo sie mit einem kohlenstoffhaltige Nährstoffe verbrauchenden Schlamm, der wenigstens zum Teil aus dem aus der aus der zweiten Begasungszone abgeführten Flüssigkeit abgesetzten Schlamm besteht,"gemischt wird, während die Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone in Innige Beruhrung mit einem zweiten Sauerstoff enthaltenden Gas gebracht wird, and wobei die aus der zweiten Begasungszone abgeführte, an Feststoffen verarmte Flüssigkeit als Endprodukt abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) die beiden Begasungen in abgeschlossenen Zonen mit einem wenigstens 5o VoI»-% Sauerstoff enthaltenden Gase durchführt;

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   b) das Sauerstoff enthaltende Gas und die Flüssigkeit in der ersten Begasungszone mischt und gegeneinander rezirkulieren läßt, und als Phosphor ausfällende Verbindung Bisen-(III)-Chlorid oder Aluminiumsulfat derart zusetzt, daß (1) ein phosphorhaltiges Salz ausgefällt wird und das molare Verhältnis des den Phosphor ausfällenden Kations zu der Phosphor enthaltenden Verunreinigung bei 1,2 bis 1,8 zu i gehalten wird; (2) das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse bei 0,8 bis 2,5 kg BOD_ je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe (MLVSS) gehalten wird? (3) der Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen (MLVSS) bei wenigstens 2000 mg/1 gehalten wird; (4) die gesamte zum

   benötigte Energie, die entsprechend

   Mischen und Rezirkulieren/in dein Endabschnitt der erder Flüssigkeit sten Begasungszone mit einer Verweilzeit/von wenigstens lo^Minuten und in demjenigen Abschnitt des Flüssigkeitsstromes, wo die Phosphor ausfällende Verbindung zugesetzt wird, verbraucht wird, nicht mehr beträgt als 79 PS je 1000 m⁵ der Flüssigkeitskapazität in dein betreffenden Abschnitt, wobei ein hoher Anteil zum Erzeugen von Scherkräften, der 66 PS je lOOO m³ Flüssigkeit nicht überschreitet, eingeschlossen ist? (5) die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in dem erwähnten Endabschnitt der Flüssigkeit wenigstens 2 mg/l beträgt; (6) den pH-Wort

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   der Flüssigkeit in der ersten Begasungszone bei 5,5 bis 7,0 hält; und (7) die gesamte Verweilzeit der Flüssigkeit in der ersten Begasungszone bei höchstens 18o Minuten hält; '

   c) aus der aus der ersten Begasungszone abgezogenen Flüssigkeit Feststoffe absitzen läßt, bei denen das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu den Gesamtfeststoffen bei wenigstens 0,25 : 1 liegt;

   d) aus der ersten Begasungszone "in die zweie Begasungszone eine an Feststoffen verarmte Flüssigkeit führt, die wenigstens 25 mg/1 BOD₅ enthält und solche Mengen an Phosphor ausfällenden Kationen, daß in der zweiten Bega- ' suncjszone ein Feststoff ausgefällt wird, in welchem das Gewichtsverhältnis der chemischen Feststoffe zu der GesamtfestGtoffen bei wenigstens 0,05 :"1 liegt;

   e) dcis Sauerstoff enthaltende Gas und die Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone derart mischt und gegäneinander rezirkulieren läßt, daß (8) weitere unlösliche chemische Feststoffe aus der Phosphor ausfällenden Verbindung gebildet v/erden; (9) das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse bei 0,15 bis 0,8 kg BOD₁. je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe(MLVSS) gehalten wird,, und daß das Verhältnis des Verhältnisses von Nährstoffen zur Biomasse in der ersten Begasungszone 3U dein Verhältnis

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   von Nährstofren' zur Biomasse in der zweiten Begasuhgszone bei wenigstens 2 : 1 liegt; (lo) die gesamte zum

   benötigte Energie, die entsprechend

   Mischen und Rezirkulieren/in dem Teil der zweiten-Begasungszone, wo die Flüssigkeit eingeführt wird, mit einer Verweilzeit der Flüssigkeit von wenigstens Io Minuten, verbraucht wird, nicht mehr beträgt als 79 PS je 1000 ar der in diesen Teil eingeführten Flüssigkeit, wobei

   ein hoher Anteil zum Erzeugen von Scherkräften, der

   66 PS je 1000 m Flüssigkeit nicht überschreitet, eingeschlossen ist; (11) die gesamte zum Mischen und Rebenötigte Energie, die entsprechend

   zirkulieren/in dem Endabschnitt der zweiten Begasungszone mit einer Verweilzeit der Flüssigkeit von wenigstens Io Minuten verbraucht wird, nicht mehr beträgt als 66 PS je 1,000 ia' der in diesem ¹TeH zugeführteil Flüssigkeit

   wobei ein hoher Anteil zur Erzeugung von Scherkräften,

   ₃ Flüssigkeit
   der 53 PS je 1000 m /nicht überschreitet, eingeschlossen ist; (12) der pH-Wert der Flüssigkeit in der zweiten Begasungszone bei 5,5 bis 7,0 gehalten wird; -(13) der Gehalt des in der Flüssigkeit gelösten Sauerstoffs in dem genannten Endabschnitt bei wenigstens 2 mg/1 gehalten wird ; und (14) die gesamte Verweilzeit der Flüssigkeit in der zweiten Begasurigszone 24o Minuten nicht übersteigt; f) aus beiden Begasungszonen ein an Sauerstoff verarmtes Abgas mit einem Gehalt von wenigstens 2o/Vol.-% Sauerstoff abzieht; -

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   g) aus'der aus der zweiten Begasungszone abgezogenen Flüssigkeit Feststoffe absitzen läßt, In denen das Gewichts- j Verhältnis von chemischen Feststoffen zu Gesamtfeststoffen bei weniger als 0,25 : 1 liegt«
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphor ausfällende Verbindung in die Flüssigkeit im Endabschnitt der ersten Begasungszone eingeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Phosphor ausfällende Verbindung in die zweite Begasungszone eingeführt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, jdaß zum Mischen und Rezirkulieren in dem Eingangsabschnitt der ersten Begasungszone eine Gesamtenergie verbraucht wird, die 137 PS je 1000 m Flüssigkeit nicht überschreitet.
5. 5» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Mischen und Rezirku-. lieren in dem Endabschnitt der ersten Begasungszone eine Gesaintenergie verbraucht wird, die 66 PS je 1000 m³ Flüssig- ·

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   keit nicht überschreitet, einschließlich einer hohen Energie

   zur Erzeugung von Scherkräften, die 5 3 PS je 1000 m Flüssigkeit nicht übersteigt»
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Flüssigkeiten in der ersten und in der zweiten Begasungszone bei 6,0 bis 6,7 gehalten wird«
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn ζ e ichne t, daß man aus der aus der ersten und aus der zweiten Begasungszone abgezogenen Flüssigkeit Feststoffe absitzen läßt, bei denen das Gewichtsverhältnis von chemischer; Feststoffen zu Gesamt fest stoffen bei weniger als 0,5 ; 1,0 liegt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h gekenn ζ e i chne t, daß die Flüssigkeit in jeder Begasungszone in mehreren Unterzonen gemischt und rezirkuliert wird, wobei das Gas und die Flüssigkeit im Gleichstrom gesondert von einer Unterzone in die nächste geführt werden, und wobei die Phosphor ausfällende Verbindung in die am weitesten stromabwärts befindliche Unterzone der ersten Begasungszone eingeführt wird»

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   9» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Behandlung von Abwasser, das zusätzlich stickstoffhaltige Verunreinigungen enthält, dadurch gek-ennzeich--η e t, daß das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der ersten Begasungszone bei weniger, als 1,5 kg BOD₁. je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe (MLVSS) gehalten wird, daß der Gehalt der ans der ersten Begasungszone abgezogenen, an Feststoffen verarmten Flüssigkeit an BOD- bei weniger als loo mg/1 gehalten wird? daß das Verhältnis von Nährstoffen zur Biomasse in der zweiten Begasungszone bei weniger als ö_e 5 kg BQD~ je Tag χ kg flüchtige suspendierte Feststoffe (MLVSS) gehalten wird; und daß in der zweiten Begasungszone ein Gehalt an flüchtigen suspendierten Feststoffen aufrechterhalten wird, die 2 bis 4o % Stickstoff verbrauchende Mikroorganismen, 6o bis 98% Kohlenstoff verbrauchende Mikroorganismen t£n'd zusätzlich nicht lebende Stoffe enthalten. '

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