DE2329279A1

DE2329279A1 - Verfahren und vorrichtung zur biochemischen abwasserbehandlung

Info

Publication number: DE2329279A1
Application number: DE2329279A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Klein; Klaus Kratzenstein
Original assignee: KLEIN HANS U
Current assignee: KLEIN HANS U
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1975-01-02

Description

Schwelm, Wiesbaden

Verfahren und Vorrichtung zur biochemischen Abwasserbehandlung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biochemischen Abwasserbehandlung, bei dem das zu reinigende Wasser durch eine Mikroorganismen aufweisende Zone geleitet und zur Erhöhung des Stoffumsatzes der Mikroorganismen Sauerstoff eingeleitet wird.

In der Abwasserreinigungstechnik werden vielfach Tropf- oder Tauchkörper verwendet, bei denen das zu behandelnde Abwasser in möglichst gleichmäßiger Verteilung über feste Stoffe mit großer Oberfläche geleitet wird, während Luft im Gleichoder Gegenstrom das Innere dieser Behälter durchsetzt. Entsprechend dem Partialdruck in Luft erfolgt die Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff. Im Laufe der Zeit siedeln sich an der Grenzfläche, welche die festen Stoffe mit Wasser und Luft bilden, Mikroorganismen an, welche mit gelösten und teilweise auch diespergierten Substanzen in Wechselwirkung treten. Da das Sauerstoffangebot aus der Luft begrenzt ist - etwa 2O5& des Luftvolumens - kann stark mit abbaufähiger Materie angereichertes Wasser oftmals nicht mehr im erwünschten Maß gereinigt werden.

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Diesem Nachteil entgegnet man erfolgreich dadurch, daß man anstelle der Luft reinen Sauerstoff verwendete. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch unumgänglich, den überschüssigen Sauerstoff im abgeführten Gasgemisch wieder zu verwenden. Es erfordert jedoch erheblichen Aufwand, diese Wiederverwendung ungenutzten Sauerstoffs zu ermöglichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei dem die Sauerstoff zufuhr mit einem minimalen Aufwand erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sauerstoff in Abhängigkeit vom Sauerstoffverbrauch durch die Mikroorganismen zugeführt wird.

Damit wird erreicht, daß die Sauerstoffzufuhr den Säuerstoff- verbrauch der Mikroorganismen zu jeder Zeit berücksichtigt, der von der im Abwasser enthaltenen abzubauenden Materie abhängt. Die Abwasserreinigung bleibt somit sowohl bei erhöhtem Verunreinigungsgrad des V/assers als auch bei höherem Durchsatz verunreinigten Wassers gewährleistet, ohne daß überschüssiger Sauerstoff zugeführt wird. Es gelangt • also nur soviel gasförmiger Sauerstoff in den Reaktionsraum, wie dem Produkt aus der jeweils durchgesetzten Abwassermenge und der Summe des spezifischen biochemischen Sauerstoffbedarfes nebst der temperaturabhängigen Gaslöslichkeit

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entspricht. Wird durch die Zufuhr reinen Sauerstoffs in den Reaktionsraum schon ein höherer und schnellerer Reaktionsumsatz erzielt, wodurch die Abmessungen einer Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens klein und die Betriebskosten niedrig gehalten werden können, so bringt das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich eine wesentliche Senkung der Betriebskosten.

Um eine durch die biochemischen Oxidationsprozesse verursachte Zunahme der Acidität des V/asser auszugleichen, was sich besonders bei stark verschmutztem Wasser für die Mikroorganismen nachteilig auswirken kann, besteht ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag darin, daß alkalische Lösungen zum zu behandelnden und/oder behandelten Wasser zugegeben werden, deren Menge in Abhängigkeit z. B. von der Sauerstoffzufuhr gesteuert wird.

Zusätzliche Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Tropfkörpers zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

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Fig. 2 einen Querschnitt eines Tauchkörpers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen geschlossenen Behälter 11, an dessen unterem Ende eine Wasserzuführung 13 einmündet, durch welche das zu reinigende Wasser zugeführt wird. Der als Tropfkörper dienende Behälter 11 ist mit große Oberflächen bildenden festen Stoffen 14, vorzugsweise Lavaschlacke, Koks und/oder Ziegelgranulat derart gefüllt, daß oben und unten freier Raum bleibt. Das zu reinigende Abwasser, das durch die Wasserzuführung 13 in den Tropfkörper 11 gelangt, wird über ein Rohr 15 in den oberen freien Raum geleitet und wird dort über eine Sprühvorrichtung 17 über den festen Stoffen verteilt. Von dort durchrieselt das Abwasser die festen Körper und sammelt sich im unteren freien Raum des Tropfkörpers, von wo es durch einen Wasserabfluß 19 den Tropfkörper 11 verläßt und in ein Wasserreservoir 21 eintritt. Die festen Körper werden von einem Gitter oder Rost 23 getragen.

An der Grenzfläche, welche die festen Stoffe mit Wasser und Luft bilden, siedeln sich Mikroorganismen an, welche mit gelösten und teilweise auch dispergierten Substanzen in Wechselwirkung treten. Zum Abbau abbaufähiger Verunreinigungen des Wassers benötigen diese Mirkooranismen Sauerstoff, der über eine Sauerstoffzufuhrleitung 25 in < den Raum zwischen dem Gitter 23 und dem Wasserspiegel 27

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des sich sammelnden behandelten V/assers eingeleitet wird. Die Sauerstoffzufuhr ist über ein Schwimmerventil 29 vom Wasserspiegel 27 abhängig.

Die Höhe des Wasserspiegels 27 wird einerseits durch die Wasserhöhe im Wasserreservoir 21, andererseits durch den im Inneren des Tropfkörpers 11 herrschenden Druck des Gases bestimmt, das vorzugsweise Sauerstoff enthält und zur verstärkten Anreicherung des Wassers mit Sauerstoff führt.

Der konstante Betriebsdruck wird also durch die Wasserhöhe im Wasserreservoir 21 bestimmt. Steigt nun der biochemische Sauerstoffbedarf des Abwassers an, weil stärkere Verunreinigungen abzubauen sind, so vermindert sich das Volumen der eingeschlossenen Gasmenge. Dies hat nach einem Anstieg des Wasserspiegels 27 eine öffnung des Schwimmerventils zur Folge, so daß unter Druck stehender frischer Sauerstoff über die Sauerstoffzufuhrleitung 25 in der Tropfkörper einströmen kann· Wird umgekehrt nach konstanter Sauerstoffzufuhr der Sauerstoffbedarf niedriger, so erhöht sich der Gasdruck. Der Wasserspiegel 27 senkt sich, so daß die Sauerstoffzufuhr über das Schwimmersperrventil 29 vermindert oder unterbunden wird. Bei hydraulischen Durchsatzänderungen laufen die Vorgänge analog ab.

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Es gelangt also stets nur soviel gasförmiger Sauerstoff in den Tropfkörper 11, wie dem Produkt aus der jeweils durchgesetzten Abwassermenge und der Summe des spezifischen biochemischen Sauerstoffbedarfes nebst der temperaturabhängigen Gaslöslichkeit entspricht.

Würde ein mit feuchter, atmosphärischer Luft unter Normalbedingungen bei 20° C gesättigtes Wasser ohne jede Sauerstoffzehrung und -Zufuhr von außen die Systeme durchfließen, so träte keine Änderung in der anfangs mit feuchter atmosphärischer Luft gefüllten Gasphase ein. Das Wasser würde - den spezifischen Löslichkeiten entsprechend - etwa 9,1 mg Sauerstoff und 15,2 mg Stickstoff je Liter enthalten.

Betrüge die Sauerstoffzehrung der Wasserinhaltsstoffe zum Beispiel während des DurchfHeßens 6,0 mg/l (=4,2 ml/l) durch Nitrifikationsprozesse des in Abwässern meistens enthaltenen Ammoniums, vereinfacht nach:

+ 4 O₂ + Ca (HCO )₂ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂O + 2

so strebt die Zusammensetzung der abgeschlossenen Gasphase wegen der Entstehung von etwa 4,2 mg CQi/1 ( = 2,16 ml/l) und der Verarmung an Sauerstoff einer Änderung dahingehend zu, daß deren Volumen nach der Behandlung weniger als 10090 des ursprünglichen Betrages ausmacht, nicht zuletzt bedingt durch die hohe Löslichkeit des Kohlendioxids.

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Diese der jeweiligen Sauerstoffzehrurig entsprechende Volumenkontraktion ist aber verbunden mit einem Anstieg des V/asserspiegels, der erfindungsgemäß zum Eintrag reinen Sauerstoffs genutzt wird. Mit zunehmender Verdrängung der Luft durch neuen Sauerstoff optimiert sich der Wirkungsgrad des Stoffumsatzes auf Grund der Rartialdruckänderung.

Das sich im Wasserreservoir 21 sammelnde behandelte Wasser kann einer Nachklärung unterzogen werden, beispielsweise dadurch, daß das erfindungsgemäße Verfahren erneut angewendet wird.

Fig. 2 zeigt einen als Glocke ausgebildeten Tauchkörper 31, der in das zu reinigende Abwasser eingetaucht ist. Der Tauchkörper ist so in den Abwasserkanal eingesetzt, daß zu behandelndes, im allgemeinen vorgeklärtes Abwasser nur durch eine Einflußöffnung 33 den ankommenden Abwasserkanal 35 verlassen kann, um nach dem Reinigungsvorgang aus dem Tauchkörper 31 durch eine Ausflußöffnung 37 in den abgehenden Abwasserkanal für behandeltes Abwasser einzutreten. Vor der Ausflußöffnung 37 befindet sich eine mit dem Boden des Abwasserkanals verbundene Hürde 41, welche das Abwasser übersteigen muß, um zur Ausflußöffnung 37 zu gelangen. Im Tauchkörper 31 befindet sich über dem Boden ein Gitter 43, auf dem feste Stoffe 45 angeordnet sind, beispielsweise Lavaschlacke. Unterhalb oder auf Höhe des Gitters 43 befindet sich

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eine Vielzahl von Sauer stoff zufuhrleitungen 47, durch welche den Mikroorganismen, die sich in der Lavaschlacke angesiedelt haben, Sauerstoff zugeführt wird. über eine Sauerstoffhauptzufuhrleitung 49, die mit einem Schwimmerventil 51 versehen ist, ist die Gesamtsauerstoff zufuhr steuerbar. Auf den Wasserspiegel 53 des im Tauchkörper 31 befindlichen V/assers wirkt einerseits die Wasserhöhe im Abv/asserkanal, andererseits der sich über dem Wasserspiegel 53 bildende Gasdruck ein. Je nach der Höhe des vom Gasdruck abhängigen Wasserspiegels 53 wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Sauerstoffzufuhr entsprechend dem biochemischen Sauerstoffbedarf des Abwassers reguliert.

Die Höhe der Hürde 41 ist so gewählt, daß diese sich bis in die Nähe des Wasserspiegels 53 erstreckt, so daß das durch die Einflußöffnung 33 einströmende Abwasser zum Durchdringen der festen Stoffe 45 gezwungen wird.

Durch Anordnung mehrerer Tropf- und/oder Tauchkörper kann das zu reinigende Wasser dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrfach unterzogen werden.

Die biochemischen Oxidationsprozesse haben eine Zunahme der Acidität des Abwassers zur Folge, was besonders bei stark verschmutztem Wasser für die Mikroorganismen nachteilig sein kann. Um dies zu vermeiden, können dem Ab wasser alkalisch reagierende Stoffe zugefügt werden.

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Vorteilhafterweise erfolgt die Zufuhr solcher Stoffe in Abhängigkeit vom biochemischen Sauerstoffverbrauch· Zu diesem Zweck wird die Jeweilige Sauerstoffzufuhr gemessen. Beispielsweise unter Verwendung eines Proportionalreglers wird dann die zuzuführende Menge der alkalisch reagierende Stoffe von der Messung der Sauerstoffzufuhr beeinflußt.

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Claims

Patentansprüche

./Verfahren zur biochemischen Abwasserbehandlung, bei dem das zu reinigende Wasser durch eine Mikroorganismen aufweisende Zone geleitet und zur Erhöhung des Stoffumsatzes der Mikroorganismen Sauerstoff eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß soviel Sauerstoff zugeführt wird, wie die Mikroorganismen jeweils verbrauchen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zuzuführende Sauerstoff unter Überdruck gehalten und zum Ausgleich einer Druckverminderung in der die Mikroorganismen enthaltenden Zone in diese eingelassen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alkalische Lösungen zum zu behan-

• delnden und/oder behandelten Wasser zugegeben werden, deren Menge in Abhängigkeit von der Sauerstoffzufuhr gesteuert wird·
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Behälter, der große Oberflächen bildende feste Stoffe enthält, auf denen sich Mikroorganismen ansiedeln, mit Zu- und Abfluß leitungen für das zu reinigende Abwasser und mit einer Sauerstoff zuführeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter sich befindendes Wasser kommunizierend mit

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einem Wasserreservoir (21; 35, 39) in Verbindung steht, so daß ein konstanter Druck herrscht, und daß eine vom Wasserspiegel (27, 53) abhängige Ventileinrichtung die Sauerstoffzufuhr steuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung ein Schwimmerventil (29; 51) umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein geschlossener Tropfkörper (11) ist, der mit festen Stoffen (14) derart gefüllt Eb, daß oben und unten freier Raum bleibt, und daß das Ventil (29) den unterhalb der festen Stoffe sich ausbildenden Wasserspiegel (27) konstant hält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Stoffe (45) im Inneren eines in das zu behandelnde Wasser getauchten, als Tauchkörper (31) ausgebildeten Behälters angeordnet sind, an dessen Unterseite zu behandelndes Wasser auf einer Seite einströmt, und behandeltes Wasser nach Überwindung eines am Boden des v/asserleitenden Kanals angeordneten und in den Tauchkörper bis in die Nähe des Wasserspiegels (53) sich erstreckende Hürde (41) ausströmt, und daß das Schwimmerventil (51) steuerbar ist^, vom Wasserspiegel (53).der einerseits von dem den Tauchkörper umgebenden Wasser, andererseits vom Gasdruck des im Tauchkörper befindlichen, vorzugsweise unterhalb der festen

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Stoffe einströmenden Sauerstoffs abhängt,
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behälter hintereinander angeordnet sind.

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