DE2342199A1 - Verfahren zum anaeroben reinigen von abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Reinigung von Abwasser. Die anaerobe Reinigung von Abwasser mit Hilfe von Mikroorganismen ist bereits bekannt. Ein Beispiel ist das gleichzeitig Entfernen von Nitrat- und/oder Nitritiuncn einerseits und von biologisch oxydierbarem Material anderseits mit Hilfe denitrifiziorendor Bakterien, oin anderes Beispiel ist die Umsetzung organischer Fremdstoffο in Methan mit Hilfe sog. Methangärungs" Organismen. Damit eine gute Umsetzung erreicht wird, muss der Mikroorganismen enthaltende Schlamm stets in Form einer Suspension sein. Dazu kann ein Rührwerk dienen.

Anwendung eines Rührwerks zur Aufrechterhaltung einer Suspension dieser mikrobiologischen Schlanunteilchen hat jedoch bei der anaeroben Abwasserreinigung einen grossen Nachteil. Das Rührwerk verursacht nämlich eine Wirbelbewegung, wodurch die Aufnahmegeschwindigkeit von Sauerstoff aus der oberhalb der Wasseroberfläche befindlichen Gasphase in die wässerige Phase merklich gesteigert wird. Auch an der Wasseroberfläche ausserhalb dieses Wirbels tritt eine Zunahme der Aufnahmegeschwindigkeit auf und zwar durch die vom RUhror ausgelöste Kräuselung des Wassers, was eine nicht unbedeutende Vorgrösserung der Wasseroberfläche mit sich bringt. Hierdurch treten aerobe Prozesse in Wettbewerb mit den gewünschten anaeroben Vorgängen, was sogar au einer fast vollständigen Einstellung der gewünschten Umsetzungen führen kann.

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Von Bedeutung ist dabei, dass oft ein aerober Prozess unter Übrigens gleichen Bedingungen mit wesentlich grössorer Geschwindigkeit verläuft als ein anaerober Prozess mit demselben Substrat. Das Auftreten eines Wirbels lässt sich zwar durch das Anbringen von Trennwänden an der Beckenwandung vermeiden, dies führt aber zu beträchtlichen Energieverlusten.

Es ist selbstverständlich möglich, die aeroben Prozesse durch Erniedrigung der Partialspannung von Sauerstoff in dem in Kontakt mit der Wasseroberfläche befindlichen Gas zu unterdrücken. Besonders bei grossen Reinigungsanlagen bringen die Zufuhr grosser Mengen des erforderlichen Inertgases, das luftdichte Verschliessen des Reinigungsbeckens und/oder andere Mittel zur Herabsetzung der Sauerstoffspannung hohe Kosten mit sich. Bekanntlich kann Wasser in tangentialer Weise am Rande eines runden Beckens eingeleitet werden, wodurch im Becken eine horizontale spiralige Strömung entsteht. Diese Ausfuhrungsform bedingt zur Schaltung der erforderlichen tangentialen Strömungsgeschwindigkeit einen relativ hohen Energieaufwand.

Die Erfindung verschafft nunmehr ein Verfahren, bei dem trotz der Tatsache, dass eine gute Suspension des mikrobiologischen Schlamms gewährleistet ist, keine Wirbelbildung auftritt, die Wasseroberfläche relativ klein L c-ibt und keine aufwendigen Mittel zur Erniedrigung der Sauerstoffspannung in eier Gasphase erforderlich sind, während der Energieaufwand gering ist.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur anaeroben mikrobiologischen Reinigung von Abwasser, das einem mikrobiologischen Schlamm enthaltenden rotationssymeetrischeri Reinigungsbecken tangential zugeleitet wird und zwar in der Weise, dass das Abwasser vorzugsweise unter dem Wasserspiegel durch ein oder mehrere Mittel zugeführt wird, von denen das am weitesten an der Aussenseite angeordnete Mittel sich in einer Entfernung vom Beckenrand befindet, welche das 0,5- bis 1-Fache der Wasserhöhe im Becken beträgt, welche Zuleitung mit solcher Geschwindxgkeit-erfolgt, dass die tangential gerichtete Strömungsgeschwindigkeit im Becken 0,05 - 2 m/sec beträgt und das mikrobiologischen Schlamm enthaltende Wasser nach einer bestimmten Verwoilzeit im Beckon über eine in oder nahe ander Mitte des Beckens befindliche Ausstrüraungsöffnung abgeführt wird.

Es wurde gefunden, dass es Strömungsgeschwindigkeiten gibt, bei denen der Schlamm seine Suspensionsform beibehält, während trotzdem im Becken eine gering-turbuloiito Strömung entsteht. Dio Abwesenheit einer überm'ässigen Turbulonzücwcgung hat zur Folge, dass die Aufnahmegeschwindigkeit von Sauerstoff aus.der Luft gering ist. Ausserdem ist bei einea geringturbulenten Strömungsmustcr dio Streuung in der Vorweilzeit des Wassers im Becken gering, so dass unter den jeweiligen Reaktionsbedingungen ein möglichst hoher

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Umsetzungsgrad erreichbar ist. Dies ist hier in Anbetracht der bei anaeroben Vorgangen zum Erreichen der gewünschten Umsetzung oftmals notwendigen langen Verweilzeit von grosser Bedeutung, weil diese lange Verweilzeit eine umfangreiche Anlage bedingt. Bei minimaler Streuung in der Verweilzeit wird die grosse kostspielige Anlage in bezug auf die bei einem bestimmten mittleren Umsetzungsgrad erforderlichen Durchsatzmenge optimal benutzt.

Wird die Zuführgeschwindigkeit des Abwassers zum Becken in der Weise eingestellt, dass die mittlere Rotationsgeschwindigkeit des Abwassers im Becken 0,05 - 2 m/s beträgt, so wird die gewünschte Kombination zwischen guter Schlammsuspension und Abwesenheit einer übermässigen Turbulenz erreicht. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sinkt der Schlamm zu Boden, bei höheren Geschwindigkeiten tritt eine starke Turbulenz und eine Zerstörung der Schlammmasse auf.

Die zur Beibehaltung der Schlammsuspension benötigte minimale Geschwindigkeit wird weiter noch durch die Art des Strömungsmusters bedingt. Bei einer mittleren tangentialen Geschwindigkeit unter 0,2 m/s besteht noch die Gefahr, dass der Schlamm bei bestimmten Strömungsmustern zu Boden ! inkt. Die Aufrechterhaltung einer Tangentialgeschwindigkeit über 1 m/sec erfordert einen hohen Energieaufwand, ohne dass hier deutliche Vorteile gegenüberstehen. Die Tangentialgeschwindigkeit im Becken liegt deshalb vorzugsweise zwischen 0,2 und 1 m/sec.

Die-an der Aussenseite liegenden Mittel' zur Tangentialzuleitung von Abwasser liegen erfindungsgoraäss nicht am Beckenrand, sondern einigermassen vom Rand entfernt und zwar auf einem Abstand, der das 0,5~ bis 1-Fache der Wasserhöhe im Becken beträgt. Hierdurch verringert sich dann unter Beibehaltung desselben Ergebnisses der erforderliche Energiebedarf.

Die in oder nahe an der Beckenmitte befindliche Abfuhröffnung wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass das zufliessende Wasser in tangentialer Richtung von ihr aufgenoamcn wird. Dies gewährleistet ein optimales Strömungsmustor im Becken, während ein Teil der Rotationsenergie zurückgewonnen.und zum Fortbewegen dos Wasser im Abzugsrohr benutzt werden kann. Eine schneckenhausförmige Abfuhr ist hier sehr zweckaässig.

Beim Ausführen des crfindungsgemässen Verfahrens stellt sich am Beckenboden stets eine gewisse Radialströmung ein. Diese führt im Becken zu einer oft ungowünscht starken Mischung, so dass die Streuung in der Verweilzeit des Abwassers vorgrössort wird. Dieser Radialströmung kann durch einen möglichst glatten Bockonbodon Einhalt getan werden, so dass die Reibung am Beckenboden minimalist. 409810/0920

Das Abwasser muss erfindungsgcm'äss nicht oberhalb des Flüssigkeitsspiegels dem Becken zugeführt werden, besonders wenn die Konzentration der Reaktionsteilnehmer im zufliessenden Abwasser Schwankungen unterliegt, sorgt eine Zufuhr unterhalb des FlUssigkeitsniveaus dafür, dass durch eine pufferendü Wirkung etwaige Schwankungen in der konzentration der Aufgabemasse beseitigt werden.

Sollte die Durchsatzmenge an frischem Abwasser so gering sein, dass auf die Wassormasso im Becken kein ausreichender Impuls übertragen wird, eier das Absinken der Schlammteilchen vermeiden soll, so kann diese Durchsatzmenge durch Mischung frischen Abwassers mit einem mehr oder weniger reinem Wasserstrom, z.B. einem Teil des schon gereinigten Abwassers, vergrbssert werden.

Zum Zuführen von mikrobiologischem Schlamm zum Becken werden vorzugsweise eine oder mehrere gesonderte Zuflussleitungon vorgesehen. In der (den) Zuflussleitung(en) für den zu behandelnden Wasserstrom herrscht oft eine hoho Geschwindigkeit und eine starke Turbulenz, wodurch der Schlamm zerstört werden kann. In den einzelnen Zuflussmitteln kann ein den Verhältnissen entsprechende niedrige Strömungsgeschwindigkeit verwendet werden.

Aus konstruktionstechnischen Gründen wird man manchmal statt eines runden Beckens ein Becken mit einem im waagerechten Schnitt regelmässigen Vieleck, also eigentlich ein Becken in Form eines geraden regelmässigen Prismas bevorzugen. Dies stösst aber auf deutlich erkennbare Nachteile hydrodynamischer Art. Ein Kompromiss kann ein Becken in Form eines geraden regelmässigen sechsseitigen Prismas sein, wobei ausserdem mehrere Becken zu einer wabenartigen Gebilde zusammengefügt werden können. Ein solches Gebilde wird als rotationssymmetrisch betrachtet.

Das crfindungsgcmässe Vorfahren findet einen wichtigen Anwendungsbereich bei der biologischen Entfernung von Nitrit- und Nitratstickstoff aus Abwasser mittels dissimilatorischen Denitrifizierung. Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren erreichbare geringe Streuung in der Verweilzeit des Wassers ist hier von zusätzlicher Bedeutung, weil im Falle einer starken Streuung der Vorweilzeit im abfliessondon Wasser eine ungewünschte Nitritbildung auftritt. Diese Erscheinung ist darauf zurückzuführen, -dass die biologische Reduktion von Nitrat zu Nitrit merklich rascher vorläuft als die von Nitrit zu molekularem Stickstoff. Bei starkor Streuung in der Vorweilzeit wird ein Teil des gerade gebildeten Nitrits sofort über das Abzugsrohr entfernt.

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Bei der erfindungsgcmässen Abwasserreinigung können Reaktionstemperatur, pH-wert, Druck, Konzentration der Reaktionsteilnehmer, Schlammbelastung, Verweilzeit des Abwassers und ähnliche Reaktionsparameter denen der bekannten Verfahren entsprechen. Welcher Wert für diese Parameter am zweckm'ässigsten ist, wird durch viele Faktoren bedingt. Sie können an dieser Stelle deshalb nicht genau angegeben, vom Experten aber auf einfache Weise ermittelt werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäss der Erfindung und Fig. 2 eine Draufsicht dieser Vorrichtung.

In den Figuren wird mit 1 das Becken, mit 2 eine Abdeckplatte und mit 3 das Niveau des Abwassers bezeichnet.

4 ist eine Abfuhrleitung mit zwei tangentialen Offnungen 5. 6 ist die Abwasser-Zufuhrleitung mit zwei tangentialen Offnungen 7. Figur 1 zeigt, dass die Öffnungen 7 sich unter dem Wasserspiegel befinden, und zwar in einiger Entfernung vom Beckenwand. Mit den Linien 8 wird angegeben, dass das Becken vieleckig ausgeführt werden kann.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels erläutert.

Beispiel

In ein überdachtes zylinderförmiges Becken mit einem Durchmesser von 1 m, in dem sich in einer Höhe von 0,15 m über dem Beckenboden eine wässerige Suspension von denitrifiziorende Mikroorganismen enthaltendem Schlamm befindet, wird kontinuierlich über eine Zuströmungsöffnung mit einem Durchmesser von 16 mm ein Gemisch aus einem auf noch näher zu bezeichnende Weise erhaltenen Rückführungswassor und frischem Abwasser eingebracht. Der Mittelpunkt dieser Einströmungsöffnung liegt 80 nun vom Beckenrand entfernt und befindet sich 105 mm über dem Boden des Beckens. Die Ausströmungsöflnung ist derart angeordnet, dass das Wasser dem Becken tangential zufliosst. Über eine axial im Becken befindliche schneckenhausförmige Abfuhr wird dem Becken Wasser entzogen, das in jeder Phase des Prozesses einer Reinigung unterzogen wird. Die gesamte Durchsatzmenge beträgt 1000 l/h. Das abfliessondo Wasser wird teilweise nach der Einströmungsöffnung des Beckens zurUckgewälzt und im übrigen abgelassen.

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Das so behandelte Wasser tritt in einen Klärteich ein, wo der Schlamm zum grössten Teil zu Boden sinkt. Ein Teil der Schlammmasse wird nach dem Becken zurückgeführt, so dass die Schlammkonzentration im Becken auf 7,3 g/l gehalten wird. Dor Rest des Schlamms wird abgeführt, wie auch das nunmehr schlammfreio Wasser.

Stündlich worden 14,8 1 frisches Abwasser verarbeitet, das 0,582 g/l organische Fremdstoffe (berechnet als chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), 0,024 g/l Nitratstickstoff, 0,007 g/l Nitritstickstoff und 0,037 g/l Ammoniakstickstoff enthält. Das abgeführte gereinigte Wasser enthält 0,388 g/l CSB, 0,033 g/l Ammoniakstickstoff, weniger als 0,001 g/l Nitratstickstoff und weniger als 0,001 g/l Nitritstickstoff, so dass während des Reinigungsvorgangs rd 95 % des Nitrit- und Nitratstickstoffs entfernt worden ist.

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Claims (3)

1. ?3A?199

   ' PATENTANSPRUCH IE

   erfahren zur anaeroben, mikrobiologischen Reinigung von Abwasser, das einem mikrobiologischen Schlamm enthaltenden rotationssymmetrischen Reinigungsbecken tangential zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser vorzugsweise unter dem Wasserspiegel durch ein oder mehrere Mittel zugeführt wird, von denen das am weitesten an der Aussenseito angeordnete Mittel sich in einer Entfernung vom Beckenrand befindet, welche das 0,5~ bis 1-Fache der Wasserhöhe im Becken beträgt, welche Zuleitung mit solcher Geschwindigkeit erfolgt, dass die tangential gerichtete Strömungsgeschwindigkeit im Becken 0,05~ bis 2 m/sec beträgt und das mikrobiologische Schlamm enthaltende Wasser nach einer bestimmten Verweilzeit im Becken über eine in oder nahe an der Mitte des Beckens befindliche Ausströmungsöffnung abgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Abwasser

   mit solcher Geschwindigkeit dom Bocken zuführt, dass die genannte Tangentialgeschwindigkeit im Bocken 0,05- bis 1 m/sec beträgt.
3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1~2, dadurch gekennzeichnet, dass von der in oder nahe an der Mitte dos Beckens befindlichen Öffnung· das abzu-

   ■ führende mikrobiologischen Schlamm enthaltende Wasser in tangentialor Richtung aufgenommen wird.

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