DE2362334B2

DE2362334B2 - Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser

Info

Publication number: DE2362334B2
Application number: DE2362334A
Authority: DE
Inventors: Jeremiah Patrick Casey; Pa. Macungie; Curtis Scranton Mcdowell; Marshall Louis Belle Mead N.J. Spector; Alan John Malvern Pa. Zupko
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1973-01-24
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1979-04-05
Also published as: NL181192B; BE809510A; FR2285346A1; JPS5047459A; CA1021076A; JPS5721399B2; ZA738884B; FR2285346B1; DE2362334A1; IT1004771B; NL7315787A; NL181192C; US3864246A; GB1414033A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser nach dem Belebungsverfahren mit wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Belüftungsstufen, bei dem zur Verhinderung des Wachstums einer fadenartigen Biomasse in der ersten Belüftungsstufe zugeführte Nährstoffmenge, rückgeführter Schlamm und Menge des gelösten Sauerstoffs in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt werden.

Bei Belebungsverfahren besteht das Problem, das Wachstum von Spezies mit großer Oberfläche und/oder von fadenartigen Spezies, z. B. von Sphaerotilus, die sich in der Kläreinheit nicht in ausreichendem Maße absetzen, in wirksamer Weise zu verhindern.

Ein anderer Nachteil einer fadenartigen Biomasse besteht darin, daß es nicht möglich ist, die Biomasse in ausreichendem Maße am Bodenteil der Kläreinheit zu <,o konzentrieren, so daß in bezug auf das Volumen des zufließenden Abwassers ein großes Rezyklisierungsvolumen aus der Kläreinheit erforderlich ist, was wiederum große Belüftungsbecken sowie Schiammrezyklisierungspumpen und -leitungen mit großem Fassungsvermögen erfordert.

Nachteilig ist ferner, daß einmal gebildete fadenartige Mikroorganismen nur schwierig auf schonende Weise entfernbar sind, da drastische Maßnahmen in der Regel auf die gesamte Biomasse einen nachteiligen Einfluß ausüben, und daß in jedem Falle unter Verwendung von aktiviertem Schlamm arbeitende Behandlungsanlagen längere Zeitspannen einer unbefriedigenden Verfahrensweise unterliegen.

Eine Modifikation dieses Grundverfahrens besteht darin, das zufließende Abwasser in verschiedene Abschnitte des Belüftungsbeckens einzuleiten, um den Sauerstoffbedarf zu verteilen. Andere Verfahren bestehen darin, die BSB-Belastung des Beckens zu vermindern bzw. durch Zugabe von Giften in selektiver Weise die Fäden mit hoher Oberfläche abzutöten. Gemäß einem weiteren Verfahren wird das System anaerob gemacht, um die fadenartige Biomasse abzutöten, welche sich weitgehend aus obligaten Aeroben zusammensetzt Keines dieser Verfahren ist jedoch völlig zufriedenstellend.

Aus der US-PS 35 47 813 sind bereits Verfahrensschritte zur Lösung des aufgezeigten Problems bekannt, doch finden sich dort keine Hinweise darauf, daß bestimmte Parameter in bestimmter Beziehung zueinander stehen müssen, und als nachteilig erweist sich bei bekannten Verfahren das Erfordernis, daß zur Erzielung reproduzierbarer Ergebnisse die Verwendung eines mindestens 50 VoL-% Sauerstoff enthaltenden Belüftungsgases rnerläßlich ist, was in der Praxis natürlich teuer und gefährlich ist und zeit- und kostenaufwendige Sicherheitsmaßnahmen erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines die Entwicklung fadenförmiger Biomasse verhindernden Belebtschlammverfahrens der eingangs genannten Art, das bei Erzielung des gleichen Effekts wie beim zuletzt oben angegebenen bekannten Verfahren auch mit Luft oder Gasen eines ähnlichen Sauerstoffgehalts durchführbar ist

Das die angegebene Aufgabe lösende erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Bedingungen in der ersten Belüftungsstufe derart steuert, daß in dieser das Verhältnis der löslichen Nahrung zu der aktiven Biomasse, bestimmt durch den Ausdruck F/M'a, wenigstens 4 beträgt, wobei F_s gleich dem 1,5fachen des Gewichts des löslichen BSB5, das pro Tag der gemischten Flüssigkeit zugeführt wird, ist, und M_a gleich der Menge an suspendierten flüchtigen Feststoffen (MLVSS) in der gemischten Flüssigkeit in dieser Stufe ist, multipliziert mit einem Aktivitätskoeffizienten, der bestimmt wird durch das Verhältnis der maximalen spezifischen Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit der flüchtigen suspendierten Feststoffe (VSS) unter Belüftung zu einer maximalen spezifischen Bezugssauerstoffaufnahmegeschwindigkeit bei gleicher Temperatur.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine aktive dichte Biomasse erzeugt wird, die eine minimale Sauerstoffmenge zur Entfernung des BSB erfordert und nichtfadenartige, sich schnell absetzende Mikroorganismen enthält.

Erfindungsgemäß wird in der Zone, in welcher das Abwasser in ein Belüftungsbecken eingeleitet wird, eine getrennte erste Belüftungsstufe oder deren hydraulisches Äquivalent vorgesehen, die sich nach der über Tracerversuche bestimmten Verweilzeitverteilung richtet (vgl. Levenspiel »Chemical Reaction Engineering«, John Wiley & Sons, New York, 1962, Seiten 242 bis 308), wobei ein ausreichend hohes Ausmaß an löslichem BSB und ein ausreichender Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufrecht erhalten werden. Anschließend wird die BSB enthaltende Flüssigkeit aus dieser Anfangsbe-

handlungsstufe bzw. ersten Belüftungsstufe ohne Zwischenklärung einer weiteren Belüftung in einer oder mehreren Stufen unterzogen, um den BSB, der weitgehend in oder auf der Biomasse absorbiert ist, zu assimilieren und zu oxydieren.

Die Bedingungen, welche die Erzeugung einer unerwünschten fadenartigen Biomasse mit großer Oberfläche begünstigen, sind

— Oberfluß an löslichem BSB in Gegenwart geringer Mengen an gelöstem Sauerstoff,

— Überfluß an gelöstem Sauerstoff in Gegenwart geringer Mengen an BSB und

— geringer Gehalt an BSB sowie geringer Gehalt an gelöstem Sauerstoff.

Umgekehrt begünstigen, was bisher noch nicht erkannt worden ist, Bedingungen, die sowohl einen Oberfluß an löslichem BSB als auch einen Oberfluß an gelöstem Sauerstoff aufrecht erhalten, diejenigen Mikroorganismen, die BSB schnell zu assimilieren und zu oxydieren vermögen und somit schneller wachsen. Zusätzlich zu hohen Assimilations- und Oxydationsgeschwindigkeiten zeichnen sich diese Mikroorganismen durch einen niedrigen Schlammvolumenindex (M ο h 1 m a η η) sowie eine hohe Zonenabsitzgeschwindigkeit (ZSV) aus. Erfindungsgemäß überwiegen daher die den BSB am wirksamsten assimilierenden und oxydierenden Spezies in der Biomassenpopulation.

Die BSB-Konzentration in der gemischten Flüssigkeit innerhalb eines Belüftungsbeckens läßt sich nicht in genauer Weise durch die BSB-Konzentration in der klaren Flüssigkeit allein beschreiben, da die wahre Konzentration in der gemischten Flüssigkeit den BSB einschließen muß, welcher auf den Zellwänden sowie innerhalb der Zellwände der Mikroorganismen absorbiert ist und sich auch frei in der Lösung befindet Es hat sich als möglich herausgestellt, die minimale BSB-Konzentration, die zur Vermeidung eines Wachstums von fadenartigen und/oder anderen Mikroorganismen mit großer Oberfläche in einer Anfangsmischflüssigkeitsphase erforderlich ist, als Kilogramm zugeführten BSB pro Tag pro Kilogramm Biomasse unter Belüftung in dieser ersten Mischflüssigkeitsstufe zu beschreiben, wobei es sich um eine modifizierte Form des bekannten F/M-Ausdruckes handelt. Dabei kommt den Begriffen »F« und »Λί« die nachfolgend angegebene Bedeutung zu.

Es wurde gefunden, daß die Anzahl der Kilogramm des gesamten löslichen BSB, der pro Tag zugeführt wird, ein geeignetes Maß für F ist. Dies steht in deutlichem Kontrast zu der Verwendung von BSB5, dem am häufigsten verwendeten Begriff, der jedoch sowohl löslichen als auch unlöslichen BSB umfaßt. Nur löslicher BSB wird zur Definition der erfindungsgemäß eingehaltenen Verfahrensbedingungen verwendet, da die Verweilzeit in dieser Ausgangsmischflüssigkeit zu kurz ist, um, sofern überhaupt, dem BSB eine Solubilisierung und damit eine Teilnahme an dem Nahrungsenergiekontingent in dieser Zone zu gestatten. Löslicher BSB5 gestattet keine vollständige Messung des löslichen BSB. Löslicher BSB20 ist ein besseres Maß, eine Bestimmung dieses Wertes ist jedoch zu zeitraubend für eine Durchführung in der Praxis. Eine im wesentlichen vollständige biologische Oxydation von organischen Materialien erfolgt während einer Zeitspanne von ungefähr 20 Tagen, wobei der Standard — 5 Tage BSB5 ungefähr zwei Dritteln des gesamten BSiB entspricht. Daher läßt sich eine annehmbare Näherung für den gesamten löslichen BSB in der Weise berechnen, daß der lösliche BSB5 mit einem Faktor von 1,5 multipliziert wird. Die Kilogramm an löslicher BSB₅-Beschickung pro Tag, multipliziert mit einem Faktor von IA werden dazu verwendet, den Wert F_s gemäß vorliegender Erfindung zu definieren. Zur Bestimmung des löslichen BSB wird das lösliche Material von den unlöslichen Bestandteilen durch Filtration durch ein 5 μ-Filier abgetrennt

Der Ausdruck »M« wird gewöhnlich als die Anzahl Kilogramm MLVSS (suspendierte flüchtige Feststoffe in der Mischflüssigkeit [mixed liquor volatile suspended solids]) unter Belüftung in einem gegebenen Volumen einer Mischflüssigkeit definiert Die MLVSS-Konzentration in einer gemischten Flüssigkeit wird nach Standardmethoden ermittelt Erfindungsgemäß wird der Begriff »At,« dazu verwendet die Kilogramm MLVSS unter Belüftung in einem gegebenen Volumen, multipliziert mit einem Aktivitätskoeffizienten λ, zu bestimmen. Der Begriff »Mg« beschreibt daher die MLVSS-Aktivität die sich an ein bestimmtes Abwasser akklimatisiert hat Der Aktivitätskoeffizient tx wird durch Messen der maximalen spezifischen Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit ausgedrückt als Milligramm Sauerstoff pro Gramm MLVSS pro Stunde, geteilt durch eine Vergleichsgeschwindigkeit, die in der gleichen Weise ausgedrückt wird, bestimmt, wobei auf die Figur hinzuweisen ist, in welcher eine Temperaturfunktion dieser Vergleichsgeschwindigkeit wiedergegeben ist.

jo Die maximale spezifische Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit wird experimentell in der Weise bestimmt, daß die BSB-Zugabe zu einer akklimatisierten Biomasse in Gegenwart eines Überschusses an gelöstem Sauerstoff so lange erhöht wird, bis die spezifische Aufnahmegeschwindigkeit nicht mehr mit zunehmender Zufuhr ansteigt. Das Verfahren der Bestimmung der Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit wird vielfach in der Literatur beschrieben. Typisch ist das Verfahren, das in dem Aufsatz »Dynamic Measurement of the Volumetrie Oxygen Transfer Coefficient in Fermentation Systems« von B. Bandyopadhyay und A.E. Humphrey beschrieben wird (veröffentlicht in »Biotechnology and Bioengineering«, Vol. IX, 1967, Seiten 533-544). Die experimentell beobachtete maximale spezifische Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit wird durch die maximale spezifische Vergleichs-Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit geteilt, die bei der entsprechenden Temperatur in der Figur abgelesen werden kann, so daß man zu dem Aktivitätskoeffizienten λ gelangt, der eine dimensionslose Zahl ist.

Der Aktivitätskoeffizient ist ferner ein Indikator für

die Aktivitätsänderung als Funktion einer Veränderung der Arbeitsbedingungen. Dies geht aus den folgenden Beispielen hervor. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle nachfolgend angegebenen Nahrungsmittel : Biomasse-Werte auf die Begriffe F_s und M₃, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, wobei F₁ das l,5fache des Gewichts der löslichen BSBs-Beschickung pro Tag anzeigt, und M_a den aktiven Anteil der

bo Biomasse wiedergibt, welcher durch Multiplizieren des MLVSS-Gewichts mit dem Aktivitätskoeffizienten α erhalten wird, der in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelt wird. Befolgt man die erfindungsgemäße Lehre und liegen keine toxischen Chemikalien in einem merklichen Ausmaß vor, dann nähert sich der Aktivitätskoeffizient λ dem Wert 1, während M₃ ungefähr gleich M wird.
Eine Richtlinie für die Auswahl der entsprechenden

aktiven MVLSS-Konzentration zur Behandlung der verschiedenen löslichen BSB-Konzentrationen eines Abwassers innerhalb einer Verweilzeit von nicht mehr als 2 Stunden ist beispielsweise der Tabelle 1 zu entnehmen. In dieser Tabelle ist die Verweilzeit in einer ersten Belüftungsstufe als eine Funktion des FsZM₁₁-Verhältnisses, das in dieser Stufe aufrecht erhalten wird, aufgezeigt. Die Bereiche der in dieser Tabelle zusammengefaßten Variablen dienen nur zur Abschätzung der zur Behandlung eines gegebenen Abwassers auszu- ι ο wählenden MVLSS-Menge und sollen die Erfindung nicht beschränken.

Tabelle 1

Rohzufiußverweiizeit*) (in Stunden) in der ersten Beiüflungsslufe als Funktion von FJM₀ in dieser Stufe, der löslichen BSB-Konzentration sowie der Konzentration an aktiven MLVSS

Wie aus der Tabelle I zu ersehen ist, erreicht ein MLVSS-Gehalt, der eine Rohzufiußverweiizeit in der ersten Belüftungsstufe von weniger als 0,3 Stunden erfordert, im allgemeinen einen Zustand einer tatsächlichen Atmung oder einer Pseudoatmung entsprechend einer Verweilzeit von 2 Stunden. Längere Verweilzeiten bei geringeren MLVSS-Werten liegen auch im Rahmen der Erfindung. Die dieser Tabelle zu entnehmenden Werte können auf andere Werte von löslichem BSB oder aktiven MLVSS interpoliert oder extrapoliert werden, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

1,5 x löslicher BSB₅
(ppm)

F_sIM_a 1. Stufe
3,8 5,7 7,6

3,8 5,7 7,6 3,8 5,7 7,6 3,8 5,7 7,6

MLVSS bei der
Standardaktivität**) (ppm)

1000 0,63 0,42 0,32 1,25 0,84 0,63 1,89 1,42 0,95 2,52 1,80 1,26

2000 0,32 0,21 0,16 0,63 0,42 0,32 0,95 0,71 0,47 1,26 0,84 0,63

3000 0,21 0,14 0,10 0,42 0,28 0,21 0,63 0,47 0,32 0,84 0,56 0,42

4000 0,16 0,11 0,08 0,32 0,21 0,16 0,47 0,32 0,24 0,63 0,42 0,32

5000 0,13 0,08 0,06 0,25 0,17 0,13 0,38 0,28 0,19 0,50 0,33 0,25

*) Die Zeitwerte in der Tabelle beziehen sich auf eine Null-Schlammrezyklisierung. Um die nominelle Verweilzeit für irgendeine volumetrische Schlammrezyklisierungsgeschwindigkeit R zu erhalten, müssen die Werte dieser Tabelle

mit dem Verhältnis multipliziert werden, wobei Q die volumetrische Abwasserzufließgeschwindigkeit ist.

**) Wie in der Figur definiert.

Bei der Durchführung der Erfindung in der Praxis kann die erste Belüftungsstufe in kleinere getrennte Zonen unterteilt werden. Die minimale Verweilzeit in einer ersten Belüftungsstufe ist auch dahingehend zu interpretieren, daß eine Vielzahl von kleineren Zonen umfaßt wird, vorausgesetzt, daß das Verhältnis F₅ZM₈ der gemischten Flüssigkeit in allen derartigen Zonen in die angegebenen Grenzen fällt Gegebenenfalls kann eine erste Belüftungsstufe an jeder Stelle innerhalb eines Belüftungsbeckens vorgesehen sein, an welchem zufließendes Abwasser zu Beginn eingeführt wird.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Überfluß an BSB in Gegenwart
von geringen Mengen an gelöstem Sauerstoff

Es wird ein aktiviertes Schlammsystem erzeugt in welchem ein nichtkorrigierter MLVSS-Gehalt von un-

45

50 gefähr 3000 ppm an ein Abwasser akklimatisiert wird, das dann in einem Fünfstufenbelüftungsbecken behandelt wird. Die erste und die zweite Mischflüssigkeitsstufen umfassen jeweils 4 Liter, während die letzten drei Mischflüssigkeitsstufen jeweils ein Volumen von 8 Litern aufweisen.

Die für einen jeden Versuch ausgewählten Arbeitsbedingungen sind in der Tabelle II zusammengefaßt Die Schlammeigenschaften gehen aus der Tabelle III hervor. Die Tabelle III zeigt auch vier Verhältnisse von löslicher Nahrung zu Biomasse (FZM). Das erfindungsgemäße Verhältnis beträgt dann in dem ersten Becken FsZM₁. Die anderen Werte werden angegeben, um den Unterschied zwischen dem Verhältnis Nahrung: Masse (F₁ZM₃)Zn erläutern, das zur Erklärung der Erfindung in der Praxis sowie anderer Methoden bezüglich des Ausdrückens von Verhältnissen Nahrungsmittel: Biomasse verwendet wird.

Tabelle Π	Arbeitsbedingungen	Nominelle	1,5 X Lösungs-BSBs-	Gramm pro	% entfernter	Temperatur	Schlammrezykli-
Versuch Nr.	MLVSS	Verweilzeit	Beschickung	Tag	BSB₅, fil		sierung, VoIu-
			Konzentration	96	trierter Ablauf, Basis		men-% des Zulaufs
		Std.	ppm	81		C
	ppm	2,29	312	93	96	19,3	8,3
	3200	2,18	295		94	20,2	15,9
1	3300	2.40	319		98	19,9	9,4
2	3100
3

Fortsetzung

Versuch Nr.

Arbeitsbedingungen

MLVSS Nominelle

Verweilzeit

ppm

Std.

1,5 x Lösungs-BSBs-Beschickung

Konzentration Gramm pro ppm ^TaB

% entfernter	Temperatur	Schlammrezykli
BSB₅, fil		sierung, VoIu-
trierter		men-% des
Ablauf, Basis	C	Zulaufs
98	19,9	10,8
84	20,0	9,5
96	20,0	8,6
95	20,0	12,1

3200	2,37
3500	2,30
2900	2,19
3000	2,10

297
650
370
310

198 118 100

Tabelle III

Schlammeigenschaften als Funktion des gelösten Sauerstoffgehaltes

Ver	Gelöster Sauerstoff	Faden	SVI,	FJM (M	1. Becken	F_sIM_a	1. Becken	Max.	Aktivi-	Versuchs
such	gehalt, ppm in jeder	artiges	Mohl-	ist nicht-		(M_a ist		Aktivität	tätskoeffi-	dauer,
Nr.	Stufe in der Reihen	Wachs	mann-	korrigiert	7,4	bezüglich	8,7	der	zient a	Tage
	folge der Stufen-Nr.	tum	Index	für α)	6,2	α einge	9,4	Biomasse
					7,5	stellt)	15	UgO₂IgI
				gesamt	6,9	gesamt	16	Std.
					14		41	MLVSS
1	10, 10, 10, 10, 10	keines	40	0,92		1,1		68	0,80	25
2	10, 10, 2, 2, 2	keines	40	0,78	10	1,2	26	62	0,66	29
3	5, 5, 5, 5, 5	keines	40	0,93	7,4	1,9	14	46	0,50	18
4	2, 2, 2, 2, 2	keines	55	0,87	2,0	40	0,43	31
5*)	2, 2, 2, 2, 2	anfang	60	1,8	5,3	30	0,34	8
		lich
6**)	2, 2, 2, 2, 2	ja	175	1,3	3,4	33	0,38	8
7	10, 10, 2, 2, 2	ja	250	1,0	1,9	45	0,52	23

*) Der zufließende BSB₅ steigt von 198 auf 433 ppm an.
**) Rückkehr zu einer normalen BSB₅-Beladung (198 ppm).

Der in der Tabelle III angegebene MLVSS-Aktivitätskoeffizient wird in der Weise erhalten, daß die maximale spezifische Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit, die in der Tabelle III angegeben ist, durch den Wert für die spezifische Vergleichs-Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit bei der entsprechenden Temperatur gemäß Figur dividiert wird. So beträgt beispielsweise bei 20° C der Vergleichswert 87 mg Sauerstoff pro Gramm MLVSS pro Stunde.

Aus der Tabelle III ist zu ersehen, daß der Aktivitätskoeffizient vermindert wird, wenn der gelöste Sauerstoffgehalt herabgesetzt wird, und erhöht wird, wenn der gelöste Sauerstoffgehalt ansteigt Wesentlich ist bei diesem Beispiel die Feststellung, daß eine Erhöhung des Mohlmann-Schlammvolumenindex (SVT) sowie der Einsatz einer Proliferation der fadenartigen Biomasse in der Weise gehemmt werden kann, daß bei einem gelösten Sauerstoffgehalt von 2 ppm gearbeitet wird, wenn das Verhältnis F₉ZM, des Ausgangsbeckens 41 beträgt (Versuch Nr. 5). Bei einem gelösten Sauerstoffgehalt von 2 ppm wird ein fadenartiges Wachstum dann nicht begünstigt, wenn das F₃ZAi₁-Verhältnis des Ausgangsbeckens 16 beträgt (Versuch Nr. 4). Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Gehalt an gelöstem Sauerstoff (DO-Gehalt) gemäß Versuch Nr. 5 nicht dazu ausreicht, den Sauerstoffbedarf bei idem hohen F₅ZMg-Verhältnis zu befriedigen, um das Einsetzen eines fadenartigen Mikroorganismenwachstums zu verhindern. Bei diesem hohen F₅ZM₁-Verhältnis (ungefähr 40) ist ein gelöster Sauerstoffgehalt von ungefähr 4 ppm minimal in der Anfangsbehandlungsstufe erforderlich. Als praktischer Leitfaden kann dienen, daß der minimale gelöste Sauerstoffgehalt (in ppm), der in der ersten Belüftungsstufe eingehalten werden sollte, numerisch nicht unterhalb dem 0,1 fachen des F₅ZM,-Verhältnisses in dieser Stufe sein sollte. Ein DO-Gehalt von wenigstens 2 ppm ist sogar bei niedrigen FJMt-Verhältnissen zu befürworten, um gegenüber einer plötzlichen Störung in dem System gesichert zu sein, die sonst nur schwierig oder überhaupt nicht beseitigt werden kann. Ein Arbeiten bei Fj/fcfj-Verhältnissen in der ersten Belüftungsstufe von mehr als 40 mit gelösten Sauerstoffwerten von mehr als 4 ppm ist erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen.
Aus der Tabelle III ist zu ersehen, daß der Aktivitätskoeffizient bei einer Herabsetzung des F₅ZAf„-Verhältnisses gemäß Versuch 6 zunimmt, wobei diese Zunahme noch stärker ist bei einer Erhöhung des gelösten Sauerstoffgehaltes gemäß Versuch 7. Dabei bleibt jedoch die Verseuchung durch eine fadenartige Biomasse während der zusätzlichen Zeitspanne von mehr als 1 Monat aufrecht erhalten, während welcher diese Versuche durchgeführt werden.
Diese Korrekturschwierigkeit zeigt die Bedeutung

der Aufrechterhaltung der Bedingungen zu Beginn, welche eine merkliche Verseuchung durch fadenartiges Wachstum ausschließen. Der Versuch 7 wurde nicht während einer ausreichenden Zeitspanne durchgeführt, um die gewünschten Schlammeigenschaften zu erzielen, allerdings ist der erzielte erhöhte Aktivitätskoeffizient ein Hinweis darauf, daß letztlich diese Eigenschaften erreicht werden. Eine derartige vollständige Erreichung der gewünschten Schlammeigenschaften wurde bei anderen Untersuchungen bezüglich der Durchführung der Erfindung beobachtet.

Beispiel 2

Überfluß an gelöstem Sauerstoff

in Gegenwart von geringen Mengen an

BSB — Nitrifizierungssystem

Zwei aktivierte Schlammeinheiten werden erzeugt. In doppelter Ausfertigung werden diese zwei Einheiten unter identischen Bedingungen verwendet. Es wird in der Weise verfahren, daß bei der Flüssigkeitsstufe jeweils fünf Stufen vorgesehen sind. Die ersten vier Stufen machen jeweils We und die fünfte Stufe '/3 des Gesamtvolumens aus (Ve, Ve, Ve, Ve, 1/3). Die MLVSS-Werte werden in beiden Systemen bei ungefähr 2500 ppm gehalten, während der Aktivitätskoeffizient bei 20° C 0,8 beträgt Das Gesamtverhältnis F₅ZMa, ausschließlich des Ammoniakoxydationsbedarfs, beträgt ungefähr 0,85, während das F₅ZMa-Verhältnis in der ersten Belüftungsstufe ungefähr 5,2 beträgt.

Beide Systeme werden bei 20° C in einer Weise betrieben, die eine über 90%ige Entfernung von BSB₅ (löslich plus unlöslich) sowie eine über 90%ige Oxydation unter Assimilation des Ammoniaks bewirkt. Der lösliche BSBs wird in einer Menge von ungefähr 190 ppm und der Ammoniak in einer Menge von ungefähr 50 ppm eingeführt Der Sauerstoffgehalt in den Ausgangsstufen beider Einheiten wird bei 10 ppm gehalten, d. h. bei einem Gehalt, der hoch genug ist, um einen starken Überschuß an gelöstem Sauerstoff zu gewährleisten.

Um die Wirkung der Veränderung des Verhältnisses von F₅ZM₁ in der ersten Belüftungsstufe zu zeigen, wobei das Gesamtverhältnis F₅ZIVl₁ konstant gehalten wird, werden die zwei Einheiten in einer solchen Weise modifiziert, daß die erste Einheit in der Weise verändert wird, daß sie ungefähr Vi 2 des Gesamtvolumens der ersten Belüftungsstufe enthält, während ¹A des Gesamtvolumens sich in der zweiten Stufe befindet und sich der Rest wie vorstehend verteilt ('/12, V12,²/i2,²/i2, V12). Die zweite Einheit wird in der Weise modifiziert, daß sie 1/3 des Gesamtvolumens in der ersten Stufe enthält Die letzten drei Stufen werden in der vorstehend beschriebenen Weise gefahren (²/β, </β_; '/β, ²Ze). Die unmittelbare Wirkung dieser Anordnung besteht darin, das Verhältnis F₅ZMa der ersten Stufe der ersten Einheit auf ungefähr 10 zu erhöhen und das F₅ZMa-Verhältnis der ersten Stufe der zweiten Einheit auf ungefähr 21/2 herabzusetzen. Das Gesamtverhältnis F₅ZMa wird unverändert für beide Systeme auf 0,85 gehalten.

Die erste Einheit mit einem erhöhten Verhältnis F₅ZMa in der ersten Belüftungsstufe arbeitet wie zuvor beschrieben ohne merkliche Veränderung weder des Schlammvolumenindex noch der Zonenabsetzgeschwindigkeit, die bei ungefähr 90 SVI bzw. 1,50 bis 3,00 m pro Stunde ZSV (Zonenabsetzgeschwindigkeit) liegen. Der Aktivitätskoeffizient steigt auf 1,3.

Die zweite Einheit mit vermindertem Verhältnis F₅ZMa in der ersten Belüftungsstufe entwickelt eine schlecht absitzende Biomassenpopulation innerhalb von

! 5 5 Tagen. Der SVI-Wert steigt auf über 200 an, während der ZSV-Wert auf weniger als 0,75 m pro Stunde abnimmt. Der SVI-Wert steigt auf über 300 am 6. Tag an. Der Aktivitätskoeffizient nimmt bis auf 0,7 ab.

Dieses Beispiel zeigt, daß ein System mit aktiviertem Schlamm in wirksamer Weise Ammoniak zu oxydieren und BSB zu entfernen vermag, wobei gleichzeitig ein schnell absitzender dichter Schlamm erzeugt wird, wenn das Verhältnis F₅ZM₁ in der Anfangsbelüftungszone bis zu 5 beträgt. Umgekehrt werden die Schlammeigenschäften bei einem Verhältnis F₅ZM₁ von 2'/2 in einer Anfangsbelüftungszone trotz einer ausreichend hohen Menge an gelöstem Sauerstoff (DO) nicht mehr annehmbar. Dieses Beispiel zeigt die Bedeutung des Verhältnisses F₅ZM₁ in einer ersten Belüftungsstufe, und zwar im Gegensatz zu dem F₅ZM₁-Verhältnis in dem ganzen Belüftungsbecken.

Beispiel 3

Überfluß an gelöstem Sauerstoff

in Gegenwart von geringen Mengen an löslichem
BSB — Nichtnitrifizierungssystem bei 14° C

Es wird eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei deren Ausführung ein Abwasser, das löslichen BSB enthält in einem aktivierten Schlammsystem bei einer nominellen Verweilzeit von 1,6 Stunden (gesamtes Fließen) bei ungefähr 14° C behandelt wird. Die Menge an gelöstem Sauerstoff wird bei ungefähr 10 ppm in allen Stufen sowie bei allen Versuchen gehalten. Die MLVSS werden konstant bei ungefähr 3000 ppm gehalten, während das Gesamtverhältnis F₅ZM₁ zwischen 1,4 und 2,0 liegt Das Verhältnis F₅ZM₁ in der ersten Belüftungsstufe wird in der Weise vermindert, daß die Gesamtzahl der gleichen Flüssigkeitsstufen von 10 auf 5, auf 2 und schließlich auf 1 vermindert wird. Die Nettowirkung besteht darin, das Verhältnis F₅ZM₁ in der ersten Belüftungsstufe von 14 auf 8,3, auf 3,8 sowie auf 2,3 herabzusetzen. Die nominelle Verweilzeit in der ersten Belüftungsstufe wird gleichzeitig von 0,16 auf 032, auf 0,81 sowie auf 1,6 Stunden erhöht

Tabelle IV

Wirkungen der Veränderung dler Anzahl	der Belüftungsstufen	28	25	14
Versuchsdauer (Tage)'"	22	5	2	1
Anzahl der Belüftungsstufen	10	3230	3002	3131
MLVSS (mg/1)	3023	358	363	357
Filtrierter Zulauf	316
1,5 X löslicher BSB₅ (mg/1)

Fortsetzung

Wirkungen der Veränderung der Anzahl der Belüftungsstufen

Filtrierter Ablauf (mg/I)
Gesamtverweilzeit (Std.)
Rezyklisierung, % des Zulaufs
F_s/M_a, 1. Stufe
F_s/M_a, gesamt

% in dem Klärbecken entfernter
BSB₅

% entfernter BSB₅ bei 100%
Wirkungsgrad des Klärbeckens
SVI (ml/g TTS) Start bis zum Ende
ZSV (m/Std.) Start bis zum Ende
O2/BSB5 entfernt, Gewicht/Gewicht

VSS-Schlamm in der Rezyklisierung (mg/1)

Temperatur, ⁰C

Maximale Sauerstoffaufnahme

mgO₂/g MLVSS/Std.

Aktivitätskoeffizient

3,9	5,4	4,3	8,8
1,61	1,61	1,63	1,60
13,9	12,7	11,5	20,1
14	8,3	3,8	2,3
1,38	1,7	2,0	2,3
96	95	95	93
99	98	99	98
52 bis 60	51 bis 53	53 bis 90	90 bis 220
4,5 bis 4,5	4,5 bis 5,7	5,7 bis 1,8	1,8 bis 1,2
0,58	0,64	0,63	0,70
00	28 200	29 200	18 900
13,6	13,7	1,0	13,3
44	40	41	27

1,0

0,91

0,84

0,63

Die Betriebsdaten sowie die Schlammeigenschaften für diese Bedingungen sind in der Tabelle IV zusammengefaßt. Es ist festzustellen, daß der Aktivitätskoeffizient 1,0 bei dem höchsten Fs/M_a-Verhältnis in der ersten Belüftungsstufe beträgt und regelmäßig abnimmt, wenn das Fj/Ma-Verhältnis der Anfangsstufe herabgesetzt wird.

Die Anzahl der Gramm Sauerstoff, die zur Bewirkung der Entfernung von 1 g BSB5 erforderlich sind, nimmt zu, wenn das Verhältnis F₅ZMa in der ersten Belüftungsstufe herabgesetzt wird. Das Ausmaß des erhöhten Sauerstoffverbrauchs sinkt bei einer Verminderung des Fs/Ma-Verhältnisses in der Ausgangsstufe von 14 auf 2,3, von 0,58 g Sauerstoff pro g entferntem BSB₅ auf 0,7 g Sauerstoff pro Gramm entferntem BSB₅. Diese 20%ige Erhöhung des Sauerstoffbedarfs ist unerwartet und bedeutet einen Nachteil bezüglich der Sauerstoffübertragungsenergie für das Einstufensystem.

Der Hauptvorteil bei einem Fahren mit einem hohen Fs/Ma-Verhältnis in der ersten Belüftungsstufe in diesen Systemen geht aus den überlegenen Schlammeigenschaften hervor, wobei außerdem ein fadenartiges oder schlecht absitzendes Wachstum vermieden wird. Bei den Versuchen, bei deren Ausführung das Anfangsverhältnis Fs/Ma 8,0 und 15,1 beträgt, liegt der SVI-Wert zwischen 50 und 60, während die Zonenabsetzgeschwindigkeit in bemerkenswerter Weise 4,5 m pro Stunde beträgt

Der Beginn eines schlecht absitzenden fadenartigen Wachstums erfolgt nach ungefähr 20tägigem Betrieb mit dem Zweistufensystem, wobei das FsZM₃-Verhältnis in der ersten Belüftungsstufe auf 3,8 vermindert ist Die nachteiligen Wirkungen der fadenartigen Biomasse gehen aus einer Erhöhung des SVI-Wertes von 50 auf 90 sowie aus einer Verminderung der Zonenabsetzgeschwindigkeit von 5,7 auf 1,8 m pro Stunde hervor. Daher kann das minimale ii/Ai,-Verhältnis einer ersten Belüftungsstufe auf etwas mehr als 3,8 eingestellt werden, wobei ein Wert von 4,0 als minimal angesehen wird. Bei einem iVA^-Verhältnis von 2ß bei

einer Einstufenarbeitsweise werden die Schlammeigenschaften noch weiter verschlechtert.

Arbeitsweise mit einem Stadtabwasser
Beispiel 4

Die Zusammenfassung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Arbeitsweise unter Verwendung von Stadtabwasser geht aus Tabelle V hervor. Das Belüftungsbecken dieses Systems wird in sechs Belüftungsstufen eingeteilt, die Vs, Ve, Ve, Ve, ²/e und Ve des Gesamtvolumens ausmachen.

Das System ist im wesentlichen frei von fadenartigem Wachstum und zeigt ausgezeichnete Schlammabsetzeigenschaften, wie aus den geringen SVI- sowie den hohen ZSV-Werten sowie dem niedrigen Schlammrezyklisierungsvolumen hervorgeht. Eine endogene Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit von 19 mg pro g MLVSS wird in 1,34 Stunden gemäß diesem Beispiel erzielt.

Tabelle V

Beispiel einer Arbeitsweise mit Stadtabwasser

MLVSS-Belüftungsbecken (mg/1) 1715

MLSS-Rezyklisierungsschlamm (mg/1) 22 200

BSBj-Zulauf, nichtfiltriert (mg/I) 120

BSB₅-Zulauf, filtriert (mg/1) 64

Gesamte suspendierte Feststoffe in dem 153
Zulauf (mg/1)

Nominelle Verweilzeit in dem Belüftungs- 1,34
becken (Stunden)

Nominelle Verweilzeit in der ersten 0,17

Belüftungsstufe (Stunden)

Rezyklisieruiigsvolumen, % des Zulaufs 8,9

F₁ZM₁, - erste Belüftungsstufe 4,6

F_s/M„ - gesamtes Belüftungsbecken 0,57

BSBj-Ablauf, nichtfiltriert (mg/1) 22

ESBs-Ablauf, filtriert (mg/I)
% entfernter BSB₅, pjchtfiltrierter Zulauf minus filtriertem Ablauf Temperatur, C

Maximale Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit, mg SauerstofT/g MLVSS/Stunde Aktivitätskoeffizient (a)
Verbrauchter Sauerstoff/1,5 BSB₅, lösliche Bestandteile entfernt,
Gewicht/Gewicht
Verbrauchter Sauerstoff/BSB_S,
gesamt entfernt, Gewicht/Gewicht SVI (ml/g MLVSS)
ZSV (m/Stunde)

8,5 93

19,5 75

0,9 1,0

0,8

45 6,3

Die Durchführung der Erfindung in der Praxis erfordert keine speziellen Einrichtungen zur Einbringung von Sauerstoff in die gemischte Flüssigkeit aus BSB-enthaltendem Abwasser und rezyklisiertem aktivierten Schlamm. So kann man die üblichen Einrichtungen zum Einführen des Sauerstoff-enthaitenden Gases und zum .Vermischen desselben mit der Flüssigkeii verwenden, beispielsweise Diffusoren oder Verteiler, die unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angebracht sind, wobei gegebenenfalls mechanische Hilfsumlauf- und -rühreinrichtungen vorgesehen sind. Man kann ferner auch Oberflächenbelüfter verwenden.

ίο Übersteigt die Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit in einer Behandlungszone das Fassungsvermögen, um Sauerstoff unter Verwendung von atmosphärischer Luft zu übertragen, dann kann die Luft mit reinem Sauerstoff ergänzt oder angereichert werden. Beispielsweise kann zur Befriedigung des Sauerstoffbedarfs einer gemischten Flüssigkeit mit einer Gesamtsauerstoffaufnahmegeschwindigkeit von mehr als 100 mg/1/Stunde ein Sauerstoff-angereichertes Belüftungsgas (mehr als 21 VoIumen-% O2) verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser nach dem Belebungsverfahren mit wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Belüftungsstufen, bei dem zur Verhinderung des Wachstums einer fadenartigen Biomasse in der ersten Belüftungsstufe zugeführte Nährstoffmenge, rückgeführter Schlamm und Menge des gelösten Sauerstoffs in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bedingungen in der ersten Belüftungsstufe derart steuert, daß in dieser das Verhältnis der löslichen Nahrung zu der aktiven Biomasse, bestimmt durch is den Ausdruck F₁ZM* wenigstens 4 beträgt, wobei F_s gleich dem l,5fachen des Gewichts des löslichen BSBs, das pro Tag der gemischten Flüssigkeit zugeführt wird, ist, und Af₁ gleich der Menge an suspendierten flüchtigen Feststoffen (MLVSS) in der gemischten Flüssigkeit in dieser Stufe ist, multipliziert mit einem Aktivitätskoeffizienten, der bestimmt wird durch das Verhältnis der maximalen spezifischen Sauerstoffaufnahmegeschwindigkeit der flüchtigen suspendierten Feststoffe (VSS) unter Belüftung zu einer maximalen spezifischen Bezugssauerstoffaufnahmegeschwindigkeit bei gleicher Temperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Belüftungsstufe der χι Gehalt an gelöstem Sauerstoff mindestens 2 ppm oder '/ίο des numerischen Wertes des Verhältnisses FsZM₁ beträgt, je nachdem welcher Wert größer ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Fs/M, in der ersten Belüftungsstufe wenigstens 8 beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftung unte<" Verwendung eines BelUftungsgases mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 21 Volum-% durchgeführt wird.