DE2407008B2 - Verfahren zur biologischen Entfernung von organischem Kohlenstoff aus Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein biologisches Verfahren zum Entfernen von organischen Kohlenstoff aus Abwasser nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Aus der DE-OS 14 59 449 ist ein Verfahren dieser Art bekannt. Das zu reinigende Abwasser wird hierbei im Aufwärtsstrom in einer Säule über einen biologischen Rasen geleitet. Der Bewuchsträger besteht aus grobstückigem Füllmaterial, wie Lavaschlacken. Der zur Reduzierung des biochemischen Sauerstoffbedarfs benötigte Sauerstoff wird bei dem bekannten Verfahren zugeführt. Eine Durchwirbelung der den biologischen Rasen bildenden Teilchen findet bei diesem Verfahren jedoch nicht statt, weshalb kein Maximum an Bewuchsfläche für den Bakterienbewuchs geschaffen wird. Die Durchflußgeschwindigkeit bei dem bekannten Verfahren ist immer noch verhältnismäßig gering, und deshalb werden längere Verweilzeiten benötigt.

In der nicht vorveröffentlichten DE-AS 23 31 192 der Anmelderin ist bereits ein Verfahren der Abwasserbehandlung beschrieben worden, bei dem bei hohen Durchflußgeschwindigkeiten nur sehr geringe Verweilzeiten benötigt werden. Dieses Verfahren betrifft iedoch die biologische Denitrifikation von Abwasser mit Mikroorganismen, die für die Denitrifikation geeignet sind. Es ist ein anaerobes Verfahren und mithin g:iiiungsfremd.

'Jer Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten, bekannten Art zu schaffen, bei dem die Durchflußgeschwindigkeit gesteigert und der erwünschte notwendige Reinigungseffekt bei verminderten Verweilzeiten des Abwassers erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Der verwendete Begriff »fluidisiertes Beit«, auch als »Wirbelbett« bezeichnet, bezieht sich auf den aufwärtsjerichteten Fluß einer Flüssigkeit durch ein Bett aus Partikeln zweckmäßiger Größe mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit, um die Partikel schwebend zu halten, bzw. dem Einfluß der Schwerkraft entgegenzuwirken, und den Partikeln im Bett eine Bewegung aufzuzwingen.

Beim Hindurchleiten von Abwasser, das organischen Kohlenstoff enthält, durch das Wirbelbett, wird das bakterielle Wachstum auf den Teilchen beschleunigt. Die Verwendung eines Wirbelbettes zur biologischen Behandlung ermöglicht auch eine Behandlung von Abwasser, das wesentliche Mengen an suspendierter Materie enthält. Auch diese suspendierte oder in Schwebe gehaltene Materie gelangt ohne weiteres durch das Wirbelbett. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die durch das Wirbelsystem erzielte gute Abbauleisiung bei unerwartet hohen Durchflußraten. Im allgemeinen reicht für eine vergleichbar gute Reinigung des Abwassers eine Aufcnthaltszcit von unter 30 Minuten, meistens jedoch weniger als 15 Minuten, in der Säule aus.

In der Vergangenheit wurden versuchsweise Aufsirom-Expansionsbcttc verwendet, die unter anaeroben Bedingungen arbeiten und Aktivkohle zur Absorption enthalten. Solche Absorptionsverfahren mit fixpansionsbetten haben sich nicht als zufriedenstellend oder zuverlässig bei Wasserrcinigupgssystcmcn großen Maßstabs erwiesen. Die Systeme erforderten ein häufiges Durchspülen, da die Poren in der Aktivkohle relativ schnell durch Verunreinigungen verstopft wurden. In Expansionsbetten werden im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren die Teilchen nicht in einem ständigen Schwebezustand und in ständiger Bewegung gehalten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. Das Abwasser A wird in den unteren Teil einer zylindrischen Säule B über einen Verteiler C am Boden der Säule eingeführt. Die mit Mikroorganismen bepflanzten Bettpartikcl werden fluidisiert, indem das Abwasser so durch die Säule geleitet wird, daß sich ein Wirbelbett D bildet. Eine Zwischenhöhe der Säule ist mit /angedeutet. Das behandelte Abwasser ffwird von der Säule nach Hindurchlaufen durch das Wirbelbett abgezogen. Bestimmte Mengen des Abflusses werden, falls notwendig, zu dem einfließenden Abwasser zurückgeleitet, um erstens das Wachstum der Mikroorganismen auf den Partikeln durch Impfung zu fördern, zweitens einen gleichmäßigen Durchfluß aufrechtzuerhalten, wenn der Zufluß abnimmt, drittens die Konzentration an BSB im Bett zu verdünnen und damit gegebenenfalls eine gleichmäßige Konzentration des zu

behandelnden Substrats zu schaffen und/oder viertens, um eine zusätzliche Entfernung von im Abfluß verbleibendem BSB zu ermöglichen. Sauerstoff, ζ Β. reiner Sauerstoff oder Luft, wird über eine Sauerstoffquelle Gdem einfließenden Abwasser zudosiert.

Der Sauerstoff kann in die Kammer /, wie dargestellt, oder direkt in das fluidisierte Bett injiziert werden. Um die Lösung von relativ großen Mengen an Sauerstoff im Abwasser zu erleichtern, kann das System unter Druck gesetzt werden. Darüber hinaus kann entweichendes Gas zurückgeführt werden. Ferner kann die Sauerstoffeindosierung in Abhängigkeit von dem Signal eines Sauersioffanalysegerätes vorgenommen werden.

Während der Behandlung wird das bakterielle Wachstum auf den Partikeln als Funktion der Bettausdehnung durch eine konventionelle optische Einrichtung oder eine andere Art eines Feststoff sensors H überwacht. Sobald die Bettaiisdehnurig eine vorbesiimmte Höhe erreicht und damit der Sensor oder die Einrichtung aktiviert wird, werden die Bettpartikel durch Scheuerwirkung oder dergleichen regeneriert, d. h. ein übermäßiges Wachstum beseitigt. Ein mechanischer flexibler Rührer K ist vorzugsweise ain oberen Ende der Säule zur Entfernung des übermäßigen Wachstums vorgesehen. Der Rührer ist aus einem flexiblen Stück synthetischem Kunststoff, wie beispielsweise aus einem Polyäthylenrohr, gebildet. Andere konventionelle flexible Materialien, die dem Einfluß von durchgehendem Abwasser standzuhalten vermögen, können anstelle des Polyäthylenrohres vorgesehen werden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel I

Um die Brauchbarkeit eines Wirbelbettcs zur Behandlung von wesentlichen Mengen an organischen Kohlens'off enthaltendem Abwasser bei höheren Durchflußraicn zu demonstrieren, wurde ein biologischer Reaktor gebaut. Der Reaktor wurde aus einer Säule aus Polymethylmethacrylat gebildet. Die Säule hatte eine Höhe von 3,7 m und einen Innendurchmesser von 7,62 cm. Das Wasser gelangte in die Säule über eine öffnung von 2,54 cm Durchmesser, die an der Säulenseite nahe dem Boden angebracht war. Die Säule enthielt 2,75 m Aktivkohle von 0,6 bis 1,7 mm Durchmesser, die mit heterotrophen Bakterien, wie sie bei gewöhnlichem Abwasser vorliegen, bepflanzt war.

Ein synthetisch bereitetes Abwasser wurde benutzt. Die Zuführung enthielt Leitungswasser und organischen Kohlenstoff in Form von Methanol oder Rohr/ucker. Häufig wurde eine wäßrige Mischung von Methanol und Rohrzucker kontinuierlich in die Säule als Zuführung eingegeben. Der Reaktor wurde eine längere Zeitdauer in Betrieb gehalten und schaffte ein ausreichendes biologisches Wachstum. Im allgemeinen betrug die Entfernungswirksamkeit für die einzeme Säule etwa 30 bis 78% organischem Kohlenstoff (berechnet als Kohlenstoff Sauerstoffbedarf [KSB]). Die einfließenden KSB-Konzentrationen für den Versr.a variierten von etwa 58 bis 555 mg/l.

Während der unten in Tabellenform wiedergegebenen Versuchsläufe (Läufe 1, 3 und 4) wurde eine Durchflußrate von 592 l/min/m² Bett gemessen. Im zweiten Lauf betrug die Durchflußrate 608 l/min/m-Bett. Die Temperatur des Bettes betrug 21⁰C. Die 4 Versuchsläufe sind in der Tabelle wiedergegeben. Sie wurden in täglichen Intervallen durchgeführt. In der Tabelle ist die Konzentration an KSB in mg/1 angegeben. Sowohl die einfließende Menge als auch der Abfluß wurden mittels konventioneller Einrichtungen hinsichtlich der Konzentration an KSB gemessen. Der Sauerstoff wurde in das Zuführtingssystem unter Verwendung einer Fermentierturbine, wie nachfolgend beschrieben, zudosiert. Die Konzentration an gelöstem Sauerstoff (G.S.) ist in mg/1 für die einfließfinde Menge, sofern verfügbar, angegeben.

la be Il e	(icliislcr SiiucrslolT	KSH ηιμ/Ι	AhIl U Il	beseitigter KSH	Wirkungs grad
I .IUl	ηιμ/Ι	/iilliil!	12	46
	I.V.	58	M)	KW	80%
I		148	.1S	125	737,1
ι		IMI	WS	IW)	78"/,
t	38 S	SSS			29%
I

Die hohe Rate an Kohlenstoffenlfernung bei den beträchtlichen Durchflußraten veranschaulicht die Wirksamkeit der Kohlcnstoffentfernung mit einem Wirbelbett. Während des Versuchs wurde das biologische Wachstum durch kontinuierliche Entfernung desselben mittels eines rotierenden flexiblen Rührers aus Polyäthylen konstant gehalten. Eine Entfernung von 63% KSB wurde auch dann erhalten, wenn im Zufluß 200 mg/l KSB enthalten waren.

Beispiel Il

Zur weiteren Verdeutlichung der Wirksamkeit des vorliegenden Verfahrens wurde natürliches Abwasser kontinuierlich der Säule nach Reisciicl I anstelle des synthetischen Abwassers zudosiert. Beim Abwasser handelte es sich um wcrksmäßig abgesetzte:. Abwasser von den Yonkcrs, New York, Sewage Treatment Sct/behältern. D'e Flußrate in der Säule betrug 592 l/min/m² Bett. Das Abwasser wurde in die Säule 10 Stunden lang eingegeben. Der Sauerstoff wurde in die Zuführung in dem nachfolgenden Ausmaß eindosiert und als gelöster Sauerstoff (G.S.) in der Zuführung in mg/1 gemessen. Der Zu- und Abfluß der SiIuIe wurde in konventioneller Weise wie bei Beispiel I hinsichtlich des KSB untersuch:. Die Läufe wurden in entsprechender Weise wie bei Beispiel I durchgeführt. Die nachfolgende Tabelle umfaßt die Versuchscrgcbnissc:

I ahell,·	(iclmk-r	KSH ιημ/Ι	NbIIuIl	besen.	Wirkung	Ha KSIl	?ϊ,.
I .ml	S.uiL-iMnll		I.VS	V)	μι.κ!	2(Γ,
	iiiu/l	/ulliiH	2(Hl	51	4
		177	274	I)
I	MJ	251	I.V	III
ι	VK?	2Si
1	■1(1.4	14.'
4

Der Wirkungsgrad der cm/einen Säule kann, falls erwünscht, dadurch gesteigert werden, dall man entweder den Abfluß durch die alleinige Säule re/irkulicren läßt oder eine Batterie von Säulen vorsieht, wobei jede Säule vom Abfluß der vorherigen gespeist wird. Die Aulcnthalts/eit lür die eingegebenen Abwassermengen innerhalb einer Säule wurde zu etwa ■) Minuten berechnet. Folglich können Mehrfach-I.äufc wesentlich die Wirksamkeit der Fntferniing erhöhen und im Vergleich zur konventionellen Behandlung dennoch eine beschleunigte behandlung schaffen. Das Verfahren war sogar auch dann wirksam, wenn die anhaftenden Organismen im Den nicht an das abgeset/te Abwasser aklimatisicrt wurden.

Fs können zahlreiche Modifikationen des Verfahrens vorgenommen werden. Fs können sauerstoffhaliige Oase, wie Lull, vl"wendet werden, um einen zusätzlichen Fluß zu erhalten, der notwendig ist. uiv die Fxpansion ties Bettes zu erhöhen. Falls gewünscht, kann eine Hilfsmischausrüstung oder eine pulsierende oder mit Ultraschall arbeitende Ausrüstung vorgesehen werden, um die notwendige l'arlikelbewegung und/oder Abscheidung von Gasblasen vom Träger innerhalb ties Bettes oder in dem frei zugänglichen Volumen aufrechtzuerhalten, sofern dies notwendig sein St)IhC.

IUr die Neigung der Agglomeration der Partikel zu verringern und ein verbessertes Mischen innerhalb ties Detles zu schaffen, kann der Reaktor in einer Anzahl von vertikalen Abteilen mit geringer Querschnitlsah messung unterteilt werden. Dei erhöhten Durchflußra ten von wenigstens etwa ^r>42 l/min/m- wird das Abwasser durch die Wände innerhalb der Säule abgebremst. Dies erzeugt eine Zirkulation und Mischung tier Mettparlikel. Die Partikel neigen zum AbsUAcii an der Wand und zum Ansteigen in tier Mute des vertikalen Rohres. Falls erwünscht, kann eine weitere Unterteilung ties Reaktors dadurch \orgenommen werden, d;iß man gekräuselte und/oder flache Kunststoffbleche vorsieht.

lietzii I Hl.itl Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur biologischen Entfernung von organischem Kohlenstoff aus Abwasser, bei dem das zu reinigende Abwasser in zumindest einem senkrechten, säulenartigen Behälter von unten nach oben durch ein Bett, das aus festen Teilchen mit einem spezifischen Gewicht von mindestens 1,1 besteht, an denen ein Bewuchs aus Mikroorganismen haftet, hindurchgeführt wird, bei dem des weiteren Sauerstoff für die Mikroorganismen zur Reduzierung des biochemischen Sauerstoffbedarfs zugegeben wird, und überschüssiges Wachstum während des Prozesses entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem säulenartigen Behälter aus dem Abwasser und den festen, mit Bakterienbewuchs versehenen, eine Größe von etwa 0,2 bis 3 mm aufweisenden Teilchen ein fluidisiertes Bett erzeugt, indem man das Abwasser mit einer Durchflußrate von 236 bis ! 573 !/min/rn- durch das Bett hindurchleitet, daß die Teilchen im ständigen Schwebezustand gehalten sind und eine ständige Bewegung innerhalb des Bettes erfahren.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser wenigstens etwa 50 mg/1 an organischem Kohlenstoff enthält, die Durchflußratc 316 bis 985 l/min/m² Bett beträgt, wenigstens etwa 0,! bis 1,5 mg Suucrsioff/mg biochemischen Sauerstoffbedarf in das Abwasser im Bett cinclosiert werden, un.' man mechanisch ein übermäßiges bakterielles Wachstum von den Bettpartikcln an einer abstiomseitigcn Stelle durch Umrühren der Partikel und dadurch hervorgerufenem Abscheren des übermäßigen Wachstums cn.rcrnl.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß man leilchcnförmiges Material mit im wesentlichen gleichförmiger Abmessung mit einem Partikeldurchmesscr von 0,4 bis 1,5 mm und einem spezifischen Gewicht von wenigstens etwa 1.3 einsetzt.