DE2502501C3

DE2502501C3 - Verfahren zur Behandlung von Abwasser

Info

Publication number: DE2502501C3
Application number: DE2502501A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Mississauga Ontario Besik (Kanada)
Original assignee: CENTRAL MORTGAGE AND HOUSING CORP OTTAWA
Current assignee: CENTRAL MORTGAGE AND HOUSING CORP OTTAWA
Priority date: 1974-01-22
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1980-10-09
Also published as: GB1487789A; FR2258350B1; DE2502501A1; DE2502501B2; IL46494A; IL46494A0; FR2258350A1

Description

Die Erfindung bcirifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser, welches biologisch abbaubarcs. kohlenttoffhaltiges Material und stickstoffhaltige Materialien in mindestens einer nitritischen, nitratischen, nicht-nitntischen oder nicht-nitralischen Form enthält, bei dem zunächst eine biologische Oxydation des biologisch abbaubaren kohlenstoffhaltigen Materials und Nitrifizierung von nicht-nitritischem und/oder nicht-nitratitchem stickstoffhaltigem Material /.u Nitrit und/oder Nitrat und daran anschließend eine Denitrifizierung von tiitntischem und/oder nitratischem stickstoffhaltigem Material zu stickstoffhaltigen Gasen durchgeführt wird und darauf aus dem so behandelten Abwasser/ .Schlamm-Gemisch Schlamm abgetrennt und das /umin- «lest teilweise geklärte Wasser abgeführt wird.

Kin Verfahren dieser Art ist durch die Zeitschrift i>|WPCF«. Band 40. l%8, Nr. 12, Seite 2040 ff., bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Behandlung in drei gesonderten biologischen Schlammsystemcn. Jedes System besitzt seine eigene Rückführung und untertcheidct sich von den anderen. Das Abwasser fließt durch diese Systeme nacheinander hindurch, wobei /wischen den Systemen ein Absetzen erfolgt. Hierbei »ind also die biologischen Aktivitäten der Kohlenstoff oxul.ition zur entfernung von kohlenstoffhaltigen Materialien, der Ammonifi/ieriing und der Nitrifi/.icrung und Denitrifizierurij.' zur Lptlernung von stickstoff halngen Materialien voneinander getrennt und laufen in ilm ι.Ί.'ΌπιΙι.τΐι-η Stufen ah. Dieses Verfahren ist hei der Entfernung der Verunreinigungen erfolgreich, leidet aber unter verschiedenen Nachteilen. Das Verfahren ist zeitraubend, bildet viel Schlamm, hat drei gesonderte Stufen der Belüftung und Klärung und ist hinsichtlich ι der Überwachung und des Betriebs aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei Wahrung einer ähnlich guten Reinigungsleistung einfacher betreibbar ist.

in Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oxydation, Nitrifizierung und Denitrifizierung zusammen in einem Behälter auf dem Strömungsweg des Abwasser/Schlamm-Gemischs durch diesen Behälter von oben nach unten durchgeführt wird, daß die

ι Ί künstliche Sauerstoffzufuhr zu dem Behälter allein über nach der Denitrifizierung abgetrennten, rückgeführten Schlamm, der während der Rückführung mit Sauerstoff behandelt wird, erfolgt, und daß die Menge des Sauerstoffs bzw. rückgeführten Schlamms so bemessen

.¹H wird, daß der Sauerstoff im Abwasser/Schlamm-Gemisch während des Durchgangs durch den unteren Behaltenen erschöpft wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, weitgehend vollständig biologisch abbaubare kohlen-

ji stoffhaltige, stickstoffhaltige und suspendierte Feststoffe aus Abwässern zu entfernen, wobei die Bildung von beträchtlichen Menjen eines biologischen Schlammüberschusses vermieden wird, keine äußere Reaktivierung von Kohle erforderlich ist und zum Klären keine

;ii Chemikalien zugesetzt werden müssen. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die wenig Raum und praktisch keine Wartung erfordert. Die Kapitalkosten und die Betriebskosten sind deshalb beträchtlich niedriger als

r. bei dem Verfahren gemäß der Zeitschrift »JWPCF«, Band 40,1968,Nr. 12, Seite 2040 ff.

Es wird bevorzugt, daß der Schlamm pulverisierte Aktivkohle mitführt.

Ausführungsbeispiele des Verfahrens gemäß der

tu Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, die nachstehend naher erläutert wird. Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Fließbild, welches eine erste Ausführtingr.form des err'indungsgemäßen Verfahrens erläutert,

i> Fig. 2 ein sei -matisches Fließbild, welches eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrenserläutert.

F i g. 3 einen Teilschnitt durch einen Reaktor für die Verwendung bei dor Ausführiingsform des in F i g. 2

,ι, erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine Klärvorrichtiing für die Verwendung bei der Ausführungstorm des in F ι g. 2 erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß der Ausführiingsform von F i g. 1 wild

,, Abwasser, bei welchem es sich um Haushalt-, Stadtoder Industrieabwasscr handeln kann, nach der Entfernung der gröberen Feststoffteilchen durch Filtration oder in einer ersten Klärvorrichtiing über eine Leitung 12 zu einem Reaktor 10 geführt. Ein

.π rückgeführtes Gemisch aus pulverisierter Aktivkohle und Mikroorganismen, welches in der folge als »aktivierter Schlamm« be/iichnet wird und in einer Leitung 14 flielJt. wird ebenfalls zur Oberseite des Reaktors 10 zugeführt, und zwar zusammen mil dem

• , Abwasser in der Leitung 12. Das zurückgeführte Gemisch in der Leitung 14 wird in der Weise gebildet, wie es weiter unten beschrieben ist, und enthüll bestimmte Mengen absorbierten Sauerstoff.

Der Reaktor 10, der im allgemeinen eine zylindrische Form aufweist, enthält eine erste Kammer 16, in welcher das Gemisch aus Abwasser und aktiviertem Schlamm nach unten in Richtung zu einer zweiten Kammer 18 fließt, die in einem unteren Endteil 20 des Reaktors 10 angeordnet ist. Das Endteil 20 besitzt im allgemeinen eine konische Form.

Ein umgekehrt trichterförmiges Teil 22 ist im Reaktor 10 angeordnet, wobei es eine dritte Kammer 24 definiert, die außer durch die zweite Kammer 18 ohne Fließverbindung mit der ersten Kammer 16 ist.

In der ersten Kammer 16 werden die suspendierten, kolloidalen und gelösten organischen Materialien, die im Abwasser enthalten sind, an die Aktivkohle absorbiert und/oder in die mikroben Zellen absorbiert, wobei alle restlichen organischen Materialien in einer späteren Stufe entfernt werden. Das adsorbierte organische Material wird biologisch durch die Mikroorganismen oxydiert, während der organische Stickstoff in ammoniakalischen Stickstoff überführt wird und der ßmmonistkälische Stickstoff biologisch durch die Mikroorganismen in Nitrite und Nitrate oxydiert v· ird.

Die biologischen Oxydationen, die in der ersten Kammer 16 vonstatten gehen, erschöpfen den absorbierten Sauerstoff bis zu einem Wert, bei dem die heterotropen Mikroorganismen im aktivierten Schlamm eine anaerobe Umwandlung des Nitrits und Nitrats zu stickstoffhaltigen Gasen, hauptsächlich Stickstoff und Stickstoffdioxid, verursachen, da die Mikroorganismen den Sauerstoff des Nitrits und Nitrats aufbrauchen. Die biologischen Reaktionen verlaufen gleichzeitig in der ersten Kammer 16.

Das resultierende Gemisch aus aktiviertem Schlamm, behandeltem Abwasser und gasförmigen Stoffen fließt von der ersten Kammer 16 zur /weiten Kammer 18.

Ein Teil des Schlamms trennt sich vom behandelten Abwasser in der zweiten Kammer 18 ab. Das behandelte Abwasser, etv/as Schlamm und gasförmige Stoffe, die hauptsächlich aus Stickstoff, Stickstoffdioxid und Kohlendioxid bes' ;hen, fließen von der zweiten Kammer 18 nach oben zur dritten Kammer 24, die sich innerhalb des umgekehrt trichterförmigen Teils 22 befindet

Der Flüssigkeitsabstrom aus dem Reaktor 10 läuft über eine Leitung 26. die vom Halsteil des umgekehrten trichterförmigen Teils 22 wegführt. Die in der zweiten Kammer IE abgetrennten Gase wurden durch den Halste I des umgekehrt trichterförmigen Teils 22 zur Atmosphäre abgelassen. Der Abfluß in der Leitung 26 enthält im Vergleich zu dem durch die Leitung 12 eingeführten Abwasser ciren beträchtlich verringerten Gehalt an organischen Stoffen und stickstoffhaltigen Materi.jlien. Der Reaktor 13 entfernt deshalb in einem einzigen Behälter aus dem Abwasser beträchtliche Mengen der kohlenstoffhaltigen Materialien und überführt beträchtliche Mengen des stickstoffhaltigen Materials in stickstoffhaltige Gase.

So werden im Reaktor 10 also eine Anzahl von 1'unktionen an den Verunreinigungen des Abwassers durchgeführt. Beispiele für solche Funktionen sind die Unterteilung von suspendierten Feststoffen durch Hydrolyse, die Abtrennung von gelösten organischen Stoffen durch Adsorption an Aktivkohle und mikroben /.eilen, die biologische Oxydation von adsorbierten organischen Stoffen, die biologische Umwandlung von organischem Stickstoff in iimmoniakalischcn Stickstoff, die Umwandlung von ammoniakalischcm Stickstoff in Nitrite und Nitrate und '¹^: Umwandlung von Nitriten und Nitraten in Micksiofllialiini.¹ (iase.

Der Abfluß in der Leitung 26 wird zu einer Klärvorrichtung 28 geführt, die eine erste Kammer 30, eine zweite Kammer 32 und eine dritte Kammer 34 aufweist, wobei die letztere mit Ausnahme eines Wegs durch die zweite Kammer 32 mittels eines umgekehrt trichterförmigen Teils 36 außer Fließverbindung mit der ersten Kammer 30 gehalten wird.

Der Abfluß in der Leitung 26, der zur ersten Kammer 30 der Klärvorrichtung 28 geführt wird, wird mit rückgeführtem aktiviertem Schlamm zusammengebracht, der durch eine Leitung 38 zugeführt wird. Dieses zurückgeführte Gemisch wird in der Weise gebildet, wie es weiter unten näher erläutert wird.

Die Koagulation und Sedimentation von suspendierten Feststoffen aus dem Reaktorabfluß wird durch Zusatz des reaktivierten Schlamms zur ersten Kammer 30 der Klärvorrichtung 28 über iie Leitung 38 verbessert. Ein betrachtlicher Anteil der verbleibenden Mengen der kohlenstoffhaltigen Materialien und der stickstoffhaltigen Materialien, die im / ':f!uß vorhanden tinH werden biologisch suf^ebrsiich* wodurch dss behandelte Abwasser weiter gereinigt wird. Da die Konzentrationen der kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materialien im Reaktorabfluß in der Leitung 26 sehr niedrig sind, wird der Sauerstoff, der in dem in der Leitung 38 zurückgeführten Schlamm gelöst ist, n;cht erschöpft, weshalb aerobe Bedingungen in der gesamten Klärvorrichtung 28 vorliegen, was im Gegensatz zu sowohl aeroben als auch anaeroben Bedingungen im Reaktor 10 steht.

In der zweiten Kammer 32 der Klärvorrichtung 28 wird die flüssige Phase, die in der dritten Kammer 34 der Klärvorrichtung 28 vorliegt, vom Schlamm abgetrennt und durch eine Leitung 40 vom Hals des umgekehrt trichterförmigen Teils 36 aDgezogen. Der Abfluß ist weitgehend frei von suspendierten Feststoffen, kohlenstoffhaltigen Materialien und stickstoffhaltigen Materialien.

Die Klärvorrichtung 28 ertüllt somit eine Anzahl Funktionen an den Verunreinigungen des Abwassers, die i ι Abstrom aus dem Reaktor 10 in der Leitung 26 vnrbleiben. Diese Funktionen sind beispielsweise Vervollständigung der biologischen Reaktionen an den kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materialien und eine biologische Ausflockung. Schlam.nkoagulation und Sedimentierung der suspendierten Feststoffe.

Das Wasser in der Leitung 40 kann noch einer weiteren Behandlung unterworfen werden, wie /. R. einer Ticfbeitmultimedienfiltration mit Sand, Anthra/it und Aktivkohle, um weiter den Gehalt an suspendierten Feststoffen /u verringern, und/oder einer chemischen Behandlung, um den Phosphatgehalt herabzusetzen. Der Abfluß in der Leitung 40 kann durch verschiedene Verfahren behandelt werden, um Wasser von Trinkqualität herzustellen, wie /. B. durch Koagulation Filtration und anschließende Desinfektion, umgekehrte Osmose und anschließende Desinfektion, Evaporierung und anschließende Desinfektion oder Ionenaustausch und anschließende Desinfektion.

Der Schlamm, der in der /weiten Kammer 18 des Reaktors 10 abgetrennt wird, wird über eine Leitung 42 abgeführt und /u einem Belüftungsbehältcr 44 geleitet. Der Schlamm, der in der /weiten Kammer 32 der Kippvorrichtung 28 abgetrennt wird, wird durch eine Leitung 46 /um Beiüf.i.'iigsbe'iaher 44 geführt, wobei er mit dem Schlamm in der Leitung 42 einen gemischten Schlamm bildet, der durch die I ellung 48 fließt.

Der Beliiftuntrsbehälter 44 kann von TEendemei

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zweckmäßigen Bauart sein, se J,ill ein inniger Kontakt /wischen Gas und Scdlaiiru ermöglicht wird Ein typischer solcher Behäl'er h· stein au·· einer medrstiiii KeIi Gcgensi romkolonne oder einem Quei Ihißrcaklor

l.uft oder molekularer Sauerstoff oder ein an molekularem Sauerstoff reiches (las wird durch eine Leitung 50 in den Belüflungsbehäller 44 eingeführt, wo eine Kontaktierung mit dem dun ti die Leitung 48 eingeführten Schlamm erfolgt. Dies hat ein Ausblasen von flüchtigen Stoffen aus dem Schlamm, eine Sättigung des Schlamms mit Sauerstoff, eine Roiktivierung der Kohle durch Oxidation der darauf absorbierten kohlenstoffhaltigen und stickstoffhaltigen Materialien und eine Oxydation eines Teils tier Mikroben/eilen /ur Folge, wodurch im System eine Dalance von Mikroorganismen aufrechterhalten wird. Die verbrauchten Gase werden aus dem Belüftungsbchäiler 44 durch eine Leitung 52 abgelassen.

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behälter 44 durch eine Leitung 54 abgezogen und in zwei Ströme aufgeteilt, wobei einer durch die Leitung 14 zum Reaktor 10 und der andere durch die Leitung 38 zur Klärvorrichtung 28 geführt w ird.

Hei einer Abwandlung der '\usfiihrun|/.form von I ι g. 1 kann die Zufuhr von aktiviertem Schlimm dun π die Leitung 38 weggelassen werden. Bei dieser Abwandlung kann Luft dem Abfluß in der Leitung 26 zur Beendigung der biologischen Reaktionen in der Klärvorrichtung 28 zugeführt werden. Alternativ kann auch die Zufuhr von l.ufi zum Abstrom in der Leitung 28 weggelassen w erden.

Gemäß der Ausführungsform der I ι g. 2 bis 4 besteht das Abwasserbchand!imgss\stern aus einem Reaktor 110. der in F-" i g. 2 schematised gezeigt ist und in I ι g. 3 naher im Detail dargestellt ist, und aus cmer Klärvorrichtung 112. die schemalisch in I'ig. 2 g/zeigt und näher im Detail in F i g. 4 dargestellt ist I iltncrtes oder primär geklarte'. Abwasser wi-d durch eine Leitung 114 zum Reaktor 110 geführt. I.in si·', des Abwasser enthält typischerweise suspendierte I eststoffe. gelöste organische Materialien, organischen Stickstoff. Nitrat. Nitrit und Ammoniak. Der Reaktor 110 besteht aus einem aufrecht sichenden zylindrischen äußeren Behälter 116 und einer inneren zylindrischen Hülse 118. die koaxial im Behälter 116 angeordnet und vom Boden 120 desselben einen Abstand aufweist, so daß eine erste Kammer 121 zwischen dem äußeren Behälter 116 und der inneren Hülse 118 gebildet wird. Die innere Hülse 118 erstreckt sich nach oben bis zu einem Punkt über dem vorgesehener. Flüssigkeitspegel im Reaktor 110.

Ein Steig- und Belüftungsrohr 124 ist im Reaktor 110 angeordnet und erstreckt sich vom Boden 120 nach oben durch eine zweite Kammer 122 bis über den oberen Rand der Hülse 118. F.s endet außerhalb des Reaktors 110.

Das Rohr 124 ist am unteren Ende erweitert und w eist vom Boden 120 einen Abstand auf. so daß Flüssigkeit in das Rohr 124 gelangen kann. F.in Gaszuführrohr 126 erstreckt sich von der Oberseite des Rohres 124 nach unten bis zu einer Stelle etwas über dem unteren Ende des Rohres 124. so daß Luft, Sauerstoff oder ein an molekularem Sauerstoff reiches Gas zum unteren Ende des Rohres 124 geführt werden kann.

Das Steig- und Belüftungsrohr 124 steht am oberen Ende aber innerhalb des Reaktors iiO mit einem Querarm 128 in Verbindung, der sich radial erstreckt und mit einem rohrförmigen Ausirittsteil 130 an jedem radialen l.nde ausgei usti'i i.t Die rohrförmigen Aiistnttsteile MO iimfawn ι inen sich nach unten erstreckenden I eil und ei M' η sii h hou/ont a! ei st recken ilen Teil, (let ubci um' in der Nachbarst daft des vorgesehenen Flussigki ;sspicgeis im Behälter llfi angeordnet ist und Mih bis /ur Gegend der inner· ·ι Wand des Behälters I lh ersiiccki so dall I his^gki it daraus um wesentlichen tangential abgegeben wird

/war ist nur ein solches Steig und Belüftungsrohr 124 nut zugehörigen <\ustrittstciler MO in [ ig S gezeigt. aber es kann jede gev. unsi hl·.- Anzahl verwendet w et den, je nat h den Erfordernissen des Systems.

Ein Flüssigkeitsabgaberolir 1 )2 steht mit der zweiten Kammer 122 in Verbindung, nicht aber mit der ersten Kammer 121. so daß behandelte Flüssigkeit aus dem Reaktor 110 durch die zweite Kammer 122 abgeführt wird.

Ein Gasabgaberodr 134 ist am oberen Ende des

im Reaktor 110 vorgesehen, um die bei den Reaktionen im Reaktor 110 gebildeten Gase abzuführen

Eine Eintrittsöffnung 160 ist im Reaktor 11O tiber dem vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Behälter 116 vorhanden, durch welche /urückgefüd¹ ■■ r aktivierter Schlamm aus der Klärvornchlung I 12 eingespeist werden kann, wie dies weiter unten näher erläutert w iid

Das dem Reaktor 110 durch die Leitung 114 /ugcfiir .ic Abwasser mischt sich mit der Mischung au."· bedandeltem Abwasser und aktiviertem Schlamm, die aus den Austrittsteilen 130 austritt, und mit aktiviertem Schlamm, der um der Klär\orr.chtung 112 zurückgeführt wird, wobei es in tier erste.ι Kammer 121 rotiert Durch Zentrifugalwirkung erhallen die aktivierten Schlammteilt hen zusammen nut den su'pendierten Feststoffen die Neigung, sich teilweise ah/usi heiden und sich entlang der Innenwand ties Behälters I If anzusammeln, wobei sie sich unter dem Einfluß tier Schwerkraft und der nach unten sinkenden flüssiger Pdase nach unter bewegen und m einet ,!ritten Kammei I 36 in der Nachbarschaft des Bodens 120 ansammeln.

In der Nachbarschaft ties Bodens 120 tie·- Behälter·· 116 wird flüssigkeit in das Steig ,.nd Belüftungsrohr 124 gezogen, und /war unter dem Einfluß tier Luft, clit im Rohr 124 nach oben steigt. Die Luft wird durch da¹ Ruhr 126 eingeführt und tritt an den Austrittsieilen 13C aus. wobei sie mit weiterem hereinkommenden Abwasser gemischt wird. Die im Rohr 124 aufsteigende Flüssigkeit ist ein Schlamm aus einem Teil de angesammelten aktivierten Schlamms und behandelten-■\bw asser.

Behandelte Flüssigkeit fließt zusammen mit .mw-.i¹ aktiviertem Schlamm aus der ersten Kammer 121 in die zweite Kammer 122, steigt darin auf und fließt durch da¹ Rohr 132 aus dem Reaktor 110.

Die teilweise Trennung und Ansammlung dei Feststoffe entlang der Innenwand des Behälters IK unter der Zentrifugalwirkung der rotierenden Flüssig keit verringert die Neigung derselben in die zweite Kammer 122 einzutreten, wodurch ihre Neigung herabgesetzt wird, aus dem Reaktor UO zusammen mii dem Abfluß in dem Rohr 132 auszutreten. Dabei wire die Menge von Feststoffen herabgesetzt, die durch die spätere Klärung abgetrennt werden muß. Außerderr wird die Schlammenge verringert, die von dei Klärvorrichtung 112 zum Reaktor 110 zurückgeführ werden muß. Die teilweise Trennung und Ansammlung von Feststoffen erhöht auch die Verweilzeit dei suspendierten Feststoffe im Reaktor 110.

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|),i^ ligcbnis der Kola'ion der suspi mlii-[ Ilti I -MsIi'¹ ie ist em sohhc·- Mi omiingssc hcma ilci !{■•.iviorf!üssii_'keii, dalt di< K ο a k ι' > r f 111', s ι ^r k f 11 entlang ι!·,! \ i'i nkalcn Aciise dc* Reaktors 110 c! ii r ■ Ii die i-i'sie KiiiiiiiRT 121 Milch innen iiiciii Während die ί ins¹ i'keii ti nc I <lie Feststoffe in der erslen K .ι m πι ι f 121 run Ii unten flieUen. werden im wesentlichen iille suspendierten, k'illoi·' lcn Ulli] gelösten oigariisclicii Materialien, die im Abwiisser enthüllen sind, durch <'■ :i aktivierten Scliliimm adsorbiert. I),λ iidsin hit f l> οι gams< Iv Mate ■in! wird durch die Mikroorganismen \^y/-< ilogist Ii oxydiert, während organischer Stickstof! in ammoniaka hscheii Stickstoff überfuhrt wird und ammoniakalischcr Sti' kstoff biologisch durch die Mikroorganismen /u 'in ilen und Nitraten oxydiert wird.

Die biologische Oxyd.ition erschöpft den absorbier ten Sauerstoff bis zu einem l'iinki. bei dem die heleroiropen Mikroorganismen im aktivierten t.-M··...... ,.;„.. ,..,,ι..,., υ,...,,,.... ι ....... .,„....,,.»...

Umwandlung von Nitrit und Nitrat in stickstoffhaltige Oase verursachen, wobei der adsorbierte organische Kohlenstoff die Dcnitrifizierungsgeschwmdigkcit er höht.

Der konzcntrationsgiadicnt des gelösten Sauerstoffs wird durch die biologischen Reaktionen und die nach abwärts gerichtete Strömung der Flüssigkeit durch die erste Kammer 121 beeinflußt, wobei letztere durch das l.iiftvolumen reguliert wird, das durch das (ias/.uführrolir 126 zum Steig- und Belüftungsrohr 124 geleitet w ii'd.

Du biologischen Reaktionen und die Adsorption in der Kammer 1:21 verringern auch den l'hosphatgehalt des Abwassers beträchlhi h.

Da der Schlamm, der in das Steig- und Belüftungsrohr 124 eintritt, einen niedrigen Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufweist, besteht an diesem Punkt eine beträchtliche Treibkraft für Sauerstoffiihertragung. was eine rasche und wirkst nc Absorption \on Sauerstoff durch die Biomasse und eine Sättigung der M'schung aus Flüssigkeit und Schlamm mit Sauerstoff vor der Abgabe aus dcM Austritistcilen 130 /ur Folge hat. Das Rohr 124 kann deshalb als »Blitzbelüfter« bezeichnet werden.

Die Geschwindigkeit des durch Luft gehobenen Schlamms im Rohr 124 ergibt zahlreiche Kollisionen von Festteilchen, was deren .Abrieb und eine höhere Hydrolysegeschwindigkeit von zurückgeführten suspendierten Feststoffen zur Folge hat. Dieser Effekt kann durch die Zugabe von granulären schleifenden Feststoffen, wie z. B. granulärer Aktivkohle, zur Reaktorflüssigkeit verbessert werden.

Bei dieser Ausführungsform ersetzt deshalb der Reaktor 110 den Reaktor 10 und den Belüftungsbehälter 44. die bei der Ausführungsform von F i g. 1 verwendet werden, wodurch beträchtlich die Ausrüstung und der hydraulische Bedarf des Systems vereinfacht wird. Der Reaktor 110 leistet also die folgenden Funktionen in einer einzigen kompakten Einheit: Unterteilung von suspendierten Feststoffen durch Abrieb im Rohr 124, Hydrolyse von suspendierten Feststoffen, Abtrennung von gelösten organischen Stoffen aus dem Abwasser durch Adsorption an Aktivkohle und Mikrobenzellen, biologische Oxydation von adsorbierten organischen Stoffen, biologische Umwandlung von organischem Stickstoff in ammoniakalischen Stickstoff (Ammonifizierung), biologische Oxydation von arnrnoniakaiischem Stickstoff zu Nitrit- und/oder Nitratstickstoff (Nitrifizierung), biologische Reduktion von Nitrit- und Nitratstii kstoli /U stickstoll billigen ' i.isen (I )eiiili -n : iiiig) biologische Reaktiv ι rung von Aktivkohle i.iuei-lofl ,ItIIeIcI¹CTUMg im abgesessenen MikroN ;i/ellel· und Aktiv kohle, und A bsi reifen von flu- linger stoffen

Die Konstruktion des Reaktors 110. wie sie i¹ i ig i zu sehen ist, ctniöglicht eine Al,zahl vor in, /hellen Effekten, wie /. Ii. eine wirksame Ausnutzung des Sauersto'fs der I ,lift, eine wirksame Mischung von aktr. ,eitern Schlamm, eine hohe Kon/enlra'ion ai Si hl,mim fur Hioreaktioneu, einen optimalen Konzen- '■ ratlonsgradienten des gelöslen Sauerstoffs, um die Biooxydation von organischen Stoffen zu gcwährlei sien, Ammonifi/ieriing. Nitrifizierung und Deniinfi/ierung in einem Reaktor, mechanisches Mahlen von suspendierten feststoffen durch eine hohe Ges( hwindigkeit ties Schlamms im Bht/belüfter, eine Ausnutzung von Oberfliichenmcdien zur Hrhohung der Reaktionsgeschwindigkeit und Beseitigung von Luftverunreinigung.

I}«, ,Auf]..β J..J., ;!c:t: Rc;;k!;:r MO ;!;r et¹.·.::', mitgeführten aktivierten Schlamm und suspendierte Feststoffe aufweist und durch das Rohr I )2 austritt, wird durch eine Leitung 133 zur Kliirvorrichtung 112 geführt. Die Flüssigkeit in der Leitung 133 wird in die Kliirvorrichtung 112 im wesentlichen tangential zur Innenwand eines Behälters 137 eingeführt, und zwar durch ein Rohr 139. dis am vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Behälter 137 liegt.

Fin u ingekehr ι trichterförmiges feil I 38 ist unnerhalb des Behälters 137 angeordnet und definiert zusammen mit letzterem eine erste Kammer 140, eine Schlammansammlungskammer 142 und eine ,Absitzkammer 144. wobei letztere innerhalb des trichterförmigen Teils 138 angeordnet ist.

Das trichterförmige Feil 138 besitzt einen Schürzenteil 146, der konzentrisch und im Absland von der Innenwand des Behälters 137 angeordnet ist. einen kegelstumpfförmigen Teil 148 und einen Halsteil 150. die ebenfalls innerhalb des Behälters 137 konzentrisch angeordnet sind. Der I laisteil erstreck; sich nach oben über den vorgesehenen Flüssigkeitspegel im Behälter 137.

Die Schlammansammlungskammer 142 wird auch durch einen konischen Linsatz 152 definiert, der an der Innenseite und am Boden des Behälters 137 anliegt, wodurch die Schlammansammlungskammcr nach unten zum Boden des Behälters 137 einen abnehmenden Durchmesser aufweist. Fin Steigrohr 154 ist zentral innerhalb des Behälters 137 angeordnet und erstreckt sich durch die Kammer 144 und in die Schlammansammlungskammer 142 bis zu einem Ort etwas über dem Boden des Behälters 137. Das Steigrohr 154 ist am unt ;ren Ende erweitert.

Ein Gaszuführungsrohr 156 ist innerhalb des Steigrohres 154 angeordnet, wodurch Luft. Sauerstoff oder ein anderes an molekularem Sauerstoff reiches Gas eingeführt werden kann und am unteren Ende des Rohres 154 austritt und dabei Schlamm aus der Schlammansammlungskammer 142 hochhebt und während des Hochhebens belüftet, bevor er aus der Klärvorrichtung 112 austritt, um durch eine Leitung 158 zum Reaktor 110 zurückgeführt zu werden.

Die Zufuhr der Flüssigkeit durch die Leitung 133 und das Rohr 139 in der Weise, daß ein rotierender Flüssigkeitskörper in der Kammer 140 erhalten wird, ergibt eine Trennung der suspendierten Feststoffe aus den Hingeführten Gasblasen auf Grund von Zentrifugalkräften. Die Gase können aus der Klärvorrichtung 112 durch ein Rohr 166 abgelassen werden.

Die suspendierten Feststoffe besitzen die Neigung, Veh radial nach außen /u bewegen lind sich an der Innenwand des Behälters 137 anzusammeln, während die (iasblascn nach innen und nach oben gehen, so dal.l eine¹ dünne Schaumschieht an der Oberfläche der rotierenden l-'liis.igkeil gebildet wird. Der Schaum wird fortlaufend durch den hereinkommenden Strom aufgebrochen, so daü er niemals überfließt, wodurch möglichen Schäumungsproblemcn vorgebeugt wird. Die feststoffe bewegen sich unter dem Kinfluß der Schwerkraft und der Flüssigkeitsströmung in dur Kammer 140 durch die Kammer 140 nach unten zur Jichlammansammliingskammcr 142.

Die Abtrennung der Gasblascn in der ersten Kammer 140 in Form von Schaum auf der Oberseite der llüssigkeit verhindert weitgehend die Anwesenheit derartiger Blasen in den Kammern 142 und 144, wo sie die Sedimentation des Sehlamms stören könnten.

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im Reaktor 110 und in tier Klarvorrichtung 112 zu h.-rücksichtigen ist. Der geklärte Abfluß in (fern Rohr I6i! ist weitgehend frei von Schlamm.

Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet mehrere Merkmale, welche drei verschiedenen Operationen in einem Behälter ermöglichen. Diese drei Operationen sind biologische Oxydation von organischen Stoffen und stickstoffhaltigen Materialien. Nitrifi/ierung und Denitrifizierung. Es besteht eine wirksame und rasche Abtrennung von aufgelösten organischen Materialien aus dem Abwasser durch Adsorption an Aktivkohle und Mikrobenzellcn, so daß ideale Bedingungen für die Nitrifizierung und Denitrifizierung geschaffen werden. Die Gesamtverweilzeit ist beträchtlich kleiner als bei bekannten Systemen.

Aktivkohle erhöht die Adsorptionskapazität de Systems zur Entfernung von organischen Stoffen in den ersten Stufen des Betriebs, sorgt für eine gleichmäßige

(iastrcnnung in der ersten Kammer 140 vorgesehen ist, ergeben sich auch Bedingungen, welche die Beendigung der Biooxydationsreaktionen und der Denitrifizierung durch die gemischten Mikrobenbevölkerung begünstigen. Granuläre oder pulverisierte suspendierte Feststoffe, wie z. B. Aktivkohle, können dazu verwendet werden, die Reaktionsgeschwindigkeiten zu steigern und die Dichte des Schlamms zu erhöhen, so daß die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der Abtrennung der suspendierten Feststoffe erhöht wird.

Der Schlamm wird aus dem behandelten Abwasser durch Sedimentation in der Kammer 144 abgetrennt, wobei ein weiteres Absitzen und eine weitere Verdichtung des Schlamms in der Kammer 142 Stattfindet.

Der geklärte Abfluß verläßt die Klärvorrichtung 112 durch ein Rohr 162, das mit der dritten Kammer 114 in Verbindung steht, aber keine Verbindung zur ersten Kammer 140 aufweist. Der Abfluß fließt schließlich durch eine Leitung 163 ab. Der geklärte Abfluß in der Leitung 163 kann einer weiteren Behandlung unterworfen werden, wie es bei der Leitung 40 in der Ausführungsform von F i Z- ' beschrieben ist.

Ein Rohr 164 kann mit der Schlamrnansammlungskammer 142 in Verbindung stehen, um überschüssigen Schlamm nach Bedarf zu entfernen.

Die Klärvorrichtung 112 vollführt somit verschiedene Funktionen bei der Reinigung von Abwasser, wie z. B. Beendigung der biologischen Reaktionen, biologische Ausflockung, Schlammkoagulation, Abtrennung von susnendierten Feststoffen durch Absitzen und Schaffung von Schlamm in vorgelüfteter Form für die Zuführung zum Reaktor 110.

Die Konstruktion der in Fig.4 erläuterten Klärvorrichtung ergibt eine Anzahl nützlicher Effekte bei der Behandlung von Abwasser, wie z. B. eine wirksame Abtrennung von Gischt und Schaum, Bereitstellung eines großen Reaktorvolumens für die Beendigung der Biooxydationsreaktionen und der Denitrifizierung, mäßiges Mischen der Mischung aus Flüssigkeit und suspendierten Feststoffen zur Erzielung einer biologischen Ausflockung und Koagulation, Verdichtung des abgesessenen Schlamms und Wiederbelüftung von zurückgeführtem abgesessenem Schlamm. Außerdem fällt die Notwendigkeit für eine Schlammzirkulationspumpe weg.

Die Vorgänge im Reaktor 110 und in der Klärvorrichtung 112 bringen die Menge des im System vorhandenen Schlamms ins Gleichgewicht, wobei der Schlamm Perioden mit hoher und niedriger BOD-Belastung aufgrund von Adsorption und Desorption von organischen Materialien im Verhältnis zur BOD-Konzentration, wirkt als Katalysatorträger für Oxydationsreaktionen und schafft eine poröse Struktur für Mikrobenwachstum. Der resultierende Schlamm besitzt vorzügliche Absetzeigenschaften, wodurch eine wirksame Abtrennung von suspendierten Feststoffen und ein schneller Aufbau von gemischter Mikrobenbevölkerung, die für die biologischen Reaktionen zuständig ist, gewährleistet sind.

Der für die Biooxydationsreaktionen und für die Reaktivierung von Aktivkohle erforderliche Sauerstoff wird durch Belüftung abgesessenen Schlamms geschaffen. Da die Schlammkonzentration im allgemeinen über 800U mg/1 liegt, ist die Übertragung von Sauerstoff aus der Luft zu den Mikrobenzellen und zur Aktivkohle weitgehend direkt und verläuft nicht über eine molekulare Diffusion durch Wasser, wie es bei anderen biologischen Prozessen der Fall ist. Infolgedessen sind die auf die Mikrobenzellen übertragenen Sauerstoffmassen größer, ist das erforderliche Belüftur<*svolumen kleiner und ist die Sauerstoffausnutzung besser als in herkömmlichen Systemen.

Die Erfindung wird nun durch das folgende Beispiel weiter erläutert.

Beispiel

Haushaltsabwasser wurde in einer Pilot-Anlage der in Fig. 1 erläuterten Art mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 45 400 l/Tag kontinuierlich 60 Tage lang behandelt. Diese Vorrichtung blieb während dieses Zeitraums ohne Wartung, außer daß Analysenproben entnommen wurden. Der Reaktor 10 und die Klärvorrichtung 28 besaßen die gleichen Abmessungen und hatten ein Volumen von 3340 I. Der Belüftungsbehälter 44 besaß eir. Volumen von 2122 1 und ein wirksames Belüftungsvolumen von 1500 1.

Haushaltsabwasser, das zur Entfernung von groben Feststoffen vorfiltriert worden war, wurdp mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 22,7 und 27,2 l/mi.i dem Reaktor 10 zugeführt, der 56,7 kg Aktivkohle enthielt. Die Oberflächenkontaktzeit, berechnet aus dem Verhältnis des Volumens des Reaktors zur Strömungsgeschwindigkeit des Abwassers, variierte '.wischen 2,4 und 2,9 Std. Während der Testperiode veränderte sich die Zusammensetzung des behandelten Abwassers stark.

Der Flüssigkeitsabstrom aus dem Reaktor 10, der mit

einer Geschwindigkeit von 22,ι Ins 27,2 l/min anfiel, .viirde von Zeil zu Zeit auf verschiedene Verunreinigungen getes'.et. Lr wurde durch die Leitung 3ft zur Klärvorrichlung 28 geführt, d; : %,7 kg Aktivkohle enthielt, was eine Oberflächenkontaktzeit für die dann befindliche Flüssigkeit zwischen 2.4 und 2,9 Sid. ergab. Der Flüssigkeitsabstrom aus der Klarvorrichtung 28 in der Leitung 40 wurde von Zeit zu Zeit auf die Konzentration der darin befindlichen Verunreinigungen getestet. Kr wurde zu einem Ticfbettaktivkohlefilter geführt. Auch der Abstrom daraus wurde auf Verunreinigungen getestet.

Die gelöste Menge des Sauerstoffs, der dem Reaktor 10 zugefüh-t wurde, war ungefähr 8 mg/1, während im Abstrom weniger als 1 mg/1 vorhanden waren. Bei der Klärvorrichtung 28 war die Menge des gelösten Sauerstoffs ungefähr J bis 8 rng/l. während die Menge !2

im Abstrom ungefähr ! bis 4 mg/1 betrug.

Der Schlamm au? dem Reaktor 10 und der Kläi vorrichtung 28 vw:rde durch die Leitungen 42. 48 ιI₁ItI 48 zum Belüftungsbehälter 44 „.clcitet. wo er einem Ciegenstromkontakl mit Luft ausgesetzt ■ ¹UrJe. Der l.uftverbrauch war ungefähr 8·!'· bis 1' 32 I, mm (30 bis 40 SC LM), wobei die Schlammkonzenti ation mehr als 8000 mg/1 betrug und die Oberflächcnkontaktzcit des Schlamms im Belüftungsbehälter 44 1,1 br, L3J Std. war.

Lauf- wurde kein keine Akii\ kohle

Ti

!agc dauern

d.

igen

und wuiile

Während
Schlamm abge/
zugegeben.

Die wahrend der letzten Γ5 Tage tier erster, JO Detnebstage erhaltenen Resultate tier Pilot-Anlage sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Die Resultate aus dem 60 Tage dauernden Betrieb sind in Tabelle II angegeben.

Tlibelle I

Konzentration von Verunreinigungen wahrend der Hehiindlung (Schlamrnalter: 16 bis 32 Tage)

Verunreinigung

I illricrte
liereich

me/1

I )un hschnill KcaMurabilroni
l!c;cich

nie/I

durch-chniti·
lieh cntlen,ι

TOC	(38 III)	-75.1
DOC	(13 41)	-30.3
HOI)	( 170-297)	20«
Gesamtes NM	(8.9-56.2)	24.6
Animoniak-N	(8-54.5)	22.8
Nitral-N	(0,9 2.6)	I.S4
S.S.	(67 195)	-122
V. S.S.	(46- 167)	K)-I
Trübheit	(45-125)	-76.7
Gesamte Coiil'orme	(2 x IO - 2 >. 1	0^s) -5 ■ I
N/HX)ml

') Ges.r lies N Ληιιιΐιιιιι.ι^ι-Ν plui Nilrat-N
I abelle I (lortsetzung)

C-14.8)
(8 -9.9)

(4.6- 15.3)
(0.5 8.2)
(2 8.6)
(3.8-i7)
(3-12)
(2.3-4.7)

9. S

■■- 6.45

-9.13

-2.9

86.9

84.5

92.5
93.2
96.2

\'crunrcinii:iinu

K l.ircr.ih^lnim
liereich Dur. I

liltncrtcr * hsi:

durchschnitt- Bereich
hch entlenii

I liiivli-chnni

durih-chniiilich cnilcrnl

TOC	(6 10.7)	-8.0	S9.3	(2.7-6.M	-4."	93.
DOC	(5.5-7.4)	-6.5	78.5	ι. Ι.6-4.4)		92."
BOD			-	(1.5-2.9)		98.9
Gesamtes N*)	(2.4-11.6)	-<7.5	69.5	(3.3-9." ι	-- 5.S	"6.-1
Ammoniuk-N	(0.3-1.9)	-■ .0.8	96.4	10.4-0.9)	---0.5	9".8
Nitrat-N	(2.^-11.3)	—--.(1.7	-	(3-9.4)		-
S.S.	(2.6-7)	-5.0	95.9	(0.2-3.1)1	] T
V. S.S.	il.l-l·,)	-4.2	95.9	(0.2- Lh)	-.ιΐ.ίι	99.4
Trübheit	(1.8-4.2)		%.7	(0.5- 1.2)	-•-θ. ■	99 -
Ciesamte C'olüorme				- I	S₁I)(Ml	99.9
N/100 ml
·) Ciesamtes N Ainnii	iim.ik-N nlu- Nilr,it-\

13 14

Libelle il

konzentration iun Verunreinigungen während der Behandlung (Schlammaller: 16 bis 60 Tage)

\ crunreinigung	Filtriertes .·'	Vtmass.r	68.6	Kliirerahslrnm	Durch	10.9	-	durch	Filtrierter	Abslrom	3,6	durch
	Bereich	Durch	29.0	Hereich	schnitt	6,7	<0.4	schnittlich	Bereich	Durch	1.7	schnittlich
		schnitt	117.5			5,2	entfernt		schnitt	2.6	entlernl
			24.9		nitj/l	1.1				<0.4
		mg/1	1.S4		6.4	84.1		mg/1	5.2	95
TOC	35-111	7.6	6-20	6.4	76.8	1.4-5.4	<0,l	94
DOC	15-46.5	35.!	5.4-8,8	j.i	-	0.7-4,4	5.3	98.5
BOD	55-297	115	-	2.68	98	< 1,0-5.3	1.3	>98.5
Ammoniak-N	8.9-54.5	94	< 0.4 -1,9	472	-	< 0.4-0.7	0.9	-
NO.-N	0.9-2.8	"'4	1.2-11.2		85.5	2.3-9,4	0.7	99
Organisches N	6.3-9.1	504	0.7-1.5		82.0	0-0,1	454	85
TN")	16.8-63.9		1.6-11.6	94.4	2.7-9.8		99
S.S.	46 -195	3.0-12.2	94.-¹	0-3.4		V-?
\ .S.S.	46- ιό"		96.3	0-3.3	99
Trübheit	45-125	1.6-1.2	6.3	0.5-1.2	10
(iesamlc	428-5"3	422-506		366-495
tie löste

Feststoffe

") TN Cies.initcr Stickslnll \mmon:.ik-N · Nitrjt-N - (iriMiiisches N.

Bezogen auf die vorangehenden experimentellen Band 40. Nr. 12, Seite 2040 (1968) beschrieben ist. unter

Resultate wurde ein Vergleich des crfindungsgeniäßen Berücksichtigung der wichtigsten Parameter durchge-

Verfahrens mil dem vorangehend diskutierten dreistufi- führt. Dieser Vergleich ist in der folgenden Tabelle III zu

gen biologischen System, das von Barth et al. JWPCF ersehen:

Tabelle III

Nrbeilscl.ikn I rfiiHliintsjieni.ii* Dreistufiges tv ιΙομίΜ/Ικ^

S>stem

(iesamle Verweil/eil iSttl.) 5.9-".13 |S

(Renktor. Klarer. Belüften

Belastung mit orii.inivi.hen Stoffen 104 - 20

(Ib HOD-Tag KK)(I en.IT an den

Reaktoren)

Schlammbiltlung 0 ·0.^ς

(Ib VSS/lb BOI) entfernt)

/\bslromi|tialilät (filtriert)

roe. mg/1 COl). mg/1 (icsamtL". N*^k) NIh-N. mg/1 Suspendierte I■'-'MsIoIIe

*) Hercchiiel .ms COD/1OC :.:.
"I Ciesaniles N Aiiiinoni.ik-S * NiU it N · ιιγι:.ιιιιμ.Ιι..> ¹^

Außerdeni ist beim crfinclungvgenia'Ben Verfall;·!! ilrilnti. Hie Vorteile il'S erfindiingsgenuilUπ Verfall

kein Methylalkohol und keine andere chemische rens sind aus der Tabelle III leicht ersichtlich lincrgiequellc für die Dcnilrifi/ieningsreaktion crfor

	.(,	'Is	einlernt	1".	2*)	¹ entlernt
3	I)	'Is	.(I	3 X		S.S.I
	;	Xs	.(1	■ 1.	7	X8.I
s	.4	'JX	.0	0.	4	Sd₁(I
Il	τ	<l<)	.s	I.	7	96.4
I				'(S 9

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung von Abwasser, welches biologisch abbaubares, kohlenstoffhaltiges Material und stickstoffhaltige Materialien in mindestens einer nitritischen, nitratischen, nicht-nitritischen oder nicht-nitratischen Form enthält, bei dem zunächst eine biologische Oxydation des biologisch abbaubaren kohlenstoffhaltigen Materials und Nitrifizierung von nicht-nitrischem und/oder nicht-nitratischem stickstoffhaltigem Material zu Nitrit und/ oder Nitrat und daran anschließend eine Denitnfizierung von nitritischem und/oder nitratischem stickstoffhaltigem Material zu stickstoffhaltigen Gasen durchgeführt wird und darauf aus dem so behandelten Abwasser/Schlamm-Gemisch Schlamm abgetrennt und das zumindest teilweise geklärte Wasser abgeführt wird, dadurch gekennzeichne ί daß die Oxydation, Nitrifizierung und Denitrifizierung zusammen in einem Behälter auf dem Strömungsweg des Abwasser/Schlamm-Gemischs durch diesen Behälter von oben nach unten durchgeführt wird, daß die künstliche Sauerstoffzufuhr zu dem Behälter allein über nach der Denitrifizierung abgetrennten, rückgeführten Schlamm, der während der Rückführung mit Sauerstoff behandelt wird, erfolgt, und daß die Menge des Sauerstoffs bzw. rückgeführten Schlamms so bemessen wird, daß der Sauerstoff im Abwasser/Srhlamm-Gemisch während des Durchgangs durch den unteren Behälterteil erschöpft wird.

2. Verfahren nach Anspruc.r I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm pulverisierte Aktivkohle mitführt.