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Verfahren zur schlamm-abwasser- aufbereitung, insbesondere zur entfernung stickstoff- und kohlenstoffhaltiger stoffe aus haushalts- und industrieabwaessern
DE2616212A1
Germany
- Other languages
English - Inventor
Jeremiah Patrick Casey - Current Assignee
- Air Products and Chemicals Inc
Description
translated from
Verfahren zur Schlamm-Abwasser-Aufbereitung, insbesondere zur
Entfernung stickstoff- und kohlenstoffhaltiger Stoffe aus Haushalts- und Industrieabwässern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schlamm-Äbwasser-Aufbereitung,
insbesondere zur Entfernung stickstoff- und kohlenstoffhaltiger Stoffe aus organischen, biologisch abbaubaren Materialien
in Haushalts- und Industrieabwässern.
In bekannten Belebtschlamm-Systemen werden Haushaltsabwässer, Abwässer
von Industrieanlagen oder daraus gemischte Abwässer mit Luft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen behandelt, wobei Mikroorganismen,
die durch den rückgeführten Belebtschlamm zugeführt werden, anwesend sein müssen, die das organische, biologisch abbaubare Material (BOD)
abbauen. Als Folge dieser Sauerstoffbehandlung in einer oder mehreren
Stufen wird die gemischte Flüssigkeit einem Absatz- oder Klärbehälter zugeführt, von welchem ein Teil des sich absetzenden Schlamms rückgeführt
wird, um die darin enthaltenen, die organischen Verunreini-
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gungen abbauenden Mikroorganismen zu erhalten. Die geklärte Flüssigkeit
vom Klärbehälter kann im allgemeinen nach einigen weiteren Säuberungs- oder DesinfiZierungsbehandlungen weiter verwendet werden.
Während früher Luft angewendet wurde, um den Belebtschlamm mit Sauerstoff anzureichern, der notwendig ist, um die Mikroorganismen
am Leben zu erhalten, werden in letzter Zeit häufiger in einer oder mehreren Oxidationsstufen Gase angewandt, die einen höheren Sauerstoffgehalt
aufweisen als die Luft mit einem Anteil von 21 %.
Ein Problem, welches in den letzten Jahren zu immer größerer Sorge
Anlaß gibt, ist die Efojtrophierung von Flüssen, Seen und Staubecken,
denen "gereinigte" Abwässer zugeführt werden, die einen hohen Nährstoffgehalt aufweisen, insbesondere biologisch wirksame Substanzen,
wie Stickstoff- und Phosphorverbindungen. Es wurden wirksame Mittel für die Entfernung von Phosphorverbindungen durch chemisches Ausfällen
gefunden, die vor, nach oder während der Behandlung zur Entfernung von organischen, kohlenstoffhaltigen Stoffen (BOD) Anwendung
finden. Der Aufwand für eine wirksame chemische Ausfällung ist jedoch groß und kostspielig. Die Entfernung von stickstoffhaltigen
Nährstoffen aus Abwässern war Gegenstand umfangreicher Forschungen in den letzten Jahren und es sind dazu eine Reihe verschiedener
Verfahren vorgeschlagen worden.
Verfahren, bei denen Ammoniak durch alkalisch gemachte Abwässer geleitet
werden, haben sich als unzulänglich erwiesen, da die Stickstoffverbindungen über die Atmosphäre zurück ins Grundwasser und
damit schließlich wieder ins Brauchwasser gelangen. Keines dieser oder anderer Verfahren führt zum gewünschten Ziel hinsichtlich der
Bau- und Betriebskosten, der Einfachheit und der Verläßlichkeit und
der Anpassungsfähigkeit an Schwankungen der Menge und der Zusammensetzung der Abwässer.
Zu den meist versprechenden Verfahren zur Entfernung des Stickstoffs
aus Abwässern gehört das sogenannte Nitrierungs- und Denitrierungsverfahren. Die Nitrierung bringt eine Oxidation der Ammoniumverbin-
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düngen im Abwasser zu Nitrit und/oder Nitraten (NO-) durch geeignete
Mikroorganismen mit sich. Nitrosomonase Bakterien bewirken
eine Umwandlung von Ammoniumverbindungen in Nitrit, die dann durch
Nitrobakterien zu Nitraten oxidiert werden. (A. L. Downing, H.A.
Painter, G. Knowles, 1964 Journal of the Institute of Sewage Purification, "Nitrification in the activated-Sludge Process",
S. 13o - 158)
Diese autotrophen Organismen benötigen anorganische Kohlenstoffverbindungen
für die ZeI!synthese und gewinnen die dazu erforderliche
Energie aus der Verbrennung anorganischer stickstoffhaltiger Verbindungen.
Da diese Organismen langsamer wachsen als heterotrophe Bakterien, welche verantwortlich für die Oxidation von kohlenstoffhaltigen
Verbindungen in einer biologischen Kläranlage, beispielsweise
einer Belebtschlammanlage, sind, ist die Entfernung der kohlenstoffhaltigen,
organischen, biologisch abbaubaren Stoffe (BOD) aus Abwässern vorgeschlagen worden und die Nitrierung von Ammoniumverbindungen
in getrennten Behandlungsstufen, in denen die gemischte
Flüssigkeit aus der BOD-Entfernungsstufe gezwungen wird, sich abzusetzen. Dieser abgesetzte Schlamm gilt als bakterienreich und nimmt
organische, kohlenstoffhaltige Stoffe auf und wird der ersten BOD-Entfernungsstufe
wieder zugeführt. Die Oberflächenflüssigkeit gelangt
zu einer zweiten Belüftungsstufe, in der sie mit sauerstoffhaltigen
Gasen behandelt wird, woraufhin sich in einer weiteren Behandlungsstufe Feststoffe absetzen, die zur zweiten Behandlungsstufe zurückgeführt
werden und die nitrierende Mikroorganismen enthalten.
Das Zweistufen-Belebtschlammverfahren mit garantiert vollständiger
Nitrierung, wie es vorgeschlagen wurde, beschrieben H. E. Wild, C. N. Sawyer und T. C. McMahon im Oktober 197o zur Water Pollution
Control Federation Conference, veröffentlicht im Journal WPCF 43,
No. 9, 1971, S. 1845 - 1854.
Wenn die Oxidation der Ammoniumverbindungen abgeschlossen ist, können die Endprodukte NO noch immer schädlich für das Wasser '
sein. Nitrate sind bevorzugte Grundlage für Algenwachstum. Außerdem
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können NO -Verbindungen zur Methämoglobinemie (blaue Babies) führen,
wie kürzlich H. I. Shuval und N. Gruener im Am. Journal of Public Health 62, No. 8, 1972, S. Io45-lo52 "Epidemiological and Toxicological
Aspects of Nitrates and Nitrites in the Environment" berichteten. Bei NichtVorhandensein von gelöstem gasförmigen Sauerstoff betrachten
viele Organismen, wie Pseudomonase Bakterien, Nitrat-Sauerstoff als
ein oxidierendes Mittel, d.h. formal gesehen, als einen Elektronen-Akzeptor.
Heterotrophe Organismen, die reichlich im Belebtschlamm vorhanden sind, zeigen Verfahren auf (Water Wasteland, by D. Zwick and M. Benstock
of Ralph Nader's Study Group on Water Pollution, Chapter 19, page 374, Bantam Book, 1972), in welchen der Schlamm mit Nitrat reduzierenden
Organismen zusammengebracht wird, um Nitrate in unschädliches Stickstoff
gas umzuwandeln.
Stöchiometrische Äquivalente aus Sauerstoff für die Nitrierung und
der Sauerstoff, der für die Denitrierung erforderlich ist, werden der Einfachheit halber wie folgt zusammengefaßt:
Nitrosomonase NH3 +3 (O)-*>
H2O + HNO2 (1)
Nitrobacter HNO2 + (O)-^-HNO3 (2)
zusammengefaßt also:
NH3 + 2o2 >
HNO3 + H2O (3)
wobei das stöchiometrische Verhältnis von 0/N 4,57 g/g entspricht.
Denitrierende Bakterien erfordern die folgende stöchiometrische Gleichung:
2HNO3—^ N2 + H2O + 5 (0) (4)
wobei das Verhältnis von 0/N = 2,86-g/g ist.
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Infolge der Valenzänderung beim Stickstoff können nur 62,5 % des
Sauerstoffs auf das ammoniakalische N^ übertragen werden, welches
als Elektronen-Akzepter bei der Nitrierung wirkt. Die Sauerstoff erfordernden Substanzen werden biologisch oxidiert, wobei Nitratsauerstoff
verwendet wird. Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) wird gemäß dem Verfahren, wie sie beschrieben sind in "Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater", 13. Auflage A.P.H.A., A.W.W.A. und W.P.C.F. Herausgeber, 1971 ermittelt, um
den Mikroorganismen ihren Bedarf an gelösten Sauerstoff- oder Nitrat-Sauerstoffgasen zuführen zu können, der ihrem Grundumsatz
entspricht.
Beispielhaft für die stufenweise Kombination der vorbeschriebenen Verfahren ist das sogenannte "Drei-Schlamm-System", welches separate
Stufen der kohlenstoffhaltigen BOD-Entfernung, Nitrierung und Denitrierung vorsieht, wobei jede Stufe eine nachfolgende Absetzstufe
mit unabhängiger Rückführung der Schlammkörper zu ihren Behandlungsstufen aufweist. Dieses System ist beschrieben bei MuIbarger,
M. C, in Journal WPCF, 43, No. lo, pp. 2o59 et seq., Oct. 1971.
Bei diesen beschriebenen Nitrierungs-Denitrierungs-Verfahren zum Entfernen der stickstoffhaltigen Stoffe aus Abwässern arbeitet
die Nitrierungsstufe unter aerobischen Bedingungen und die Denitrierungsstufe,
welche die zuvor gebildeten Nitrate und Nitrite zu freiem Stickstoff umwandelt, unter anaerobischen Bedingungen.
Während der Nitrierung werden Teile der organischen stickstoffhaltigen
Stoffe in Ammoniak umgewandelt, der dann weiter in Nitrite oder Nitrate überführt werden kann. Für eine wirksame mikrobiologische
Reduktion der Nitrate und Nitrite durch anaerobische denitrierende Bakterien müssen ausreichend organische Stoffe mit
assimilierbarem Kohlenstoff, d.h. also BOD, verfügbar sein, welche
die Energie zum Wachstum liefern.
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In üblichen Belebtschlammanlagen ist der verfügbare BOD meist schon
vor der Denitrierstufe oxidiert, so daß es notwendig ist, von außen
assimilierbaren Kohlenstoff, beispielsweise Methanol od.dgl., zuzufügen.
Spezielle Methanol anwendungen sind beschrieben in EPA Clean Water Water Pollution Control Research Series 17010DHT09/70 "Methanol
Requirement and Temperature Effects in Wastewater Denitrification".
Zu den Problemen bei verschiedenen Belebtschlammanlagen gehört die
Schlammverklumpung. Mit Luft arbeitende Belebtschlammanlagen arbeiten
oft unter diesen schlechten Bedingungen bei unzureichenden Schlammbeschaffenheiten. Auch mit Sauerstoff arbeitende Belebtschlammanlagen
zum Entfernen von BOD oder zur zusätzlichen Nitrierung sind diesem Problem gegenüber nicht immun (R. C. Brenner "EPA Experiences
in Oxygen Activated Sludge", October 1973 für das EPA Technology Transfer Design Seminar Program).
Weiterhin hatten Belebtschlammanlagen, die zur Entfernung von BOD
und zur Nitrierung und Denitrierung eingerichtet waren, unter
Schlammverklumpung zu leiden (EPA Blue Plains Anlage - D. F. Bishop
cit a}_, "Single Stage Nitrification-Denitrification", October 9, 1974,
7th Annual WPCF Conference, Denver, Colo.)·
Wegen der unzureichenden Ablagerungseigenschaften derartigen Schlamms
ist nicht nur eine extreme Reduzierung im Biomassekonzentrat des rückgeführten Schlamms für ein wirksames Arbeiten der Belebtschlammanlage
erforderlich, sondern es kann auch eine beachtliche Menge des Schlamms über das Wehr des Ablagerungsbeckens verlorengehen.
Die Schlammverklumpung ist von verschiedenen Forschern unterschiedlichen Faktoren zugeschrieben worden und entsprechend wurden unterschiedliche
Techniken vorgeschlagen, um dem entgegenzuwirken und sie zu verhindern. Einer der wichtigsten Faktoren, der entdeckt wurde
und die Schlammverklumpung hervorruft bzw. oder zumindest beiträgt,
ist das Vorhandensein fadenförmiger Mikroorganismen im Schlamm. Eine Lösung des Problems der selektiven Wucherung von fadenförmigen
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Bakterien in einer Belebtschlanm-Abwässer-Aufbereitungsanlage ist
in der US-PS 3 864 246 aufgezeigt. Hier werden die Eigenschaften des Schlamms in einer ersten Kontaktzone überwacht, in der die
Abwässer mit sauerstoffhaltigem Gas und rückgeführten Schlamm gemischt
werden, so daß Bedingungen entstehen, die günstig für die selektive Verbreitung von aktiver, sich schnell ablagernder, nicht
fadenförmiger Biomasse sind und gleichzeitig die Entwicklung der
unerwünschten, fadenförmigen Mikroorganismen verhindert wird. Diese günstigen Bedingungen für nicht verklumpenden Schlamm setzen die
Zugabe einer angemessenen Menge Nährlösung zur Biomasse in der ersten Mischstufe und das Vorhandensein von genügend gelöstem Sauerstoff
voraus.
Es ist nunmehr ein wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur
Aufbereitung städtischer und anderer Abwässer durch ein einfaches Belebtschlammsystem erfunden worden, bei dem die BOD-Entfernung,
Nitrierung und Denitrierung im wesentlichen durch eine biologische Behandlung in aufeinanderfolgenden, abwechselnd sauerstoffreichen
und sauerstoffarmen Behandlungszonen erreicht wird, ohne eine dazwischenliegende
Separation von Feststoffen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Nitrite und/oder Nitrate, die durch Oxidation
von ammoniakalisehen Substanzen in einer vorangehenden Sauerstoffzone
gebildet werden, in einer nachfolgenden, sauerstoffarmen Zone biologisch umgewandelt, um Stickstoffgas zu entfernen. Eine ausreichende
Sauerstoffanreicherung ist während der sauerstoffreichen Stufen vorgesehen,
um eine aktive, gemischte Biomasse zu erlangen, die sowohl den Abbau des BOD im Abwasser auf die erwünschten niedrigen Grenzwerte
als auch die Oxidation der ammoniakalisehen Substanzen gewährleistet.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Anordnung dergestalt, daß die organischen, kohlenstoffhaltigen Substanzen, die als Energiequelle
des Zellenstoffwechsels während der Denitrierung ganz oder
wesentlich durch nicht oxidierte, unverbrauchte BOD versorgt werden, die in dieser Stufe vorhanden sind, während die Nitrate und Nitrite,
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die während der Nitrierung entstanden sind, dazu beitragen, den Sauerstoff für die Verbrennung von BOD durch heterotrophe Mikroorganismen
zu liefern und die dabei zu elementaren Stickstoff (Denitrierung) reduziert werden und den gesamten Sauerstoffgehalt
herabsetzen, der im übrigen dem System zugeführt wird.
Erfindungsgemäß ist es in der Praxis üblich, daß die erste Behandlungsstufe,
in welcher der einströmende Abfall mit dem rückgeführten Schlamm vermischt wird, unter sauerstoffreichen Bedingungen
arbeitet, und zwar bei Vorhandensein einer angemessenen Zufuhr von gelöstem Sauerstoff. Während dieses ersten Kontakts ist
wichtig, Bedingungen aufrechtzuerhalten, um eine hohe Wachstumsrate für die selektive Produktion jener Art von Mikroorganismen
zu sichern, die eine Produktion von besonders kompaktem, dichten Schlamm bewirkt mit guten Setzeigenschaften. Die zweite Behandlungsstufe muß sauerstoffarm erfolgen, um die Denitrierung zu fördern.
In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung werden nur drei Behandlungsstufen oder Zonen angewandt, eine anfängliche sauerstoffreiche
Zone, gefolgt von einer mittleren sauerstoffarmen Zone und einer anschließenden sauerstoffreichen Zone. Diese können in ihrer
Kapazität variieren, wie noch beschrieben wird und jede einzelne Zone kann in Neben- oder Unterzonen unterteilt werden.
Vorzugsweise werden erfindungsgemäß mindestens vier aufeinanderfolgende
Behandlungszonen verwendet, in wechselnder Reihenfolge
eine sauerstoffreiche Zone, gefolgt von einer sauerstoffarmen.
Eine fünfte nachfolgende, belüftete Zone kann angewendet werden, um einen hohen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der behandelten
gemischten Flüssigkeit zu erhalten, die in den Klärbehälter gelangt und dabei dem Abfluß gelösten Sauerstoff zuführt.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird ein hoher Nitrierungsgrad erreicht,
wie später noch ausführlicher beschrieben wird und ein genügend hohes Biomasse-Nährlösungsverhältnis aufrechterhalten, um
in der ersten sauerstoffreichen Kontaktzone des Belebtschlamms
mit dem Abwasser oder in einer entsprechenden hydraulischen Unteroder
Nebenzone eine selektive Fortpflanzung von hochaktiver, nicht fadenförmiger Biomasse sicherzustellen, die einen kompakten, dichten,
sich nach unten absetzenden Schlamm erzeugt (Levenspiel, "Chemical Reaction Engineering", John Wiley & Sons, N. Y. 1962, pp. 242 - 3o8).
Bei Aufrechterhaltung einer relativ kurzen Verweil zeit in der ersten
sauerstoffreichen Behandlungszone, wie dies in einer alternativen
Ausführungsform der Erfindung der Fall ist, kann eine vollständige Oxidation des BOD vermieden werden, so daß die gemischte Flüssigkeit,
die diese Zone verläßt, einen relativ hohen spezifischen Sauerstoffbedarf aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem einzelnen Behandlungsbecken ausgeführt werden, welches abwechselnd in sauerstoffreiche
und sauerstoffarme Zonen unterteilt wird, wobei die ungeraden Zonen
sauerstoffreich und die geraden Zonen sauerstoffarm sind. Aus der letzten Behandlungszone fließt die gemischte Flüssigkeit in einen
Klärbehälter, aus welchem mindestens ein Teil des abgesetzten
Schlamms zur ersten Sauerstoffbehandlungszone zurückgeführt wird.
Mikroorganismen mit NO , welche für die biologische Denitrierung erforderlich sind, können durch die Rückführung eines Teils der
gemischten Flüssigkeit von mindestens einer stromabwärts gelegenen sauerstoffreichen Behandlungszone gewonnen werden, zumindest für die
erste sauerstoffarme Behandlungszone und, falls gewünscht, für andere
sauerstoffarme Behandlungszonen. Alternativ können beide, die BOD
und die Mikroorganismen für die Denitrierung ergänzt werden durch
Absonderung eines Teils des vom Klärbehälters rückgeführten Schlamms
zu mindestens einer NO- enthaltenden sauerstoffarmen Zone. In
einer weiteren Ausführungsform wird sowohl der innere Rücklauf der
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gemischten Flüssigkeit von einer oder mehreren sauerstoffreichen
Zonen zu einer sauerstoffarmen Zone bzw. Zonen zusätzlich angewendet,
um den Rücklauf des abgesetzten Schlamms vom Klärbehälter so zu
trennen, daß ein Teil zur ersten sauerstoffreichen Zone fließt und
der andere zu einer oder mehreren sauerstoffarmen Zonen, was den Kontakt mit dem NO - verbessert, als auch denitrierende Mikro-Organismen
in Gegenwart der BOD.
In der Beschreibung der Erfindung wird vorzugsweise von sauerstoff
reichen und sauerstoffarmen Zonen oder Stufen gesprochen und davon abgesehen, die in der Literatur gebräuchlichen Ausdrücke,
wie beispielsweise aerobisch und anaerobisch, zu verwenden. Die Ausdrücke sauerstoffreich und sauerstoffarm lassen deutlich erkennen,
wie .der wechselweise Behandlungsablauf in den Zonen oder
Stufen mit ihrem gelösten freien Sauerstoffgehalt vor sich geht, ob dieser freie Sauerstoff auf das Vorhandensein atmosphärischer
Luft oder eines anderen Gases mit größerem Sauerstoffgehalt als 21 % basiert. Somit bezieht sich der Ausdruck "sauerstoffarm" hier
auf einen niedrigen Sauerstoffdruck, gewöhnlich 3 mg/1 D.O., bei welchem Nitrate und Nitrite in Stickstoffgas durch Anaerobie
umgewandelt werden ("Factors Affecting Biological Denitrification of Wastewater" von R. N. Dawson and K. L. Murphy, zur International
Water Pollution Research Conference, Session 15, Paper No. 31 und danach veröffentlicht von Pergamon Press). Entsprechend bedeutet
der Ausdruck "sauerstoffreich" einen ausreichend hohen Sauerstoffdruck, gewöhnlich 1 mg/1 D.O., wobei Bakterien, die im Schlamm
vorhanden sind, die stickstoffhaltigen Verbindungen in Nitrite und/oder Nitrate umwandeln. Eine Umwandlung über 1 mg/1 D.O. ist
nicht festgestellt worden und die Arbeitsweisen sind gewöhnlich so abgestimmt, daß ein Gehalt an freiem Sauerstoff von mindestens
2 mg/1 D.O. aufrechterhalten wird, wie die oben zitierten Downing,
Painter, Knowles, Wild, Sawyer und McMahon beschreiben.
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-π- ?61B?1?
Die Arbeitsweise, zusätzliche Ausführungsformen und weitere Vorteile
der Erfindung werden im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Flußdiagramm der einfachsten
Ausführungsform mit einer sauerstoffarmen Zone zwischen zwei sauerstoffreichen Zonen;
Fig. 2 ein schematisches Flußdiagramm einer anderen Ausführungsform mit einer sauerstoffarmen Zone
zwischen zwei sauerstoffreichen Zonen;
Fig. 3 ein schematisches Flußdiagramm einer weiteren Ausführungsform mit den gleichen Merkmalen wie
Fig. 1 und 2;
Fig. 4 ein schematisches Flußdiagramm der Laboreinrichtung,
mit der verschiedene Testläufe durchgeführt wurden;
Fig. 5 ein schematisches Flußdiagramm einer Laboreinrichtung,
mit der weitere experimentelle Durchläufe ausgeführt wurden;
Fig. 6 ein schematisches Flußdiagramm einer Laboreinrichtung,
mit der eine ausgedehnte Serie experimenteller Durchläufe ausgeführt wurden und
Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf eine vollständige,
erfindungsgemäße Anlage in bevorzugter Ausführungsform.
In den Zeichnungen wurde konventionelles Zubehör und Ausrüstungen,
wie Filterkerzen, Pumpen, Ventile, Rüttler, Wassersprengapparate,
Belüfter etc., größtenteils fortgelassen, da diese in ihren unter-
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schied!ichen Formen hinlänglich bekannt sind und sich die Erfindung
nicht auf sie bezieht.
Gemäß Fig. 1 ist ein einziges Behandlungsbecken dargestellt, welches
in drei separate Behandlungszonen oder Kammern 11, 12 und 13 unterteilt
ist. Zonen 11 und 13 sind abgedeckt und abgeschlossen, wobei aber ein begrenzter Flüssigkeitsstrom aus der Kammer 11 und von der
Kammer 12 zu Kammer 13 möglich ist. Kammer 12 ist vorzugsweise nach außen hin geschlossen, um eine Sauerstoffzufuhr von der sie umgebenden
Luft über die Flüssigkeitsoberflache zu verhindern. Das zu behandelnde
Abwasser wird in die Zone 11 durch die Leitung 15 eingeführt. Die so in die Zone 11 eingeführten Abwässer stammen vorzugsweise
aus konventionellen Senkgruben oder Klärbehältern (nicht dargestellt)
und enthalten kohlenstoffhaltige organische Stoffe (BOD) und stickstoffhaltige
Materialien. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch direkt für das gesamte Rohabwasser angewendet werden, welches vorher
nicht durch Klären, Sieben, Entsanden, Entfetten od.dgl. gereinigt
wurde, also für Abwasser, die noch alle erdenklichen Abfall stoffe
enthalten, die sonst üblicherweise in einer Vorbehandlung entfernt werden.
Sauerstoffreiches Gas, welches vorzugsweise 5o % oder mehr Sauerstoff
enthält, wird der Zone 11 durch die Leitung 16 zugeführt, wobei besondere Vorrichtungen vorgesehen sind, die eine gründliche
Durchmischung der Flüssigkeit in Zone 11 mit dem Gas bewirken, wie später noch ausführlich beschrieben wird. In der Trennwand 17, die
die Zonen 11 und 12 voneinander trennt, können eine öffnung, wie bei 18 angedeutet, oder andere Leitungen vorgesehen werden, die
einen geringen Flüssigkeitsstrom von Zone 11 in die Zone 12 zulassen,
über dem Flüssigkeitsniveau der Zone 11 befindet sich ein gassammelnder
Raum, aus dem sauerstoffreiches Gas durch die Leitung entzogen und der geschlossenen Zone 13 zugeführt wird.
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In der Zone 12 wird der in der Flüssigkeit vorhandene gelöste Sauerstoff
der Zone 11 durch mikrobiologischen Verbrauch reduziert, wobei
in der Zone 11 sauerstoffarme Bedingungen aufrechterhalten werden.
Falls es erwünscht oder wirtschaftlich ist, kann Stickstoff oder
ein anderes inertes Gas der Flüssigkeit in Zone 12 zugeführt werden, um die Verminderung des gelösten Sauerstoffniveaus durch Verdünnung
zu beschleunigen. Ob eine GasVerdünnung erfolgt oder nicht, bleibt
die Zone 12 vorzugsweise zur Atmosphäre hin geschlossen, es sind aber Mittel vorgesehen, um Gas aus dieser Zone ausströmen zu lassen.
Ein entsprechend niedrig gehaltenes Niveau an gelöstem Sauerstoff ist erforderlich zur Aufrechterhaltung sauerstoffarmer Bedingungen
in dieser Zone.
Die behandelte Flüssigkeit der Zone 12 wird von dieser in eine angrenzende sauerstoffreiche Zone 13 durch Leitungen oder eine
öffnung 21 in der die beiden Zonen voneinander abgrenzenden Trennwand
22 geleitet. In der Zone 13 wird die Flüssigkeit gründlich mit sauerstoffreichem Gas vermischt, welches durch die Leitung 19 zugeführt
wird, die das Abflußgas aus Zone 11 befördert. Dieser Leitung kann erforderlichenfalls ein Sauerstoff anreicherndes Gas zugeführt
werden. Das zugeführte Gas wird in dem Raum über dem Flüssigkeits'niveau in der Zone 13 gesammelt und durch die Leitung
23 entzogen. Ein Teil der mit Sauerstoff angereicherten, gemischten Flüssigkeit der Zone 13 wird zur sauerstoffarmen Zone 12 durch die
Leitung 24 rückgeführt, während der Rest durch die Leitung 25 in einen konventionellen Absetzbehälter oder einen zweiten Klärbehälter
26 entleert wird.
Im Klärbehälter 26 wird die behandelte Flüssigkeit getrennt in Bodenschlamm, der die abgesetzten Feststoffe enthält und in die
darüber geschichtete, geklärte Flüssigkeit. Sie wird durch die Leitung 27 abgeführt, während der Bodensatz durch die Leitung 28
entzogen wird, wobei mindestens ein Teil davon zur Zone 11 rückgeführt wird, die somit mit Belebtschlamm versorgt wird, der die benötigten
Mikroorganismen enthält, die in den Zonen 11, 12 und 13 gebraucht werden, um dort die biologischen Vorgänge aufzunehmen
und zu fördern.
B fi 'Ι Π 4 3 / 1 1 Ü B
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In Fig. 2 sind, wie in den nachfolgenden Figuren, ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet. In der
Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Zone 11 durch eine Wand 3o in separate Kammern 11a und 11b aufgeteilt. Die Kammer 11a ist im
Vergleich zur Kammer 11b relativ klein. Der Flüssigkeitstransport von 11a nach 11b kann durch die 'Öffnung 31 in der Wand 3o unterhalb
des Flüssigkeitsniveaus oder durch andere Leitungs-, Steuer- oder Rückmischungsvorrichtungen erfolgen, über dem Flüssigkeitsniveau
ist eine kleine 'Öffnung 32 in der Wand 3o vorgesehen, damit Gase aus
der Kammer 11a in die Kammer 11b gelangen können. Anstelle der öffnung
32 in der Wand 3o über dem Flüssigkeitsniveau kann eine besondere Gasleitung vorgesehen sein, die beide Kammern verbindet. Das Gas aus
der Kammer 11b wird zusammen mit der darin befindlichen Flüssigkeit in eine Kammer 35 geleitet, die zur Atmosphäre hin geöffnet ist.
In der Kammer 35 wird Gas, welches gelösten Sauerstoff enthält,
der Flüssigkeit entzogen, so daß ein niedriger Gehalt an gelöstem Sauerstoff entsteht. Diese Flüssigkeit strömt dann in die geschlossene,
sauerstoffarme Behänd!ungskammer 36. Vorzugsweise ist die Kammer
in eine Vielzahl voneinander getrennten Unterkammern oder Abteilungen unterteilt. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind drei solcher Unterkammern
oder Abteilungen vorgesehen und mit 36a, 36b, 36c bezeichnet, wobei
jeweils enge Verbindungsöffnungen vorgesehen sind. Stickstoff oder andere inerte Gase werden nach oben durch die Flüssigkeit in jeder
Abteilung der Kammer 36 zugeführt, um eine Durchmischung der Feststoffe zu erreichen und um sauerstoffarme Bedingungen aufrechtzuerhalten.
Das Mischgas wird durch die Leitung 38 abgelassen. Reines Gas wird von der Zweigleitung 37 in die Kammer 35 durch eine Nebenleitung
34 geleitet, um den Sauerstoffentzug der Flüssigkeit in die Atmosphäre zu unterstützen sowie das Durchmischen der Feststoffe in
der Flüssigkeit und das Erreichen sauerstoffarmer Bedingungen zu beschleunigen, bevor die Flüssigkeit in die Kammer 36 abfließt. Es
ist wichtig, daß der Wechsel von den sauerstoffreichen Bedingungen, denen die Abwasser zuletzt in der Kammer 11 ausgesetzt waren, zu
den sauerstoffarmen Bedingungen, denen die Abwasser anschließend
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ausgesetzt werden, rasch abgeschlossen wird, um die Entstehung von übergangszuständen mit gelöstem Sauerstoff in der Kammer 35
zu vermeiden, um eine Wucherung von fadenförmigen oder anderen Organismen zu vermeiden, die eine erhebliche Oberfläche im Verhältnis
zum Volumen haben.
Aus der letzten Abteilung der Kammer 36 wird die Flüssigkeit
durch bereits oben beschriebene Flüssigkeitstransportmittel in eine offene sauerstoffreiche Behandlungszone 4o geleitet, wo sie
mit Luft oder anderen sauerstoffreichen Gasen belüftet wird, wie
es bereits bekannt ist. Die behandelte Flüssigkeit wird von der Kammer 4o durch die Leitung 41 in einen Klärbehälter 26 geleitet.
Gemäß Fig. 2 wird jedoch der rückgeführte Schlamm in der Leitung 29 aufgeteilt, so daß nur ein Teil des rückgeführten Schlamms
zur ursprünglichen sauerstoffreichen Behandlungszone 11 zurückgebracht
wird. Der Rest wird durch die Leitung 42 zur Kammer 35 rückgeführt.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 stellt die Behandlung in den
Kammern 11a und 11b die erste sauerstoffreiche Behandlungsstufe
dar, die in den Kammern 35 und 36 die dazwischenliegende sauerstoffarme
Stufe und die Belüftung in der Kammer 4o die letzte sauerstoffreiche Stufe. Bei beiden Ausführungsformen gemäß Fig.
1 und 2 erfolgt die Denitrierung durch Zusammenbringen von Bedingungen in einer sauerstoffarmen Zone, die die Umwandlung von
Nitraten und Nitriten in ein unschädliches Stickstoffgas begünstigen.
Solche günstigen Bedingungen schließen das gleichzeitige Vorhandensein von
a) einer Quelle assimilierbaren Kohlenstoffs, die die notwendige Energie für den Zeil aufbau liefert,
b) verfügbare^Nitrite^und/oder Nitrate^und
c) denitrierenderBiomasse ein.
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Bei Ausführungsformen, denen nur eine relativ kurze sauerstoffreiche
Stufe der ersten sauerstoffarmen Zone vorausgeht, werden NO -Erfordernisse ergänzt durch die Rückführung von gemischter
Flüssigkeit von einer sauerstoffreichen Zone (wie in Fig. 1 dargestellt);
diese Flüssigkeit enthält NO- und auch aktive Biomasse.
Andererseits ist bei einer ausreichend langen sauerstoffreichen
Stufe gemäß Fig. 2 und konsequenter Zufuhr von NO - bei gleich-
zeitigem Fluß gemischter Flüssigkeit von einer vorausgegangenen sauerstoffreichen Stufe ein solcher innerer Kreislauf von gemischter
Flüssigkeit zu einer sauerstoffarmen Zone von einer stromabgelegenen sauerstoffreichen Stufe nicht nötig, aber es ist wichtig, BOD und
aktive Biomasse der sauerstoffarmen Zone zuzuführen. Dieser Vorgang ist nach Rückführung des im Klärbehälter abgesetzten belebten
Schlamms abgeschlossen.
Obwohl in der dargestellten Ausführung die Kammer 4o zur Atmosphäre
hin offen wird, kann, falls erwünscht, eine geschlossene Kammer verwendet werden, die mit Vorrichtungen zur Zufuhr sauerstoffenthaltender
Gase versehen ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird ebenfalls eine erste
sauerstoffreiche Behandlungszone, die Kammer 5o, eine folgende
sauerstoffarme Behandlungszone, bestehend aus zwei geschlossenen,
mit jeweils einer öffnung versehenen Kammern 51 und 52 angewendet.
Eine aus der Kammer 53 gebildete, sauerstoffreiche Behandlungszone
schließt sich an. Alle Kammern sind in der angegebenen Reihenfolge
untereinander verbunden. Die Kammer 52 kann unterteilt bzw. aufgeteilt werden in eine Vielzahl von Abteilungen oder Unterkammern,
die ebenfalls untereinander in Verbindung stehen. In der dargestellten Ausführung werden drei solcher Abteilungen oder Unterkammern
mit 52a, 52b und 52c bezeichnet. Ähnlich kann die Kammer 53 in eine Vielzahl von Ab-teilungen oder Unterkammern unterteilt
werden. In der dargestellten Ausführungsform sind vier solcher
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Abteilungen, nämlich 53a, 53b, 53c, 53d, vorgesehen. In die
Kammer 5o wird über die Leitung 16 sauerstoffreiches Gas eingeführt
und das Gas, welches sich über dem Raum des Flüssigkeitsspiegels in der Kammer 5o sammelt, wird in die Kammer 53 durch die
Leitung 19 weitergeleitet. Wie in der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 wird die gemischte Flüssigkeit aus der sauerstoffreichen
Behandlungszone, der Kammer 53, vorzugsweise aus deren letzten
Abteilung zu der vorangehenden sauerstoffarmen Behandlungszone,
Kammern 51 und 52, rückgeführt. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird Flüssigkeit von der letzten Abteilung 53d zur Kammer 51 durch die
Leitung 24 rückgeführt. Die verbleibende Flüssigkeit aus der
Abteilung 53d fließt in eine offene sauerstoffarme Kammer 54,
in welcher der in der Flüssigkeit gelöste Sauerstoff entzogen wird, um dann weiter in die folgende offene Kammer 55 zu fließen,
in welcher die Flüssigkeit mit Luft oder anderem sauerstoffhaltigen Gas behandelt wird, um jeden noch so kleinen Anteil noch vorhandenen
Ammoniums umzuwandeln und den Abfluß mit gelöstem Sauerstoff zu versehen. Durch die Zufuhr von Sauerstoff in der letzten Behandlungskammer 55 wird der Sauerstoffgehalt der Flüssigkeit auf das erforderliche
hohe Niveau gebracht, bevor die Flüssigkeit in den Klärbehälter 26 weitergeleitet wird.
Nach der letzten sauerstoffreichen Behandlung in der Kammer 55 fließt
die Flüssigkeit in einen zweiten Klärbehälter 26, damit sich die Feststoffe im Schlamm absetzen können. Der abgesetzte Schlamm wird
teilweise durch die Leitung 29 der Kammer 5o zugeführt und teilweise zu sauerstoffarmen Zonen rückgeführt, nämlich den Kammern 51 und
durch die Leitung 59 bzw. 6o.
Stickstoff oder andere inerte Gase werden durch eine Leitung 61 in
die Kammern 51 und 52 geleitet und von dort durch Leitungen 62 und 62c wieder abgezogen. Falls die Kammer 52 in eine Vielzahl von
Abteilungen aufgeteilt ist, kann jede einzelne dieser Abteilungen
mit separaten Vorrichtungen für die Zufuhr von inerten Gasen von
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einer gemeinsamen Rohrverzweigung aus ausgestattet werden, wobei
jede einzelne Vorrichtung mit gesondertem Gasabzug aus jeder Abteilung ausgestattet sein kann. Die folgenden Abteilungen können
mit engen Öffnungen in den Trennwänden oder mit anderen Leitungsvorrichtungen
ausgestattet sein, wobei das inerte Gas einer ersten oder letzten Abteilung dieser Serie zugeführt und der Abteilung
am gegenüberliegenden Ende dieser Serie entzogen werden kann. Wie die Kammern 52 und 53 kann auch die Kammer 54 in eine Vielzahl von
aufeinanderfolgenden Abteilungen in der Flüssigkeitsverbindung unterteilt werden.
In allen beschriebenen Ausführungsformen, ob eine gemischte Flüssigkeit
von einer stromabgelegenen sauerstoffreichen Zone zu einer vorangehenden sauerstoffarmen Zone (wie in Fig. 1) zurückgeführt
wird oder ein Teil des rückgeführten Schlamms von einer einem zweiten Klärbehälter zu einer sauerstoffarmen Zone zurückgeführt
wird (wie in Fig. 2), oder ob beides, der rückgeführte Schlamm und die gemischte Flüssigkeit, angewandt werden (wie in der Ausführungsform
gemäß Fig. 3 dargestellt ist), ist es wichtig, daß der Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der ersten sauerstoffreichen
Zone oder Unterzone, in welcher der rückgeführte Schlamm zuerst mit Abwässerzuflüssen gemischt wird, mindestens 2 ppm beträgt.
In den folgenden sauerstoffreichen Zonen kann ein niedriger Sauerstoffgehalt
auftreten, solange sauerstoffreiche Bedingungen zufriedenstellend
gewährleistet sind. Um diese Bedingungen in sauerstoffreichen Stufen oder Unterstufen zu erfüllen, darf der Sauerstoffgehalt
hinter dem hydraulischen Abschnitt, in dem der erste
Kontakt stattfindet, nicht unter ca. 1 ppm abfallen. Vorzugsweise
sollte er um etwas über 1 ppm in jeder sauerstoffreichen Zone,
in welcher eine Nitrierung erfolgt, gehalten werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 1, insbesondere bei
relativ schwachen verschmutzten Abwässern, kann der BOD-Gehalt der
gemischten Flüssigkeit bei Behandlung in einer sauerstoffarmen Stufe
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nicht ausreichend sein, um die für die Erhaltung der biologischen
Reaktionen erforderliche Menge assimilierbaren Kohlenstoffs zu liefern, die die Reduktion des NO- bewirken. Eine Möglichkeit
der Kohlenstoffzufuhr in der sauerstoffarmen Stufe ist durch die
Rückführung eines Teils von BOD enthaltendem rückgeführten Belebtschlamm
zu dieser Stufe gegeben. Alternativ kann der assimilierbare Kohlenstoff durch Zuführung ursprünglichen Schlamms ergänzt
werden. Eine weitere Alternative besteht darin, daß die Rückstände
durch Zufügung organischer Verbindungen, wie Methanol, in der sauerstoffarmen Stufe bereits biologisch abgebautem Azetat oder durch
lösliche Kohlenstoffsubstrate ergänzt werden.
Eine Serie experimenteller Durchläufe wurde in einer Laborvorrichtung
nach Fig. 4 durchgeführt bei einer Füllung von 46, 5 Litern, wobei eine erste sauerstoffreiche Zone A von 1,5 Litern vorgesehen
war, gefolgt von einer sauerstoffarmen Behandlungszone B mit fünf Abteilungen 1 bis 6 mit jeweils 3, 6, 6, 6 und 9 Litern
Inhalt und einer folgenden zweiten sauerstoffreichen Zone C mit vier Abteilungen 7 bis Io mit jeweils 3, 3, 4, 5 und 4,5 Litern
Inhalt. Der Inhalt des Klärbehälters betrug 17,5 Liter. Die frische Beschickung der Vorrichtung bestand aus dem Abwasserabfluß aus dem
ersten Klärbehälter der städtischen Abwässer-Kläranlage in Easton, Pa. In dieser Durchlaufserie von A bis F der Tabelle 1 wurde eil Teil
der gemischten Flüssigkeit von der letzten sauerstoffreichen Abteilung
Io der Anordnung rückgeführt zur ersten Abteilung 2 der sauerstoffarmen
Stufe. Bei diesen Versuchsdurchläufen wurde nicht versucht, ein Optimum der Stickstoffentfernung aus Abwässern zu erreichen.
In den Durchläufen A und B .wurde keine externe Kohlenstoffquelle
der Abwasserbehandlung zugefügt. In den Durchläufen E und F wurde
kohlenstoffhaltiges Material (Natrium Azetat) den sauerstoffarmen Stufen direkt zugefügt (Kammer 2), während in den Durchläufen C und D
das kohlenstoffhaltige Material der ersten Kontaktstufen (Kammer 1) beigefügt wurde.
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Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß in allen Durchläufen eine
Entfernung des Stickstoffgehaltes von etwa 99 % oder mehr erreicht
wurde, was zeigt, daß eine wirksame Nitrierung stattfand. Ebenso betrug die Gesamt-BOD-Entfernung in allen Durchläufen 95 % oder
mehr (gefilterte Basis) und es wurde ein Schlamm mit guten Absetzeigenschaften gewonnen. Beim Vergleich der völligen Stickstoffentfernung
der Durchläufe A und B mit denen der anderen Durchläufe
zeigt, daß bei der ziemlich niederigen BOD-Konzentration der zufließenden
Abwasser nach der ersten Sauerstoffbehandlung nicht genügend
Kohlenstoff für die Denitrierung in der nächsten sauerstoffarmen Zone B ergänzt wird.
Bei überprüfung der Daten in der Tabelle 1 sind folgende Beobachtungen
erkennbar. Beim Vergleich der Durchläufe A und B ist erkennbar, daß mit dem doppelten internen Rücklaufverhältnis der Stickstoffgehalt
im Abfluß der sauerstoffarmen Behandlung (Abteilung 6) im Durchlauf B wesentlich geringer war, obgleich der Ammonium-Sticks
to ff gehalt des Einlaufs um 17 % höher war. Dies demonstriert
die mögliche, höhere Stickstoffentfernung bei einem höheren internen Rücklaufverhältnis bei einem Drei-Stufen-System. Beim Vergleich
der Resultate der Durchläufe C und D mit denen von A und B ist erkennbar,
daß der Einfluß von höher löslichem BOD im Zufluß manifestiert ist, ebenso der Vorteil des höheren internen RücklaufVerhältnisses
(D gegenüber C).
In den Durchläufen E und F wurde der Gehalt von löslichem BOD beim
Zufluß nicht erhöht, aber es wurde lösliches BOD, wie Natrium Azetat, der sauerstoffarmen Stufe beigefügt und es wurde eine verbesserte
Gesamtdenitrierung erreicht. Auch hier wieder wird der
Effekt des höheren internen Rückführungsverhältnisses durch den bedeutend geringeren Ammonium-Stickstoff gehalt (3,8 gegenüber 6,3 mg/1)
im Abfluß aus der sauerstoffarmen Behandlungszone (Abteilung 6) gezeigt.
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?616212
Der Gehalt an löslichem BOD im Abwasserzufluß in den verschiedenen
Durchlaufen nach Tabelle 1 ist niedrig und der Ammonium-Stickstoffgehalt
ziemlich hoch für einen Zufluß mit derartig niedrigem BOD-Gehalt.
Vorzugsweise wird bei Abwässern mit solchen Charakteristiken zusätzlicher Kohlenstoff von außen direkt zur sauerstoffarmen Behandlungszone
zugesetzt, um, falls gewünscht, eine optimale Stickstoffentfernung zu erzielen. Andererseits, wie im Durchlauf D gezeigt,
wird eine zusätzliche Kohlenstoffzuführung nicht benötigt,
um einen höheren Prozentsatz des gesamten Stickstoffs zu entfernen, wenn eine angemessene Zufuhr von löslichem BOD am Abwasserzufluß
erfolgt.
Mit der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 2 wurden eine
Reihe von Durchläufen durchgeführt, wobei zusätzliche Biomasse der
Denitrierungszone durch Rückführung eines Teils des Schlamms vom Klärbehälter zur sauerstoffarmen Behandlungszone zugeführt wurde.
Die entsprechende Anordnung der Laborvorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt.
Die verwendete Laborvorrichtung weist eine erste sauerstoffreiche
Behandlungsstufe A, eine zweite sauerstoffarme Stufe B und eine abschließende
sauerstoffreiche Stufe C auf. Jede der Stufen A und B
wurde unterteilt, Stufe A weist dabei fünf Abteilungen 1 bis 5 und Stufe B ebenfalls fünf Abteilungen 6 bis Io auf. Die relativen
Kapazitäten der verschiedenen Stufen und Abteilungen sind der Tabelle 3 zu entnehmen. Die Beschickung der Anlage erfolgte aus
dem ersten Klärbehälter der städtischen Kläranlage von Easton, Pa.
Repräsentative Daten einer Anzahl verschiedener Durchläufe, die
unter den geschildeten Arbeitsbedingungen gemacht wurden, sind in der Tabelle 2 zusammengestellt. Diese Durchläufe wurden in erster
Linie durchgeführt, um Informationen für die Ausführbarkeit des gesamten Verfahrens zu sammeln, bei welchem Schlamm aus dem zweiten
Klärbehälter rückgeführt und der Biomasse der sauerstoffarmen Behandlungszone beigefügt wurde, um so die Wirksamkeit verschiedener
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- 22 - y 6 1 R ? 1
Verfahrensvarianten zu bestimmen. Wie in der Tabelle gezeigt wird,
wird eine ausgezeichnete Entfernung des Stickstoffs in allen Durchläufen
erreicht, was darauf hindeutet, daß eine annähernd vollständige Denitrierung in der sauerstoffreichen Zone A gegeben war. Eine
gute BOD-Entfernung in der Größenordnung von 9o % oder mehr wurde in allen Durchläufen erreicht, mit Ausnahme von Durchlauf L. In diesem
Durchlauf ist ein ziemlich großer Anteil Abfallschlamm der sauerstoffarmen
Stufe beigefügt worden, so daß mit der sehr kleinen folgenden
sauerstoffreichen Reinigungsstufe nur unzureichende Bedingungen
für eine Entfernung des BOD vorhanden waren. Diese Durchläufe demonstrieren weiterhin, daß zum Erreichen einer hohen Denitrierung
eine angemessene Versorgung einer Reduktionsquelle in der sauerstoffarmen
Stufe bzw. Stufen gegeben sein muß. Solche Reduktionen können durch eine interne Quelle erfolgen, die einen endogenen Sauerstoffbedarf
haben oder durch den BOD-Gehalt des Abwasserzuflusses oder
durch BOD vom rückgeführten Schlamm des ersten und/oder zweiten Klärbehälters. Dort, wo das lösliche BOD/NH -N-Verhältnis des Abwasserzuflusses
relativ niedrig ist, im Verhältnis von etwa 2 und darunter, kann es erforderlich sein, der sauerstoffarmen Zone von einer externen
Quelle Kohlenstoff direkt zuzuführen, in Form von löslichen organischen Verbindungen, wie Methanol, Natrium Azetat o.a.
Beim Vergleich der Durchläufe G und H zeigt sich, daß mit einem
stärkeren Zufluß (Gesamt-BOD und lösliches BOD) eine verbesserte Entfernung des gesamten Stickstoffs erfolgt und daß der NO -Stickstoffgehalt
des rückgeführten Schlamms erheblich reduziert wurde (2,o gegenüber lo,4 mg/1). Der Durchlauf I zeigte jedoch mit Durchlauf
H vergleichbare Resultate, obwohl ein schwächerer Abwasserzufluß in der letztgenannten Instanz verwendet wurde. Es hat daher
den Anschein, daß der gegenteilige Effekt bei schwächerem Zufluß
durch das Erhöhen des Anteiles von rückgeführtem Schlamm kompensiert
werden kann, relativ zum Zufluß zur sauerstoffarmen Stufe. Durch
Erhöhen des BOD-Gehalts, z.B. durch Zufügen von löslichem Azetat direkt zur sauerstoffarmen Stufe, kann der Zeitraum des Zufließens
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in die sauerstoffarme Stufe reduziert werden, wie aus Durchlauf erkennbar, und gleichzeitig kann eine ausgezeichnete Gesamtentfernung
des vorhandenen Stickstoffes erreicht werden. Bei einer geringeren Verweildauer in der sauerstoffarmen Stufe, Durchlauf K,
kann der erwünschte hohe Grad der Denitrierung nicht erreicht werden, wenn nicht eine ausreichende Quelle von kohlenstoffhaltigem
BOD in dieser Stufe vorhanden ist. Im Durchlauf L, in der der ursprüngliche,
Ammoniak enthaltende Abfall schlamm der sauerstoffarmen
Stufe beigefügt wurde, ist die gesamte Stickstoffentfernung nicht so zufriedenstellend, wie die im Durchlauf K erreichte.
Andererseits, ohne Hinzufügen von rückgeführtem Belebtschlamm zu der sauerstoffarmen Zone, wird im Durchlauf M nur eine sehr mäßige
Stickstoffentfernung erreicht, trotz der Beifügung von ursprünglichem
Abfall schlamm in diese Zone. Ursprünglicher Abfall schlamm
als Quelle für Kohlenstoff kann nur empfohlen werden, wenn das BOD/NHo-Verhältnis darin gleich oder höher ist als das des Abwassers.
In allen Durchläufen G bis M, welche nacheinander durchgeführt
wurden, wurden gute Ablagerungseigenschaften erreicht und sogar verbessert, wie dies die erhöhten SVI-Werte zeigen.
Eine wirtschaftliche Anlage gemäß dem in Fig. 1 oder 4 oder auch
Fig. 3 dargestellten Verfahren entspricht vorzugsweise mindestens
vier aufeinanderfolgenden Behandlungsstufen, in der Reihenfolge
sauerstoffreich-sauerstoffarm-sauerstoffreich-sauerstoffarm. Eine
abschließende, relativ kleine sauerstoffreiche Zone kann vorgesehen
werden, um das Vorhandensein von gelöstem Sauerstoff in der gemischten Flüssigkeit, die in den Klärbehälter fließt, sicherzustellen.
Ein Laborversuch nach diesem System, bei welchem der Abfluß des ersten Klärbehälters der Kläranlage in Allentown, Pa. als Zufluß
benutzt wird, ist in der Tabelle 4 wiedergegeben und in Fig. 6 an-
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schaulich dargestellt. Der stark aus städtisch/industriellen Abwässern
gemischte Zufluß enthält nominal 2o mg/1 lösliches NH3-N
und 4o mg/1 Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff (TKN). Obwohl der Sauerstoffbedarf
der Kloake hoch ist, BSB5 25o mg/1, gefiltert BSB5
2oo mg/1, liegt die einfache BSBr-Entfernung in löslichem NHo-N5
ähnlich dem des Zuflusses, wobei für die Behandlung eine Nitrierung
und Denitrierung erforderlich ist. Die Durchläufe N und O geben die
Anfangsbedingungen des Prozesses wieder, wonach eine Gesamtnitrierung erreicht ist, was sich in einer über 99 % NHg-N-Entfernung
wiederspiegelt. NO -Abflußwerte wurden täglich während der Anfangs-
Perioden reduziert und während sich das MLVSS-Niveau 3.5oo mg/1
näherte und sich die Stärke der Zuflußsubstrate erhöhte, wie in den folgenden Durchläufen P und Q wiedergegeben, war die NO -Reduk-
tion im wesentlichen vollständig und die Gesamt-N-Entfernung betrug
bei gefiltertem Zufluß und gefilterten Abflußwerten über 97 %. Wäre auf TKN im Zufluß bezug genommen, würde der Wirkungsgrad bei der
Entfernung noch höher liegen, wenn die Feststoffkontrolle im Abfluß
erfolgt.
Im Verlauf der Durchläufe P und Q betrug die Entfernung der löslichen
Phosphate vom Zufluß zum Abfluß 4o %, ohne Rückstrom von
Phosphaten bei ausgedehnten sauerstoffarmen Bedingungen in der Klärschlammauffangvorrichtung. Bei nichtvorhandener Aufnahme
reversibel er Phosphate in der BOD-Entfernungs-Umwandlungs-Rückwandlungsanlage ist eine kostensparende, chemische Phosphatentfernung möglich. Bei entsprechend günstigen Zuflußbedingungen kann die Nachbehandlung zur Phosphatentfernung entfallen, falls die gesetzlichen Normen dies zulassen.
reversibel er Phosphate in der BOD-Entfernungs-Umwandlungs-Rückwandlungsanlage ist eine kostensparende, chemische Phosphatentfernung möglich. Bei entsprechend günstigen Zuflußbedingungen kann die Nachbehandlung zur Phosphatentfernung entfallen, falls die gesetzlichen Normen dies zulassen.
Eine bevorzugte AusfUhrungsform einer FünfStufenanlage ist in Fig. 7 dargestellt.
Wie gezeigt, sieht der Grundriß ein rechteckiges Becken loo vor, welches durch Längswände lol, Io2, Io3, Io4 in fünf Durchgänge Io5,
I06, Io7, I08 und Io9 unterteilt ist. Mit Ausnahme des letzten Abschnittes
des Durchgangs Io9 ist das Becken loo mit einem geschlossen Dach
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6 1 6 2 1
oder eine Abdeckung versehen. Im Durchgang Io5a ist eine quer
laufende Wand Ho vorgesehen. Die Wand Ho unterteilt die Kammer Io5 in eine sauerstoffreiche Stufe I9 die sich aus den Gasabteilungen
111 und 112 und dem ersten Teil der sauerstoffarmen Stufe II zusammensetzt. Die Gasabteilungen 111 und 112 der Stufe I sind
durch Gasstauvorrichtungen 113 getrennt, die im wesentlichen den uneingeschränkten Flüssigkeitsstrom zwischen diesen erlauben. Jede
dieser Gasabteilungen 111 und 112 ist mit einer Oberflächenbelüftung
115 ausgestattet, die in Höhe der Flüssigkeit angebracht sind, um sauerstoffenthaltendes Gas mit der darunterliegenden Flüssigkeit
zu vermischen. Die Flüssigkeitszufuhr zur Einheit, die zu behandelnden und rückgeführten Belebtschlamm enthält, wird zu Beginn
der Gasabteilung 111 durch Vorrichtungen 116 und 117 zugeführt
und das sauerstoffenthaltende Gas gelangt in die Gasabteilungen über
Vorrichtungen 118, wie sie hinlänglich bekannt sind.
Die Trennwand Ho ist mit einer oder mehreren Röhren oder öffnungen
für den uneingeschränkten Durchfluß der Flüssigkeit von Stufe I zur Stufe II versehen. Die Stufe II umschließt einen Teil der Kammer Io5
hinter der Wand Ho am Ende dieser Kammer und einen Teil des Rückflusses
durch die Kammer Io6 zu einer Trennwand 12o, die die sauerstoffarme
Stufe II von der sauerstoffreichen Stufe III in dieser
Kammer trennt. Hinter der Wand Ho und innerhalb der Kammer Io5 ist
eine Querwand 121 vorgesehen, um eine Abteilung oder Unterzone 122
zu bilden, getrennt vom Rest der Kammer Io5 und mit 124 bezeichnet.
Die Abteilung 122 ist mit Vorrichtungen für die Zufuhr und Beimischung
von Sauerstoff ausgestattet, die in Form einer Turbine 123 mit einer
diese umgebenden Gasverteil vorrichtung ausgebildet sein kann. Die
Abteilung 122 dient als Durchgangsvorrichtung, um einen schnelleren Wechsel von den sauerstoffreichen Bedingungen in Stufe I zu den
sauerstoffarmen Bedingungen in Stufe II zu bewirken. Der in die Abteilung 122 eingeführte Stickstoff bewirkt eine Verdrängung des gelösten
Sauerstoffs aus der gemischten Flüssigkeit. Der Stickstoff und das
i O β
verdrängte Gas werden aus der Kammer 122 durch geeignete Abflüsse abgeleitet. Während das Leitblech 121 den freien Abfluß der Flüssigkeit
aus der Abteilung 122 zur Stufe II erlaubt, ist es über dem Flüssigkeitsspiegel undurchlässig und verhindert den Gasstrom von
dort in die Kammer 124. Die Abteilung 112 ist gleichfalls mit einem Abzug 139 für die Ableitung von ungelösten Gasen über dem Flüssigkeitsspiegel
ausgestattet.
Die Wand lol ist an ihrem Ende gegenüber der Einlaßkammer 111 abgeschnitten
oder mit weiten öffnungen ausgerüstet, um den freien Flüssigkeitsstrom aus der Kammer Io5 in die Kammer Io6 zu erlauben.
Über die Länge der Stufe II zwischen dem Leitblech 121 und der Wand
12o sind hier in Abständen acht mischende Flügelräder 125 vorgesehen, die die Feststoffe in Bewegung halten.
Die Wand 12o teilt die sauerstoffarme Stufe II von der folgenden sauerstoffreichen Stufe III und ist mit Kanälen oder öffnungen für
den begrenzten Flüssigkeitsstrom von Stufe II zur Stufe III ausgestattet
und ist über dem Flüssigkeitsspiegel undurchlässig. Das ungelöste Stickstoffgas in Stufe II kann getrennt abgeführt werden,
um einen Sauerstoffstrom aus der Atmosphäre oder aus Gasstufen der
sauerstoffreichen Stufen I oder III auszuschließen. Wenn einmal
sauerstoffarme Bedingungen innerhalb der Stufe II durch den Entzug
von gelöstem Sauerstoff von der Flüssigkeit in der Durchgangsabteilung
122 vorhanden sind, ist es gewöhnlich nicht notwendig, dieser Stufe noch mehr Stickstoff zuzuführen, da ein Übermaß von freiem Sauerstoff
vermieden ist und Stickstoff in situ durch biologische Umwandlung von Nitriten und Nitraten in der Stufe II umgewandelt wird.
Sauerstoffenthaltendes Gas wird in die Stufe III geleitet, die sich
an die Wand 12o anschließt. Falls anfangs ein Übermaß an Sauerstoff in die Abteilung 111 eingebracht wurde, enthält das aus der Abteilung
112 abfließende Gas mehr Sauerstoff als 21 % und kann daher in der Stufe III verwendet werden, mit oder ohne zusätzliches sauer-
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stoffenthaltendes Gas, ganz wie es die Eigenschaften des ursprünglichen
Abwassers erfordern. Die Stufe II erstreckt sich für den verbleibenden Teil der Kammer I06 über die Wand 12o hinaus in die
Kammer Io7 und ein Teil der Kammer I08 aufwärts zur Wand 127 in die
Kammer I08. Die Wände Io2 und Io3 sind an ihren gegenüberliegenden
Enden weggeschnitten oder lassen zumindest große öffnungen frei, um
den freien Fluß der Flüssigkeit von Kammer I06 zur Kammer Io7 und
von Kammer Io7 zur Kammer I08 zu ermöglichen, über die ganze Stufe
III sind der Länge nach verteilte Oberflächenbelüftungen 128 vorgesehen,
um einen direkten Kontakt des Sauerstoffgases mit der
Flüssigkeit zu bewirken. In der dargestellten Ausführungsform werden in Stufe III neun Oberflächenbelüfter verwendet. Am Ende der
Stufe III, an der Wand 127, sind Vorrichtungen für den Abfluß von angesammelten und nicht gelösten Gasen aus dieser Stufe vorgesehen,
während die Flüssigkeit in begrenztem Strom durch die öffnungen in
der Wand 127 zur nächsten sauerstoffarmen Stufe IV weitergeleitet wird.
Nicht gelöster Sauerstoff und andere angesammelte, nicht gelöste
Gase werden aus der Stufe III durch einen geeigneten Abfluß 14o
entzogen, der am Ende dieser Stufe, d.h. an der angrenzenden Wand 127 angebracht ist. Es darf nicht die gesamte Flüssigkeit von
Stufe III zur Stufe IV fließen. Ein Teil davon wird durch die
Leitung 132 in die Abteilung 122 der Stufe II rückgeführt, wobei Nitrite und Nitrate in diese Stufe eingeführt werden und auch
verschiedene Mikroorganismen, die in der gemischten Flüssigkeit vorhanden sind und aus Stufe III entfernt wurden.
Stufe IV erstreckt sich zum Ausgleich der Kammer Io8 bis hinter
die Wand 127 und bis in die Kammer Io9 zur Wand 13o. Der abschließende
Teil der Wand Io4 ist weggeschnitten oder mit einer öffnung
versehen, um einen freien Flüssigkeitsstrom von Kammer Io8 in
Kammer Io9 zu erlauben. Im Abstand zur Wand 127 in Stufe IV ist ein Gasleitblech 131 vorgesehen, ähnlich dem Leitblech 121 in Kammer
Io5 und bildet eine Durchgangskammer 133, die dazu dient, einen .
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7616212
raschen Wechsel der sauerstoffreichen Bedingungen in Stufe III zu
sauerstoffarmen Bedingungen in Stufe IV zu ernräglichen. Dazu wird
in die Kammer 133 durch einen Sprengapparat mit einer Turbine 137 Stickstoff eingeleitet. Auf diese Weise wird gelöster Sauerstoff
der Flüssigkeit in Abteilung 133 sehr schnell entzogen und durch Vorrichtungen 141 abgeführt, die an das Leitblech 131 angrenzen,
so Aß wenig oder kein freier Sauerstoff in die gemischte Flüssigkeit
der sauerstoffarmen Stufe IV hinter dem Leitblech 131 eindringt. Die Stufe IV ist zwischen Leitblech 131 und Wand 13o mit über die
ganze Länge verteilten Mischflügelrädern ausgestattet, die ähnlich
wie die Flügelräder 125 ausgeführt sein können.
Von Stufe IV fließt die gemischte Flüssigkeit in begrenztem Strom
durch eine öffnung in der Wand 13o in Stufe V. Die Stufe V ist zur
Atmosphäre hin offen und die Luft über dem Flüssigkeitsspiegel wird
der Flüssigkeit durch die Oberflächenbelüfter 135 zugefügt. Aus der
Stufe V wird die gemischte Flüssigkeit in einen nicht dargestellten Klärbehälter weitergeleitet, aus welchem eti Teil des abgesetzte-n
Schlamms zur Stufe I mit der Leitung 117 rückgeführt wird.
In dem folgenden Beispiel wird eine Ausführungsform und eine Anordnung
gemäß Fig. 7 vorausgesetzt, die für die Behandlung von städtischen Abwässern in einer Anlage vorgesehen ist mit einer
durchschnittlichen Durchflußleistung von 38.ooo m pro Tag. Vorzugsweise
wird dieses Abwasser, bevor es in das System nach Fig. 7 geleitet wird j von groben Feststoffen befreit, was einer ersten
Klärung gleichkommt. Um das täglich anfallende Abwasservolumen behandeln zu können, sollte jeder Durchgang im Becken loo vorzugsweise
ein Längen-Breitenverhältnis von 6 : 1 haben. Die Abmessungen der fünf Durchgänge im Becken loo betragen jeweils 57,6 m χ 9,6 m bei
einer Tiefe von 4,6 m, so daß 1/3 des täglich anfallenden Abwasservolumens
aufgenommen werden kann. Daraus ergibt sich ein dreimaliger Wechsel des Anlageninhalts am Tage bei einer jeweiligen Behandlungsdauer von acht Stunden.
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Die Länge der Stufe I kann 25 % der Länge der Kammer Io5 betragen,
wobei der übrige Teil dieser Kammer von der Wand Ho an abwärts durch die Stufe II eingenommen wird. Stufe II setzt sich rund um
die Wand Io2 bis in die Kammer Io6 fort und nimmt 66,7 % der Kammer
Io6 bis zur Wand 12o ein. Die verbleibende Länge von 33,3 % der Kammer Io6 hinter der Wand 12o wird dann durch die Stufe III eingenommen.
Die Stufe III erstreckt sich um die Wand Io2 und nimmt die Gesamtlänge der Kammer Io7 ein und reicht um die Wand Io3 zur Kammer
Io8 bis zur Wand 127, wobei 75 % der Kammer Io8 beansprucht werden.
Die verbleibenden 25 % der Kammer Io8 hinter der Wand 127 werden durch die Stufe IV beansprucht. Diese Stufe erstreckt sich bis zur
Wand 13o in der Kammer Io9 um die Wand Io4 herum.
Innerhalb der Kammer Io9 kann sich die sauerstoffarme Stufe IV auf
eine Länge von 83,3 % dieser Kammer erstrecken. Die verbleibenden 16,7 % hinter der Wand 13o werden durch die abschließende schmale
sauerstoffreiche Stufe V beansprucht. Somit ergibt die beschriebene
Proportion der gesamten sauerstoffreichen, aerobisehen und
sauerstoffarmen, anaerobischen Behandlungsstufen ein Verhältnis von 1:1.
In einer bevorzugten Ausführung kann das Sauerstoff enthaltende Gas aus Abteilung 111 in die Abteilung 112 fließen und wird durch
eine enge 'Öffnung oder Leitung im Leitblech 113 geleitet, die über
dem Flüssigkeitsspiegel undurchlässig ist. Wie bereits angedeutet, kann das aus Abteilung 112 entzogene Gas durch den Einlaß der
Stufe III gebracht werden, mit oder ohne zusätzlichem sauerstoffangereicherten
Gas. Vorzugsweise wird der Strom der Sauerstoff enthaltenden Gase in dar Stufe III gehalten. Dies kann leicht durch
Vorsehen eines undurchlässigen Leitbleches über dem Flüssigkeitsspiegel
erfolgen, welches ein Stück in die Flüssigkeit hineinreicht und das zwischen aufeinanderfolgenden Oberflächenbelüftern angeordnet
ist und mit engen öffnungen für den Gasdurchfluß über dem Flüssigkeitsspiegel versehen ist. Die Stufe V wird als zur Atmosphäre
hin offen beschrieben, was jedoch die Erfindung in keiner Weise auf eine solche Ausführungsform beschränkt.
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- 3ο -
Falls erwünscht, kann die Stufe V auch geschlossen sein, wobei dann Vorrichtungen für die Luft- oder Sauerstoffzufuhr in diese
Stufe vorgesehen sein müssen.
Bei typisch städtischen Abwässern mit einem Durchschnittsgehalt
an BOD von etwa 16o ppm, wovon 4o % löslich sind, kann Belebtschlamm von einem zweiten Klärbehälter rückgeführt werden in
einer Menge, die etwa 2o bis 5o % des frischen Abwasserzuflusses
ausmacht, um die beschriebene MLVSS in einem Verhältnis von etwa 3.000 - 5.000 mg/1 vorzusehen. Der interne Flüssigkeitskreislauf
von Stufe III zur Stufe II (über Leitung 132) kann in einem Größenverhältnis von 1 : 1 bis 5 : 1 zu den in die Stufe II einfließenden
Abwässern stehen, vorzugsweise jedoch in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 3 : 1.
In der dargestellten Ausführungsform wird gezeigt, daß die Stufe I
in zwei, im wesentlichen gleich große Abteilungen unterteilt ist. Natürlich kann die Unterteilung dieser ersten sauerstoffreichen
Stufe auch in drei oder mehr Abteilungen gleicher oder ungleicher Größe erfolgen. In den zwei gleich großen Abteilungen der Zone I
würde bei einer achtstündigen Verweildauer der Flüssigkeit in der Einheit loo, basierend auf dem einfließenden Strom eine Verweildauer
der Flüssigkeit in Stufe I, welche 5 % des Volumens der Anlage ausmacht, o,4 Stunden dauern und die in der ersten Abteilung 111
dieser Stufe etwas mehr als o,2 Stunden, unter Berücksichtigung der hydraulischen Grenzen der Umgebung und des Einflusses der
Flügelräder 115 in der Abteilung 111 hinter dem Leitblech 113. Wenn die MLVSS der gemischten Flüssigkeit in Stufe I eine Aktivitäto6
von etwa o,6 aufweist, würde das Verhältnis F_ zu M, in dieser Stufe
s a
wie folgt lauten:
F /Ma = (64 χ 1,5 χ 3 χ 2ο)/(3.οοο χ ο,6) = 3,2ο
6 0 9 8 4 3/1108
- si - 2 β 1 6 2 Ί
Der F /M -Wert in der ersten Kontaktzone, der Abteilung 111 und einem
Teil der Abteilung 112 würde ziemlich genau dem doppelten Wert des
berechneten Wertes von 3,2o haben, womit die Entwicklung einer kompakten, nichtfadenförmigen Biomasse mit den gewünschten Ablagerungseigenschaften gesichert ist.
Bei optimalen Arbeitsbedingungen einer Anlage kann mit kryogenisehen
Verfahren aus Luft Sauerstoff hoher Reinheit und sauerstofffrei er
Stickstoff zu niedrigen Kosten erzeugt werden, die dann ausreichend benutzt werden können. Um den Durchgang von den sauerstoffreichen
zu den sauerstoffarmen Bedingungen zu beschleunigen, kann Stickstoffgas durch die Flüssigkeit geleitet werden, um den gelösten Sauerstoff
zu verdrängen, wobei herkömmliche Standardeinrichtungen, wie
Verteiler oder Turbinen, verwendet werden können. Durch zusätzliches
Spülen der Flüssigkeit-Gas-Übergangsflächen mit Stickstoff kann ein übertritt von Sauerstoff in die Flüssigkeit verhindert werden, indem
der Sauerstoffgehalt der Gasphase vermindert wird.
Eine solche Beschleunigung sauerstoffarmer Bedingungen begünstigt eine stabile Arbeitsweise auf zweierlei Art. Ausgedehnte Perioden
mit wenig gelöstem Sauerstoff, beispielsweise unter 1 mg/1 D.O.,
werden vermieden und Bedingungen verhindert, die selektiv für mikrophile
Aerobier mit großem Oberflächen-Volumenverhältnis günstig
sind, die zu sich, wie Sphaerotilus natans und Leptothrik Ochracea,
verklumpenden Schlamm führen. Sehr von Vorteil ist das Vorhandensein
von echten sauerstoffarmen Bedingungen, die nicht nur eine maximale Denitrierung erlauben, sondern darüber hinaus eine Umgebung schaffen,
die ^ür Sphaerotilus, Leptothrik und andere unerwünschte Organismen
schädlich sind. (Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8th edition, R.E. Buchanan and N.C. Gibbons, co-editors, The
Williams and Wilkins Co., Baltimore, 1974, insbesondere Seiten 129'und 13o)
609843/1108
Die zahlreichen Varianten des Verfahrens, bei welchen strikte sauerstoffreiche
und sauerstoffarme Bedingungen aufrechterhalten werden, bestätigt die Stabilität der Schlammablagerungseigenschaften. Ausgezeichnete
Schlammeigenschaften, wie SVI-Werte unter loo ml pro Gramm TSS und ZSV über 0,6 - 1,5 m/h für MLVSS-Werte über 3.000 mg/1
werden routinemäßig erreicht, wenn die ursprüngliche sauerstoffreiche
Zone mit organischen Stoffen versehen auf bei einem hohen F_/M -Wert
aufrechterhalten wird. Der Wert F bezieht sich 1,5 mal auf den gefilterten
BSBg-Wert, der entsprechend dem Norm-Verfahren ermittelt
wird, wobei eine Probe des Zuflusses durch ein Glasfilterpapier gefilter^wird,
um schwimmende Feststoffe zu entfernen und zu prüfen. Der Wert M0 bezieht sich auf "aktive Masse", die bestimmt ist durch
Normalisierung der maximalen spezifischen Sauerstoffaufnahmerate
(MSOUR) zu einem Normwert (In MSOUR_= 33,92 - 8.64o/T (K) ), um den
Aktivitätskoeffizienten °C zu erreichen, wobei durch oL-fache Multiplikation
des nach Normverfahren bestimmten MLVSS-Wertes der ersten Sauerstoffreichen Zone sich der M -Wert ergibt. Die maximale Sauer-
stoffaufnähmerate ist bestimmt durch Ermittlung der gelösten Sauerstoff
auf nähme rate von gemischter Flüssigkeit in Kontakt mit überschüssigen
Zufluß-Substraten bei Vorhandensein von unbegrenzten
Mengen.aufgelösten Sauerstoff und durch Teilen der Sauerstoffaufnahme
rate, gemessen in mg/02 pro Liter pro Stunde durch den MLVSS-Wert,
angegeben in Gramm pro Liter. Die Einheit des MSOUR-Wertes lautet demnach mg/g/h.
Im US-Patent 3 864 246 erfolgt die Bestimmung des Fg/Ma-Wertes in
Nitrierungssystemen unter Ausschluß der nitrierenden gelösten
Sauerstoffaufnahmerate. Dies wird entweder durch Auslassen der
Nitrierung oder durch die Verwendung von Allyl thiourea (ATU) oder von 2-chloro-6-(trichloromethyl) Pyridin (TCMP, Dow N-Serve) erreicht,
wob-ei die Verfahren gut dokumentiert sind, beispielsweise in "Chemical Methods for Nitrification Control" by James C. Young,
Proceedings of the 24 th Industrial Waste Conference, Purdue, Ind., 1969, Teil 2, Seiten Io9o - Hol) oder durch Analyse des NO2-N und
des NOo-N während des Versuchs, wobei der Sauerstoffverbrauch bei der
NO -Entwicklung berechnet wird und dann der MSOUR-Wert für die ni-
trierende Sauerstoffaufnahmerate nach unten korrigiert wird.
6098Λ3/1 108
Beobachtungen sowohl bei hohen BOD/NFL- als auch niedrigen BOD/NHo
Systemen haben jedoch die Vereinfachung von MSOUR-Bestimmungen durch Nichtentfernen des Sauerstoffbedarfs der Nitrierung ermöglicht.
Diese Vereinfachung ist auf makrokosmischer Basis gerechtfertigt
innerhalb vernünftiger Anwendung des Prozesses, d.h. von einem löslichen BSBg/NHg-N-Bereich von 1,9 bis höchstens 3o. 1,9 ist der
unterste Wert des Bereichs, der so ausgewählt ist, daß 1,91 χ 1,5 der annähernde Korrekturwert für BOD zu BOD5 gleich ist, dem Minimum
der stöchiometrischen Erfordernisse vom BOD für die Denitrierung. Dreißig (3o) wurde als obere Grenze gewählt, so daß NH3-N kein begrenzendes
Substrat für den Wuchs von Organismen bei der Gesamt-BOD-Entfernung werden kann. Nachdem beide hochaktiven Biomassen
und die günstige makrokosmische Schlammentwicklungseigenschaft unter hohen F /M -Bedingungen für die beschriebene Erfindung
fundamental sind, ist es nur natürlich, die Atmungswirkung aller
flockenbildenden Organismen einzubeziehen, da nitrierende Bakterien
flockenbildende Organismen sind, die zu den Eigenschaften der Biomasse beitragen. Eine erste Dokumentation der Flockungseigenschaften
der Nitrobacter winogradskyi, Nitrosomonas europaea und Nitrosococcus
nitrosus wird im Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8. Auflage, R. E. Buchanan und N, E. Gibbons, co-editors, the Williams
und WiIkins Co., Baltimore, 1974, Seiten 451-52, 453-54 und 455 gegeben
.
Im US-Patent 3 864 246 ist ein Minimum des F /M -Wertes von 4 ausge-
S α
setzt, um die selektive Wucherung einer kompakten dichten aktiven Biomasse zu fördern und um die Entwicklung sich verklumpenden Schlamms
zu verhindern. Beim erfindungsgemäßen Verfahren hat man festgestellt, daß fadenartige Organismen bei strikten sauerstoffarmen Bedingungen
unterdrückt werden, und dabei niedrige Werte F /M in der ersten
S ÖL
sauerstoffreichen Abteilung erlauben. Somit können die F /M -Werte
s a
in der ersten sauerstoffreichen Zone sicher bei 2 liegen und zu
Zeiten, in welchen der Gehalt von inerten Feststoffen im Zufluß hoch ist (wie etwa über 4o mg/1), können die F /M -Werte so niedrig
B 0 9 8 4 3 / 1 1 0
wie 1,5 liegen, ohne unmittelbaren Schaden für das System. Auch
kann wegen des erlaubten niedrigen F /M -Verhältnisses der D.O.-
S el
Wert der ersten Kontaktzone so niedrig wie etwa 1 ppm dem Minimum für eine erfolgreiche Nitrierung liegen, aber es ist vorzuziehen,
ihn mindestens bei o,l oder ein F /M -Verhältnis von über 2 ppm
S el
aufrechtzuerhalten, jenachdem, welches höher liegt.
0 9 8 4 3/1108
Erklärung der verwendeten Abkürzungen
BOD organic biologically degradable material organisches biologisch abbaubares Material
DO dissolved oxygen
gelöster Sauerstoff
MLVSS mixed liquer volatile suspended solids
in der Flüssigkeit suspendierte flüchtige Feststoffe
MSOUR maximum specific oxygen uptake rate
maximale spezifische Sauerstoff-Aufnahmerate
TSS total suspended solids
insgesamt suspendierte Feststoffe
ZSV zone settling velocity Zonensinkgeschwindigkeit
SVI Sludge volume index (mm water associated with 1 gram of sludge)
Schlammvolumen Index (mm Wasser verbunden mit 1 g Schlamm)
TKN total Kjeldahl Nitrogen
Gesamt-Stickstoff nach Kjeldahl
BODr biochemical oxygen demand
BSB5 biochemischer Sauerstoffbedarf (über 5 Tage)
BQ 9843/1108
Durchlauf
Dauer in Tagen Verweil zeit (h) Kl ärschlammrückführung/Zuf 1 ußmenge
Interne Flüssigkeitsrückführung/ Zuf 1ußmenge
Zufluß TSS (mg/1) Zufluß VSS (mg/1) Zufluß BOD Gesamtzufluß BOD (mg/1)
löslicher Zufluß BOD (mg/1)
MLVSS (mg/1) SVI (ml/gTSS) ZSV (ft/hr) NH3-N Zufluß (mg/1)
NO-N Zufluß (mg/1) NH3-N Schlamm-Rückführung (mg/1) ΝΟχ-Ν Schlamm-Rückführung (mg/1)
NH3-N Zuflußstufe A (mg/1) ΝΟχ-Ν Zuflußstufe A (mg/1)
NH3-N Stufe A (mg/1) NO-N Stufe A (mg/1)
| A | B | C | D | E1 | F" |
| 11 | 8 | 7 | 8 | Io | 8 |
| 8,46 | 8,56 | 8,64 | 8,66 | 8,62 | 8,4o |
| 0,32 | 0,31 | 0,31 | o,3o | 0,32 | 0,29 |
| 2,o3 | 3,96 | 2,ol | 4,o6 | 2,o3 | 3,92 |
| 123,0 | 112,0 | 14o,o | 136,o | 12o,o | 135,0 |
| 76,0 | 76,0 | 92,0 | 97,o | 87,o | 95,0 |
| 5o,o | 42,o | 9o,o | Io2,o | 61,o | 67,0 |
| 21,o | 15,o | 61,o | 64,o | 24,0 | 31,0 |
| 4.247,o | 4.268,0 | 4.462,0 | 4.53o,o | 4.222so 4. | 321,0 |
| 7o,o | 63,o | 66,0 | 64,o | 59,o | 57,0 |
| 4,3 | 6,5 | 4,4 | 5,1 | 4,7 | 5,3 |
| 28,4 | 33,4 | 29,2 | 27,6 | 29,9 | 28,3 |
| o,l | 0,1 | o,l | o,l | o,l | o,l |
| o,8 | 2,4 | 2,4 | 1,8 | o,8 | 2,3 |
| 2,4 | 6,1 | o,2 | l,o | o,4 | o,3 |
| 21,7 | 26,o | 22,9 | 21,8 | 22,9 | 22,5 |
| o,6 | 1,5 | o,l | o,3 | 0,1 | o,l |
| 15,8 | 2o,3 | 2o,l | 15,3 | 17,4 | 15,7 |
| 4,7 | 7,2 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,4 |
TABELLE 1 (Fortsetzung)
Durchlauf
NH3-N Zufluß Stufe B (mg/1) ΝΟχ-Ν Zufluß Stufe B (mg/1)
NH3-N Abfluß Stufe B (mg/1) NOx-N Abfluß Stufe B (mg/1)
NH3-N Abfluß Stufe C (mg/1) NOx-N Abfluß Stufe C (mg/1)
NH3-N Abfluß (mg/1) ΝΟχ-Ν Abfluß (mg/1)
Gesamt-Abfluß BOD (mg/1) löslicher Abfluß BOD (mg/1)
% BOD-Entfernung T-T {%) % BOD-Entfernung T-S {%)
% NH3-N Entfernung {%) % Σ Ν Entfernung {%)
Temp Zone A (0C)
F/M Oxic gBOD5U/gVSS/day
06
F /M3 Zone A
S α
| A | B | C | D | E | F |
| 6,7 | 6,5 | 9,ο | 4,4 | 7,2 | 4,7 |
| 9,o | 15,0 | 4,9 | 3,5 | 5,6 | 4,0 |
| 5,3 | 4,8 | 8,2 | 3,2 | 6,3 | 3,8 |
| 5,6 | 13,6 | ο,9 | 1,1 | ο,5 | Ι,ο |
| o,8 | 2,0 | 1,9 | ο,8 | ο,6 | 1,1 |
| 11,8 | 17,6 | 6,5 | 3,8 | 7,6 | 4,6 |
| ο,Ι | ο,Ι | ο,Ι | 0,3 | ο,2 | ο,2 |
| Ιο,Ι | 16,4 | 6,3 | 4,9 | 7,3 | 4,4 |
| 6,8 | 7,7 | Ιο,3 | Ιο,Ι | 9,1 | Ιο,9 |
| 2,7 | 1,6 | 1,9 | 1,6 | 3,0 | 1,7 |
| 86,5 | 81,6 | 88,5 | 9ο,ο | 85,2 | 83,6 ^ |
| 94,6 | 96,2 | 97,9 | 98,4 | 95,2 | 97,4 Τ* |
| 99,7 | 99,6 | 99,6 | 98,9 | 99,3 | 99,3 |
| 64,2 | 5ο,5 | 78,2 | 81,3 | 75,0 | 83,8 |
| 22,2 | 22,4 | 22,5 | 22,2 | 2ο,2 | 21,7 |
| ο,ΐο | ο,ο8 | 0,16 | 0,18 | ο,Π | 0,12 |
| ο,25 | ο,27 | 0,33 | ο,35 | 0,28 | 0,24 |
| 2,62 | 1,75 | 5,35 | 5,ο7 | 2,67 | 3,87 |
12,6 mg/1 BOD bezogen auf Gesamt-Fluß lösliche BOD-Quelle der Stufe B zugefügt
Durchlauf
Dauer in Tagen Verweil zeit (h) Klärschlammrückführung/Zuflußmenge Interne Flüssigkeitsrückführung/ Zuflußmenge
Dauer in Tagen Verweil zeit (h) Klärschlammrückführung/Zuflußmenge Interne Flüssigkeitsrückführung/ Zuflußmenge
Zufluß TSS (mg/1) Zufluß VSS (mg/1) Gesamt-Zufluß BOD (mg/1)
löslicher Zufluß BOD (mg/1) MLVSS Stufe A (mg/1) SVI (ml/gTSS)
ZSV (ftfvr).
MLVSS Stufen B&C (mg/1) NH3-N Zufluß (mg/1)
NO-N Zufluß (mg/1) NHg-N Schiammrückführung (mg/1)
NO-N Schlammrückführung (mg/1) NH3tN Zufl
Stufe A (mg/1) NOx-N Zufluß Stufe A (mg/1)
NH3-N Stufe A (mg/1) NO-N Stufe A (mg/1)
| G | H | I | J' | K | L | M | I co 00 ■ |
| 9 | 8 | 6 | 15 | 12 | 7 | Io | |
| 7,7ο | 7,98 | 8,58 | 6,64 | 6,68 | 6,64 | 7,97 | |
| o,31 | 0,31 | o,3o | o,3o | o,31 | 0,29 | o,4o | |
| 0,31 | o,3o | 0,59 | 0,61 | 0,62 | o,6o | 0,00 | |
| 59,0 | 6o,o | 84,0 | 117,o | 143,0 | 131,0 | Io6,o | |
| 44,o | 49,o | 61,o | 88,0 | 95,0 | 87,0 | 75,o | |
| 35,o | 61,o | 44,0 | 7o,o | 62,o | 46,o | 51,o | |
| 16,o | 31,o | 24,o | 35,0 | 27,0 | 19,o | 19,o | |
| 3.25o,o | 3.529,0 | 3.161,0 | 3.498,0 | 4.o3o,o | 3.967,0 | 7.4o8,o | CD |
| 6o,o 5,8 |
58,0 7,2 |
56,o 8,3 |
42,o 11,0 |
4o,o lo,4 |
37,0 lo,2 |
32,o 5,5 |
■CD !SJ |
| 4.983,0 | 5.293,0 | 5.7o6,o | 7.171,0 | 7.764,0 | 7.854,0 | 7.366,0 | |
| 36,5 | 38,8 | 37,5 | 26,o | 28,9 | 31,8 | 35,9 | |
| o,l | 0,1 | o,l | o,l | o,l | o,l | o,l | |
| 1,0 | 0,9 | 3,4 | o,9 | 1,9 | 2,0 | 1,6 | |
| lo,4 | 2,o | 2,1 | o,5 | 5,0 | o,2 | 5,6 | |
| 28,2 | 29,8 | 29,6 | 2o,3 | 22,6 | 25,o | 26,0 | |
| 2,5 | o,5 | 2,1 | o,2 | 1,2 | o,l | 1,7 | |
| 24,1 | 25,9 | 27,2 | 15,3 | 2o,3 | 25,7 | 2o,7 | |
| 6,6 | 8,6 | 6,4 | 2,5 | 4,5 | 2,4 | 6,6 | |
32 mg/1 BOD bezogen auf Gesamt-Fluß 16 mg/1 TSS, 16 mg/1 COD ; 2 mg/1 BOD lösliche BOD-Quelle der Stufe B. zugefügt
Primär-Schlamm zur Stufe B zugefügt
TABELLE 2 (Fortsetzung)
Durchlauf
NH3-N Abfluß Stufe A (mg/1) ΝΟχ-Ν Abfluß Stufe A (mg/1)
NH3-N Zufluß Stufe B (mg/1) NO-N Zufluß Stufe B (mg/1)
NH3-N Abfli
Stufe B (mg/1)
ΝΟχ-Ν Abfluß Stufe B (mg/1)
NH3-N Abfluß (mg/1)
NO-N Abfluß (mg/1) Gesamt-Abfluß BOD (mg/1)
löslicher Abfluß BOD (mg/1) % BOD Entfernung T-T {%) % BOD Entfernung T-S {%)
% NH3-N Entfernung (%) %s:n Entfernung (%)
Temp Zone (0C)
F/M Oxic gBOD5u/gVSS/day oL
F /.Μ Zone
S α
| G | H | I | J | K | L | Μτττ |
| Ι,ο | ο,6 | 3,2 | ο,6 | 2,8 | 5,ο | 0,5 |
| 28,1 | 3ο,3 | 31,4 | 18,3 | 24,ο | 19,3 | 28,9 |
| Ι,ο | ο,7 | 3,5 | ο,6 | 2,5 | 4,1 | ο,5 |
| 24,8 | 26,ο | 24,3 | 12,6 | 17,8 | 13,2 | 28,9 |
| 1,1 | 1,3 | 3,8 | ο,5 | 4,1 | 8,4 | 1,2 |
| 18,9 | 18,6 | 14,9 | 5,4 | 1,6 | 1,9 | 21,ο |
| o,3 | 0,3 | ο,2 | ο,8 | ο,3 | 1,8 | ο,2 |
| 18,3 | 18,1 | 13,7 | ο,6 | 11,1 | 2,ο | 21,6 |
| 13,7 | 16,7 | 11,1 | 13,3 | Io ,4 | 22,ο | 12,9 |
| 2,8 | 4,9 | 4,4 | 5,1 | 3,4 | 7,2 | 1,6 |
| 6ο,9 | 72,6 | 74,8 | 81,ο | 83,2 | 52,8 | 74,7 |
| 92,0 | 92,0 | 9ο,ο | 92,7 | 94,5 | 84,6 | 96,9 |
| 99,2 | 99,2 | 99,6 | 98,7 | 98,9 | 94,2 | 99,5 |
| 49,2 | 65,5 | 63,1 | 96,9 | 6ο,ο | 88,0 | 39,5 |
| 2ο,8 | 2ο,1 | 21,9 | 21,4 | 2ο,8 | 21,2 | 23,3 |
| ο,Π | ο,19 | ο,15 | 0,15 | ο,ΙΙ | ο,ο9 | ο,ο4 |
| 0,45 | 0,46 | 0,38 | 0,26 | ο,21 | 0,21 | 0,14 |
| 1,83 | 3,16 | 3,4ο | 4,33 | 3,57 | 2,58 | 1,64 |
Bei den Durchläufen gemäß Tabelle 2 wurden in den einzelnen
Stufen die folgenden, in Tabelle 3 aufgeführten Volumen benutzt.
CTJ O CO
| Durch! | auf | Zone A Total |
1 | (Li | iter) 2 |
3 | 3 | 3 | 4 | 5 | 5 | Zone B Total |
(Liter) 6 7 |
9,0 | 9 | 8 | 9 | 9 | Io | O | Zone C | (Liter) |
| G, H | 18 | 1 | ,8 | 3,6 | 3 | ,6 | 3 | ,6 | 4 | ,4 | 42 | 3,o | 9,o | 9 | ,0 | 9 | ,0 | 12, | O | O | ,6 | |
| I | 16 | 2 | ,6 | 3,2 | 4 | ,2 | 4 | ,2 | 7 | ,8 | 45 | 3,o | 4,8 | 4 | ,0 | 4 | ,0 | 15, | 2 | O | ,6 | |
| J, K, | L, M | 24 | ,4 | 4,8 | ,8 | ,8 | ,2 | 24 | 2,4 | ,8 | ,8 | 7, | O | ,6 | ||||||||
O
CD
CO
-Ρω
Durchlauf
Dauer in Tagen
Verweil zeit (h)
Klärschlammrückführung/Zuflußmenge
Dauer in Tagen
Verweil zeit (h)
Klärschlammrückführung/Zuflußmenge
Interne FTüssigkeitsrückführung/
Zuf1ußmenge
Zufluß TSS (mg/1) Zufluß VSS (mg/1) Zufluß BOD Total (mg/1)
löslicher Zufluß BOD (mg/1) MLVSS (mg/1)
SVI (ml/gTSS)
ZSV (ft/hr)
NH3-N Zufluß (mg/1) NO-N Zufluß (mg/1) NH3-N Schlamm-Rückführung (mg/1)
ΝΟχ-Ν Schlamm-Rückführung (mg/1) NH3-N Zufluß Stufe A (mg/1)
NO-N Zufluß Stufe A (mg/1)
NH3-N Ab-FTi
Stufe A (mg/1)
NO-N Abfluß Stufe A (mg/1)
NH3-N Zufluß Stufe B (mg/1) Stufe B (mg/1)
Stufe B (mg/1)
ΝΟχ-Ν Zufl
NH3-N Abfl
NO -N Abfluß Stufe B (mg/1)
NH3-N Abfl
NO -N Abfluß Stufe B (mg/1)
| N | O | P | Q |
| 5,o | 5,o | 7iO | 7,0 |
| 6,78 | 6,9o | 6,84 | 6,96 |
| 0,26 | 0,25 | 0,26 | 0,25 |
| 1,98 | 1,97 | 2,ol | 2,o4 |
| 137,0 | 121,0 | 164,0 | 157,0 |
| 12o,o | Io6,o | 136,o | 128,0 |
| 147,o | 127,0 | 244,o | 228,0 |
| 78,o | 87,0 | 187,o | 177,0 |
| 3.o7o,o | 2.677,0 | 3.654,0 | 3.2o6,o |
| 98,o | 92,o | 98,o | 83,0 |
| 2,6 | 5,4 | 2,9 | 5,1 |
| 2o,6 | 21,2 | 18,2 | 19,9 |
| o,l | o,2 | 0,1 | o,l |
| 0,8 | o,4 | 1,6 | 1,5 |
| o,2 | o,2 | o,l | o,l |
| 16,5 | 17,o | 14,8 | 16,2 |
| o,l | o,2 | 0,1 | o,l |
| 12,8 | lo,o | 8,3 | lo,5 |
| ,2,3 | 2,1 | 1,7 | 1,4 |
| 5,4 | 4,o | 3,5 | 4,3 |
| 5,4 | 6,2 | 2,6 | 2,5 |
| 4,3 | 3,8 | 4,8 | 4,3 |
| 3,8 | 5,o | o,2 | o,5 |
TABELLE 4 (Fortsetzung)
CD CD CO -P-
Durchlauf
NH3-N Abfluß Stufe C (mg/1)
ΝΟχ-Ν Abfluß Stufe C (mg/1)
NH3-N Abfluß Stufe D (mg/1) NOx-N Abfluß Stufe D (mg/1)
NH3-N Abfluß (mg/1)
Ν0χ-Ν Abfluß (mg/1)
Gesamt-Abfluß BOD (mg/1)
löslicher Abfluß BOD (mg/1) % BOD-Entfernung T-T {%)
% BOD-Entfernung T-S {%) % NH3-N Entfernung (%)
%S N Entfernung (SK) Temp Zone (0C)
F/M Oxic gBSB5U/gVSS/day
oC
Fs/Ma Zone
Stufen-Anordnung
| N | O | P | Q |
| o,7 | 0,3 | o,6 | o,5 |
| 7,4 | 8,8 | 3,1 | 3,2 |
| o,3 | o,5 | o,7 | o,7 |
| 4,2 | 5,6 | o,l | o,3 |
| o,l | o,l | o,3 | o,2 |
| 4,1 | 5,8 | o,l | o,4 |
| 17,5 | 14,3 | 11,2 | lo,o |
| 5,7 | 8,5 | 3,6 | 3,8 |
| 88,1 | 88,7 | 95,4 | 95,6 |
| 96,1 | 96,2 | 98,5 | 98,4 |
| 99,4 | 99,5 | 98,4 | 99,0 |
| 79,4 | 72,4 | 97,7 | 97,o |
| 21,2 | 2o,4 | 21,9 | 21,5 |
| 0,35 | o,34 | o,49 | 0,51 |
| o,5o | o,64 | o,77 | o,88 |
| 8,59 | 8,41 | 11,11 | lo,29 |
Sauerstoffreiche Stufe 1,6; 1,6 1; Sauerstoffarme Stufe 2,4; 2,4; 2,4;, 4,8 1;
Sauerstoffreiche Stufe 2, 6, 6, 6 1; Sauerstoffarme Stufe 1,8; 3,6; 3,6; 5,4 1;
Sauerstoffreiche Stufe 1,2 1.
Claims (29)
Hide Dependent
translated from
Claims (29)
Hide Dependent
translated from
1.,Verfahren zur Abwasser-Aufbereitung durch ein Belebtschlamm-System,
wobei das Abwasser bei seinem kontinuierlichen Durchfluß durch aufeinanderfolgende Behandlungszonen aufeinanderfolgenden
Behandlungen unterworfen wird, welche eine Verminderung der BOD-Menge
und die Entfernung von stickstoffhaltigen Beimengungen bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß
a) das zufließende, BOD und stickstoffhaltiges Material enthaltende Abwasser mit Belebt-Schlamm, der in der Lage
ist, BOD zu entfernen sowie zu nitrieren und denitrieren und mit freiem, Sauerstoff enthaltenden Gas unter sauerstoff
reichen Bedingungen vermischt wird;
b) das nach "a" erzielte Gemisch ohne Abtrennung der Feststoffe weiterbehandelt wird unter sauerstoffarmen Bedingungen
in Gegenwart von Nitriten und/oder Nitraten und in Gegenwart von Mikroorganismen, die die Nitrite und Nitrate
abbauen zu unschädlichem, gasförmigen Stickstoff;
c) die nach "b" behandelte Flüssigkeit weiterbehandelt wird
in einer nachfolgenden Oxidationszone unter sauerstoffreichen Bedingungen mit Sauerstoff enthaltendem Gas;
d) die nach "c" behandelte Flüssigkeit unmittelbar in eine Absetzzone übergeführt wird, um Feststoffe auszuscheiden;
e) ein Teil der abgesetzten Feststoffe als Belebt-Schlamm zur
Behandlungsstufe "a" zurückgeführt wird;
f) ein Teil der Mikroorganismen, welche der oxidierenden Behandlung unter sauerstoffreichen Bedingungen unterworfen
waren, zur Behandlungsstufe "b" zurückgeführt werden und
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g) zumindest während der ersten sauerstoffreichen Behandlungsstufe
der D.O.-Spiegel auf mindestens 1 ppm und während des ersten Kontaktes des Abwasserzuflusses mit dem
Beiebt-Schlamm unter sauerstoffreichen Bedingungen ein
F /M -Verhältnis von mindestens 1,5 gehalten wird, wobei s a
Fp dem 1 1/2-fachen Gewicht des löslichen BODK-Gehaltes
s ο
des täglich dem Schnitt "a" zugeführten Abwassers ist und
M das Gewicht des MLVSS in dem Flüssigkeitsgemisch
a
in Stufe "a" multipliziert mit einem Aktivitätskoeffizienten o^ ist, wobei ei das Verhältnis darstellt
der Sauerstoffaufnahmerate der bei der Oxidation flüchtigen Feststoffe zu maximalen spezifischen Bezugsgröße der
Sauerstoffaufnähme MSOUR bei der gleichen Temperatur
und MSOUR durch die Gleichung
In MSOUR = 33,92 - 864o/T (K)
bestimmt ist.
bestimmt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Flüssigkeitsgemisches aus "Stufe "e", welches noch Nitrite
und Nitrate enthält, zusammen mit darin enthaltenen Mikroorganismen in die Stufe "b" zurückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Teil der in Stufe "d" abgesetzten Feststoffe zur Stufe "b" zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der ersten sauerstoffarmen Behandlungsstufe eine zusätzliche
Quelle für verwendbaren Kohlenstoff hinzugefügt ist.
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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche Kohlenstoffquelle durch den abgesetzten Primärschlamm
gebildet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche Kohlenstoffquelle eine von außen zugeführte assimilierbare
organische Kohlenstoffverbindung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Stickstoffgas zur Beschleunigung des Einsatzes sauerstoffarmer Bedingungen
benutzt wird durch Auflösung zumindest in der ersten sauerstoffarmen Stufe.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich sauerstoffarme und sauerstoffreiche Behandlungsstufen in
dieser Reihenfolge hinzugefügt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens vier Behandlungsstufen vorgesehen werden, von denen die
letzte "d" sauerstoffarm ist.
lo. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das F /M -Verhältnis in dem hydraulischen Abschnitt des ersten Konta
mindestens 2,ο ist und der D.O.-Spiegel mindestens 2 ppm beträgt.
11. Verfahren zur btilogischen Aufbereitung von Abwasser mit biologisch abbaubaren kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Materialien,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) das Abwasser kontinuierlich ohne zwischenzeitliches Abtrennen
von Feststoffen aufeinanderfolgende Behandlungszonen durchfließt, in denen das Abwasser einer ersten
Sauerstoffreichen Behandlung und ein oder mehreren aufeinanderfolgenden
biologischen Behandlungsstufen ausge-
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setzt wird, die aufeinanderfolgende sauerstoffarme und
sauerstoffreiche Bedingungen aufweisen;
b) das behandelte Abwasser aus der letzten Behandlungsstufe
in abgesetzten Schlamm und eine darüber befindliche Flüssigkeit getrennt wird;
c) in die erste sauerstoffreiche Behandlungszone ein Teil
des abgesetzten Schlammes des entfernten BOD zurückgeführt wird, welches das zuströmende Abwasser nitriert und denitriert
und mit einem O2 enthaltenden Gasstrom gemischt
wird, so daß in der ersten Behandlungsstufe ein D.O.-Spiegel
von mindestens 1 ppm aufrechterhalten wird;
d) die erste sauerstoffreiche Behandlungsstufe in ein oder
mehrere hydraulisch voneinander getrennte sauerstoffreiche
Abschnitte unterteilt wird;
e) im ersten sauerstoffreichen Abschnitt, in welchem das zuströmende
Abwasser mit dem rückgeführten Schlamm in Berührung tritt, ein Verhältnis von mindestens 1,5 zwischen
löslichen kohlenstoffhaltigen Nährstoffen und aktiver Biomasse, wie es durch den Ausdruck F /M, beschrieben ist;
s a
f) Fs dem 1 1/2-fachen Gewicht des löslichen BODg-Gehaltes
des täglich dem Schnitt "a" zugeführten Abwassers ist und
M, das Gewicht des MLVSS in dem Flussigkeitsgemisch in Stufe
a
"a" multipliziert mit einem Aktivitätskoeffizientenc^ist,
wobeioCdas Verhältnis darstellt der Sauerstoffaufnahmerate
der bei der Oxidation flüchtigen Feststoffe zu maximalen spezifischen Bezugsgröße der Sauerstoffaufnahme MSOUR beider
gleichen Temperatur und MSOUR durch die Gleichung
In MSOUR = 33,92 - 864o/T (K) bestimmt ist.
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g) zumindest der ersten sauerstoffarmen Behandlungsstufe
ein Teil des Flüssigkeitsgemisches aus der nachfolgenden, stromabgelegenen sauerstoffreichen Stufe zugeführt wird.
ein Teil des Flüssigkeitsgemisches aus der nachfolgenden, stromabgelegenen sauerstoffreichen Stufe zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ^Verhältnis im ersten sauerstoffπ
der D.O.-Spiegel über 2 ppm gehalten wird.
der D.O.-Spiegel über 2 ppm gehalten wird.
das F /M -Verhältnis im ersten sauerstoffreichen Abschnitt über 2 und
s a
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom zur Stufe "a" mindestens 5o Volumenprozent CL enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Behandlungsstufe eine sauerstoffarme Stufe ist.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die rückgeführte Flüssigkeit dem ersten Abschnitt einer aus mehreren Abschnitten bestehenden sauerstoffarmen Behandlungszone zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der ersten sauerstoffarmen Behandlungsstufe eine zusätzliche BOD-Quelle
zugefügt ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche BOD-Quelle ein Teil des rückgeführten abgesetzten
Schlammes ist.
Schlammes ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche BOD-Quelle aus abgesetztem Primärschlamm besteht.
19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche BOD-Quelle aus einer von außen zugeführten assimilierbaren
organischen Kohlenstoffverbindung besteht.
20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
Stickstoff zumindest der ersten sauerstoffarmen Behandlungsstufe
zugesetzt wird, um den Einsatz der sauerstoffarmen Bedingungen zu beschleunigen.
zugesetzt wird, um den Einsatz der sauerstoffarmen Bedingungen zu beschleunigen.
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21. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der letzten Stufe "g" zumindest der ersten sauerstoffarmen
Behandlungsstufe ein Teil des rückgeführten Schlammes aus der vorgenannten Trennstufe zugesetzt wird.
Behandlungsstufe ein Teil des rückgeführten Schlammes aus der vorgenannten Trennstufe zugesetzt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß -Verhältnis im ersten sauerstoffreich«
und der D.O.-Spiegel über 2 ppm gehalten wird.
und der D.O.-Spiegel über 2 ppm gehalten wird.
das Fn /M,-Verhältnis im ersten sauerstoffreichen Abschnitt über 2
s a
s a
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom zur Stufe "a" mindestens 5o Volumenprozent O^ enthält.
24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Behandlungsstufe eine sauerstoffarme Stufe ist.
25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
die gemischte Flüssigkeit aus einer stromabgelegenen sauerstoffreichen
Behandlungsstufe dem ersten Abschnitt einer aus mehreren Abschnitten
bestehenden sauerstoffarmen Behandlungszone zugeführt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der ersten sauerstoffarmen Behandlungsstufe eine zusätzliche BOD-Quelle
zugefügt ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche BOD-Quelle aus abgesetztem Primärschlamm besteht.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche BOD-Quelle aus einer von außen zugeführten assimilierbaren
organischen Kohlenstoffverbindung besteht.
29. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Stickstoff zumindest der ersten sauerstoffarmen Behandlungsstufe zugesetzt
wird, um den Einsatz der sauerstoffarmen Bedingungen zu beschleunigen.
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