DE2616273A1 - Verfahren zur reinigung von abwasser - Google Patents
Verfahren zur reinigung von abwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen
Reinigung von kohlehydrat- und proteinreichem Abwasser.
Bei der Behandlung von stark mit Kohlehydraten und Proteinen belastetem oder verunreinigtem Abwasser z.B. von
Zucker-, Stärke- oder Konservenfabriken entstehen bei Anwendung konventioneller Reinxgungstechniken, wie z.B.
der Verwendung von aerob aktiviertem Schlamm, schwer zu bewältigende Probleme im Zusammenhang mit der Bildung
von Schlamm mit schlechtem Sedimentationsvermögen, dem
sogenannten Treibschlamm. Ausserdem hat das Verfahren meist nur eine geringe Reinigungswirkung, da organische
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Stickstoffverbindungen im Verlauf des Prozesses nur schwer abgebaut werden. Für die Bereitstellung der für
das Abbauverfahren notwendigen Sauerstoffmenge werden große Energiemengen verbraucht. Bei den bekannten Verfahren
werden große Mengen von biologischem Schlamm gebildet, die nur schwer zu entwässern sind und ein unerwünschtes
Umweltproblem darstellen. Ein weiteres Problem der bekannten Methoden ist die Schwierigkeit, einen biologischen Prozeß mit ausreichend
hoher Stabilität für einfache praktische Anwendung zu entwickeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahrenr das die
oben erwähnten Nachteile vermeidet und das in der Praxis einfach durchzuführen ist, da der biologische Prozeß bei
der praktischen Anwendung eine sehr große Stabilität besitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf biologischer
Reinigung in zwei Stufen, einer ersten anaeroben Stufe und einer zweiten aeroben Stufe. In der anaeroben
Stufe wird der Schlammgehalt hoch gehalten, und die Bedingungen werden so gewählt, daß Methangärung mit nachfolgender
Reduktion der Verunreinigungsstoffe stattfindet. Schlammhaltiges Wasser, das in der anaeroben Stufe entstand,
wird nachfolgend einer Schlammabscheidung unterzogen, wobei ein erstes Schlammkonzentrat entsteht, das
in die anaerobe Stufe zurückgeführt, d.h. rezirkuliert wird. Nach der erwähnten Schlammabscheidung wird das in
der ersten Stufe behandelte Wasser in der aeroben Stufe be-
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handelt, wo restliche Vereunreinigungsstoffe aufgrund
der Umwandlung in der anaeroben Stufe in einer Form vorhanden sind, in der sie leicht von aeroben Organismen verarbeitet
werden können. Das schlammhaltige Wasser aus der aeroben Stufe wird einer Schlammabscheidung unterzogen,
bei der ein zweites Schlammkonzentrat gebildet wird, von dem zumindest ein Teil in die aerobe Stufe zurückgeführt
wird, während ein eventueller Überschuß in die anaerobe Stufe zurückgeleitet wird. Schlamm aus dem ersten Schlammkonzentrat
und möglicherweise auch aus dem zweiten Schlammkonzentrat wird abgezogen und beseitigt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der grössere Teil der im Abwasser enthaltenen organischen Stoffe vorzugsweise
in der ersten anaeroben Stufe abgebaut, während der Rest in der nachfolgenden aeroben Stufe verarbeitet wird. Somit
können bis zu 80 - 90 % der gesamten Verunreinigungsmenge in der anaeroben Zersetzung verarbeitet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein Teil des zweiten Schlammkonzentrats in die aerobe Stufe zurückgeführt, während
der Rest in die anaerobe Stufe zum Abbau zurückgeleitet wird; danach wird zu beseitigendes Schlammkonzentrat während
des Prozesses nur noch aus dem ersten Schlammkonzentrat aus der anaeroben Stufe entnommen.
Die vorliegende Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, daß
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in der anaeroben Stufe der grössere Teil der Stickstoffen
verbindungVzu Ammoniak umgewandelt wird, das verhältnis-
verbindungVzu Ammoniak umgewandelt wird, das verhältnis-
mässig einfach aus dem Wasser entfernt werden kann.
Bei der Behandlung von proteinhaltigem Abwasser, d.h. von
Wasser, das einen großen Anteil organischer Stickstoffverbindungen enthält, werden vorzugsweise die in der anaeroben
Stufe gebildeten Ammoniumionen entfernt, bevor das behandelte Wasser in die aerobe Stufe geleitet wird. Die Entfernung
kann durch Zugabe von Alkali und Abziehen des dadurch freigesetzten Ammoniak erfolgen. Die Alkalimenge wird
so eingestellt, daß man einen pH von 9 bis 11 erhält. Freigesetztes Ammoniak kann beseitigt werden, indem man Luft
durch das Wasser bläst.
Ein anderes Verfahren zur Entfernung der Ammoniumionen ist, das Wasser durch einen Kationen-Austauscher zu leiten,
und zwar am besten durch einen mit Natrium gesättigten Kationenaustauscher.
Wie bereits erwähnt, bringt das erfindungsgemaße Verfahren
wesentliche Vorteile. So erhält man im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren nur einen Bruchteil der üblichen
Schlamm-Menge. Unter optimalen Bedingungen kann die Schlamm-Menge auf etwa ein Zehntel der üblichen Menge reduziert
werden, während man einen grösseren Anteil Trockensubstanz erhält, z.B. 10 Gew.%. Im Gegensatz dazu erhält man bei den
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herkömmlichen Verfahren einen wesentlich geringeren Feststoffanteil von gewöhnlich etwa 2 Gew.%. Die Vorteile
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind also unschwer zu erkennen.
Es wurde bereits früher der Vorteil einer großen Stabilität des biologischen Prozesses erwähnt. Diese Stabilität
wird hauptsächlich durch die Pufferwirkung bedingt, die durch die Rezirkulation des Schlammkonzentrats in
die anaerobe Stufe entsteht. Die Stabilität in dieser Stufe hat ihrerseits eine wesentlich verbesserte Stabilität
in der folgenden aeroben Stufe zur Folge, die normalerweise als sehr empfindlich gegen Störungen in Form von
Schwankungen in der Zusammensetzung der zufliessenden Stoffe gilt. Insgesamt ergibt sich ein leicht zu kontrollierender
Prozeß, der trotz Schwankungen im zufliessenden Abwasser zufriedenstellend arbeitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft kombiniert werden mit der Behandlung von leicht verschmutztem Abwasser,
das zusammen mit dem behandelten Wasser aus der anaeroben Stufe in die aerobe Stufe geleitet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobei die Abbildungen
1 und 2 schematische Blockdiagramme des Prozesses zeigen, wie er an die Behandlung von Abwasser mit einem
niederen bzw. einem hohen Anteil an Stickstoffverunreini-
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gungen angepaßt ist.
Gemäß Abbildung 1 besteht die Anlage zur Behandlung von stickstoffarmem Abwasser aus einem Tank 1 zum vollständigen
Mischen, in dem die anaerobe Gärung durchgeführt wird. Das während dieser Behandlung gebildete Methangas wird bei
2 aufgefangen. Das anaeroben Schlamm enthaltende behandelte Wasser wird zu einer Schlammabscheidevorrichtung 3 geleitet,
die aus einem Lamellen-Separator, einem Sedimentationsbecken, einer Dekantier-Zentrifuge oder einer anderen
geeigneten Vorrichtung bestehen kann. Aus der Abscheidevorrichtung 3 wird ein Teil des Schlammes zu Tank 1 zurückgeleitet,
während der Rest zur Beseitigung abgeführt wird.
Das so behandelte Wasser wird zur Behandlung mit aerob aktiviertem
Schlamm in einen geschlossenen Tank, ein Erdbecken, ein Betonbecken oder eine andere geeignete Anlage
geleitet, allgemein mit der Nummer 7 bezeichnet, worin Oxigenisierung möglich ist. Das in 7 behandelte Wasser
wird weitergeleitet zu einem Schlammabscheider/-eindicker 8, von wo aus abgetrennter Schlamm zu Tank 1 zurückgeführt
wird, während das gereinigte Wasser zur Beseitigung oder zu anderen Zwecken abgeleitet wird. Ein Teil des in 8 abgetrennten
Schlammes wird zu der Vorrichtung 7 mit aktiviertem Schlamm zurückgeführt.
Die Anlage der Abbildung 2 ist bestimmt zur Behandlung von
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Abwasser mit einem hohen Gehalt an Stickstoffverunreinigungen, und unterscheidet sich von der in Abb. 1 dargestellten
nur hinsichtlich der Einrichtungen, die zwischen der aeroben und der anaeroben Stufe eingeschaltet sind.
Diese Einrichtungen bestehen aus einem Apparat 4 zum Zusetzen von Alkali, einem Stripper 5 zum Abziehen des gebildeten
Ammoniak, und einem Apparat 6 zum Auffangen des abgezogenen Ammoniak. Der Stripper 5 erhält an seinem unteren
Ende Luft zur Entfernung des Ammoniak, während das ammoniakhaltige Wasser am oberen Ende des Strippers zugeführt
wird.
Dieses Beispiel betrifft die Behandlung von Wasser aus der Zuckerfabrik in örtofta, Schweden. Das Wasser enthält etwa
0,4 Gew.% Kohlehydrate und hat einen BOD5 von etwa 5000
mg 02/l. (BOD5 wird hier definiert als der Sauerstoffverbrauch
einer bei 20° C in Dunkelheit gehaltenen Probe in 5 Tagen).Das Wasser wird in einer Anlage behandelt, die
der Abbildung 1 entspricht, wobei der Tank 1 einen Inhalt von etwa 0,5 m hat. Die BOD-Belastung im Verhältnis zum
zugeführten Wasser beträgt etwa 1 kg/m in 24 Stunden. Im Tank herrscht eine Temperatur von etwa 35° C, der pH ist
und der Schlammgehalt liegt bei etwa 10 g/l.
Im Tank herrschen vollständig anaerobe Bedingungen.
Etwa 0,16 m methanhaltiges Gas verlassen in 24 Stunden den
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Tank 1 und enthalten etwa 70 Vol% Methan, der Rest ist Kohlendioxid. Im Schlammabscheider 3 beträgt in der flüssigen
Phase (d.h. ohne Berücksichtigung des Schlamms) der BOD5 etwa 1000 mg O2/1, der pH ist etwa 7 und die Temperatur
etwa 35° C, während die Oberflächenlast (surface load) etwa 0,5 m/h beträgt. Schlammhaltiges Material, das
aus dem Schlammabscheider 3 in den Tank 1 zurückgeleitet wird, macht etwa 20 Vol% des in den Tank 1 einlaufenden
Wassers aus. Aus dem Abscheider 3 wird zur Beseitigung eine Menge abgeleitet, die 1 Liter Schlamm pro Kilogramm des in
den Tank 1 einströmenden BOD entspricht.
Die Vorrichtung 7 zur weiteren Behandlung des Wassers mit aerob aktiviertem Schlamm besteht aus einem Tankreaktor 7
mit einem Volumen von etwa 0,1 m , worin durch Einblasen von Luft vollständige Durchmischung erzielt wird. Die Temperatur
der flüssigen Phase des Reaktors 7 beträgt etwa 20° C und die BOD-Belastung etwa 1 kg/m in 24 Stunden. Das den
Tank 7 verlassende Wasser hat einen pH von etwa 8, einen Schlammgehalt von etwa 3 g/l und einen Sauerstoffgehalt von
über 2 mg O2A.
Die gleichen Temperatur- und pH-Werte gelten sowohl für den Schlammabscheider 8 als auch für den Tank 7. Die Oberflächenbelastung
beträgt etwa 0,5 m/h. Die aus dem Schlammabscheider 8 abgeleitete schlammhaltige Flüssigkeit hat ein Volumen
von etwa 40 % des in den Tank 1 einlaufenden Wassers,
und von dieser Flüssigkeit werden etwa 7/8 in den Tank 7 zurückgeführt, während etwa 1/8 in den anaeroben Tank 1
zurückgeleitet wird. Das den Schlammabscheider 8 verlassende Wasser hat einen BOD5 von etwa 50 mg 0_/l, und verursacht
daher keinerlei Beseitigungsschwierigkeiten bei der Ableitung in einen Behälter.
Es ist hinzuzufügen, daß der in diesem Beispiel beschriebene Prozeß nicht mit einer selektiven Kultur begonnen wird,
sondern seine natürliche Entstehung aufgrund der in dem einfliessenden
Abwasser vorhandenen Mikroorganismen hat. Ferner ergibt sich aus dem Beispiel, daß etwa 80 % der einfliessenden,
Sauerstoff verbrauchenden Stoffe in der anaeroben Stufe abgebaut werden, während die aerobe Stufe hauptsächlich
restliche Verunreinigungen verarbeitet hat.
Dieses Beispiel betrifft die Behandlung von Abwasser aus einer Fabrik, die Hefe auf Molassebasis herstellt. Das Wasser
enthält etwa 1 Gew.% organischer Verunreinigungen, von denen der grössere Teil Stickstoffverbindungen sind und
der Rest hauptsächlich aus Kohlehydraten besteht. Das Wasser hat einen BOD5 von 10,000 mg 02/l und wird in einer
Anlage gemäß Abb. 2 behandelt, die, abgesehen von den zwischen den beiden Stufen eingeschalteten Vorrichtungen 4,
5 und 6, vollständig der Anlage nach Abbildung 1 entspricht. Die BOD-Belastung des in Tank 1 eingeleiteten Wassers be-
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trägt etwa 2 kg/m in 24 Stunden, die Temperatur in Tank liegt bei etwa 35° C, der pH bei etwa 7,5 und der Schlammgehalt
beträgt etwa 10 g/l.
Methanhaltiges Gas verläßt den Tank 1 mit etwa 0,3 m /24
Stunden; es enthält etwa 70 Vol% Methan, der Rest ist Kohlendioxid. Im Schlammabscheider 3 beträgt der BOD5 etwa
2000 mg O2/I in der flüssigen Phase (d.h. ohne Berücksichtigung
des Schlammes), der pH liegt bei etwa 7,5, die Temperatur bei etwa 37° C, und die Oberflächenbelastung beträgt
etwa 0,5 m/h. Das schlammhaltige Material, das aus dem Schlammabscheider 3 in den Tank 1 zurückgeführt wird,
macht etwa 20 Vol% des in Tank 1 einfliessenden Wassers aus. Aus dem Schlammabscheider 3 wird zur Beseitigung eine
Menge abgeleitet, die 1 Liter Schlamm pro Kilogramm des in Tank 1 einströmenden BOD entspricht.
In der für die Alkalizugabe vorgesehenen Vorrichtung 4 wird
Löschkalk bis zu einem pH von etwa 10,5 zugegeben. Die Vorrichtung 4 ist ein einfacher Behälter mit einem Rührwerk
und sein Volumen ist so bemessen, daß eine Rückhaltezeit von etwa einer halben Stunde erzielt wird. Etwa 80 % des
durch die Zugabe von Alkali freigesetzten Ammoniak werden im Stripper 5 abgezogen und in der Vorrichtung 6 aufgefangen
.
In der Vorrichtung 7, in der das Wasser aerob behandelt wird,
3 liegt die BOD-Belastung bei etwa 2 kg/m in 24 Stunden, die
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Temperatur bei etwa 20° Cf der pH bei etwa 9, und der
Schlairangehalt beträgt etwa 6 g/l, der Sauerstoffgehalt
über 2 mg/1.
Die gleichen Temperatur- und pH-Werte gelten sowohl für den Schlammabscheider 8 wie für den Tank 7. Die Oberflächenbelastung
beträgt etwa 0,5 m/h. Die aus der Vorrichtung 8 abgeleitete Flüssigkeit hat ein Volumen von etwa
40 % des in den Tank 1 einlaufenden Wassers, und von dieser Flüssigkeit werden etwa 7/8 in den Tank 7 zurückgeleitet,
während etwa 1/8 in den anaeroben Tank 1 zurückgeführt wird. Das den Schlammabscheider 8 verlassende gereinigte
Wasser hat einen BOD5 von etwa 200 mg 02/l und verursacht
daher keinerlei Schwierigkeiten bei der Einleitung in eine städtische Kläranlage oder, nach Lagerung, in einen
Behälter.
Der in diesem Beispiel beschriebene Prozeß wurde durch
Impfung mit aktiviertem vergorenen Schlamm gestartet. Wie in Beispiel 1 werden etwa 80 % des einfliessenden, Sauerstoff
verbrauchenden Materials in der anaeroben Stufe abgebaut, während der Rest der Verunreinigungen in der aeroben
Stufe abgebaut wird.
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Claims (9)
1. }Verfahren zur biologischen Reinigung von kohlenstoff- oder
proteinreichem Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in einer anaeroben Stufe
behandelt wird, wobei entstandenes Methangas abgeleitet wird, das gebildete schlammhaltige Wasser einer Schlammabscheidung
unterzogen wird, wobei ein erstes Schlammkonzentrat entsteht, das in die anaerobe Stufe zurückgeführt
wird, daß das so behandelte Wasser in einer aeroben Stufe behandelt wird und das gebildete schlammhaltige Wasser einer
Schiammabseheidung zur Bildung eines zweiten Schlammkonzentrates
unterzogen wird, von dem zumindest ein Teil in die aerobe Stufe zurückgeführt wird, während möglicher Überschuß
in die anaerobe Stufe zurückgeleitet wird, und ein Teil des ersten und möglicherweise auch des zweiten Schlammkonzentrates
zur Beseitigung abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der grössere Teil der in dem Abwasser
enthaltenen organischen Stoffe in der anaeroben Stufe abgebaut wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des zweiten Schlammkonzentrats
in die aerobe Stufe zurückgeleitet wird, und
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der restliche Teil in die anaerobe Stufe zurückgeführt und dort größtenteils abgebaut wird, wonach Entfernung
von Schlammkonzentrat zur Beseitigung nur aus dem ersten Schlairankonzentrat stattfindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere
für die Behandlung von proteinreichem Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die in der
anaeroben Stufe gebildeten Ammoniumionen teilweise entfernt werden, und zwar höchstens soweit, daß das Nährsalzgleichgewicht
in der aeroben Stufe erhalten bleibt,bevor das behandelte Wasser in die aerobe Stufe geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Entfernung der Ammoniumionen
durch Zusatz von Alkali erfolgt, und das im Wasser freigesetzte Ammoniak abgezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalimenge so bemessen wird,
daß ein pH von 9 bis 11 erhalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniumionen mit Hilfe eines
Kationenaustauschers entfernt werden, durch den das Wasser geleitet wird.
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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet , daß ein natriumgesättigter Kationenaustauscher
verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet
, daß das im Wasser freigesetzte Ammoniak mit Hilfe von durch das Wasser geblasener Luft
abgezogen wird.
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