DE2616273C2 - Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser - Google Patents
Verfahren zur biologischen Reinigung von AbwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser in einer anaeroben Behandlungsstufe
unter Bildung eines Methan enthaltenden Gasgemsiches und in einer daran anschließenden
Behandlungsstufe, wobei sowohl zwischen diesen beiden Stufen als auch im Anschluß an die aerobe
Behandlungsstufe eine Schlammabtrennung in einer Absetzstufe erfolgt.
Aus »Biological treatment of sewage and industrial wastes«, Band 2, Seiten 126 bis 135, von Josef McCabe
und Eckenfelder, Ausgabe 1958, ist bereits ein biologisches
Abwasserreinigungsverfabren mit einer ersten ,anaeroben Stufe mit Methangärung, nachfolgender
Schlammabtrennung unter Schlammrückführung, anschließender aerober Behandlung und Schlammabtrennung
sowie mit einer Überschußschlammabführung bekannt
Bei diesem klassischen Verfahren zur Abtrennung von organischen Verunreinigungen aus Abwässern wird
das Abwasser in einer ersten Verfahrensstufe mit anaeroben Mikroorganismen behandelt, wobei ein Teil
der organischen Verunreinigungen zu einem Methan-Kohlendioxid-Gasgemisch (mit 63% Kohlendioxid und
36% Methan) zersetzt wird. An die Vergärung schließt sich eine Abtrennung des Schlamms an, wobei der
abgetrennte Schlamm vollständig in die Vergärung zurückgeführt wird Der zurückgeführte anaerobe
Schlamm wird dabei als Hilfskultur für den Gärprozeß verwendet. Das vom Schlamm befreite Wassser v/ird
einer zweiten aeroben Bchandlungsstufe in einem r>
Rieselfilter unterworfen. Das das Rieselfilter verlassende Abwasser wird dann einer Schlammabtrennung
unterzogen und der Schlamm wird verworfen. Das erhaltene Abwasser wird chloriert und abgezogen. Eine
Rückführung des in der aeroben Stufe anfallenden
ic Schlammes in die anaerobe und/oder aerobe Behandlungsstufe
des Verfahrens ist dabei nicht vorgesehen. Der Schlamm wird vielmehr in einer nachgeschalteten
Klärstufe abgetrennt und verworfen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß auch hier große Mengen von
ii biologischem Schlamm entstehen, die nur schwer zu
entwässern und umweltfreundlich zu beseitigen sind.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die Methangaserzeugung
in der anaeroben Behandlungsstufe eines Verfahrens zur biologischen Reinigung von Abwasser
-'() der eingangs genannten Art zu verbessern und gleichzeitig die Menge des Belebtschlammes im
•Abwasser zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der abgesetzte Schlamm aus der zwischen der
aeroben und der anaeroben Behandlungsstufe angeordneten Absetzstufe zum Teil in die anaerobe Stufe
zurückgeführt und der überschüssige Schlamm abgeleitet wird und daß ein Teil des in der anderen Absetzstufe
gebildeten Schlammkonzentrats in die aerobe Behandlungsstufe und ein weiterer Teil in die anaerobe
Behandlungsstufe zurückgeleitet wird.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet beträchtliehe Vorteile. So erhält man im Vergleich zu
herkömmlichen Verfahren nur einen Bruchteil der üblichen Schlammmenge. Unter optimalen Bedingungen
kann die Schlammenge auf etwa ein Zehntel der üblichen Menge herabgesetzt werden, während man
"> einen größeren Anteil Trockensubstanz erhält, beispielsweise
10Gew.-%, verglichen mit einem Feststoffanteil bei den herkömmlichen Verfahren von etwa
2 Gew.-%. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist die große Stabilität des biologischen
"5 Prozesses. Dies ist hauptsächlich zurückzuführen auf die
Pufferwirkung, die durch die Rezirkulation des Schlammkonzentrats in die anaerobe Behandlungsstufe
entsteht. Die große Stabilität in dieser Behandlungsstufe hat ihrerseits eine deutlich verbesserte Stabilität in der
w nachfolgenden aeroben Behandlungsstufe zur Folge, die
normalerweise sehr empfindlich gegen Störungen in
■ Form von Schwankungen der Zusammensetzung des zufließenden Abwassers ist Das erfindungsgemäße
Verfahren läßt sich daher leicht kontrollieren und arbeitet zufriedenstellend auch dann, wenn das zuflie
ßende Abwasser in seiner Zusammensetzung starken Schwankungen unterliegt Es läßt sich auch leicht
kombinieren mit der Behandlung von leicht verschmutztem Abwasser, das zusammen mit dem vorbehandelten,
stark verschmutzen Abwasser aus der anaeroben Behandlungsstufe in die aerobe Behandlungsstufe
eingeleitet werden kann.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der größere Teil der im Abwasser enthaltenen organischen Stoffe vorzugsweise in der
. ersten anaeroben Behandlungsstufe abgebaut, während der Rest in der nachfolgenden aeroben Behandlungsstufe
abgebaut wird. Auf diese Weise können bis zu 90%
der gesamten Verunreinigungsmenge in der anaeroben Behandlung verarbeitet werden. Dies bietet den Vorteil,
daß in der anaeroben Behandlungsstufe der größere Teil der Stickstoffverbindungen zu Ammoniak abgebaut
v.ird, das verhältnismäßig einfach aus dem Wasser entfernt wci den kann.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
F i g. 1 und 2 schematische Blockdiagramme des erfindungsgemäßen Verfahrens, das auf die Behandlung
von Abwasser mit einem niederen (Fig. 1) bzw. mit einem hohen Anteil (F i g. 2) an Stickstoffverunreinigungen
angewendet wird.
Gemäß F i g. 1 wird ein stickstoffarmes Abwasser in einem Mischtank 1 behandelt, in dem die anaerobe
Behandlungsstufe durchgeführt wird. Das bei dieser Behandlung entstehende Methangas wird bei 2 aufgefangen.
Das anaeroben Schlamm enthaltende behandelte Wasser wird in eine Schlammabscheidungsvorrichtung
3 eingeführt, die aus einem Lamellen-Separator, /einem Absitzbecken, einer Dakantier-Zentriiuge, oder
^einer anderen geeigneten Einrichtung bestehen kann.
Aus der Abscheidungsvorrichtung 3 wird ein Teil des Schlammes in den Tank 1 zurückgeführt, während der
Rest des Schlammes verworfen wird.
Das auf diese Weise vorbehandelte Wasser wird zur Behandlung mit aerob aktiviertem Schlamm in einen
geschlossenen Tank, eiii Erdbecken, ein Betonbecken
oder «ine andere geeignete Anlage, hier allgemein mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet, eingeführt, in der eine
Sauerstoffbehandlung möglich ist Das in 7 behandelte Wasser wird in einen Schlammabscheider/Schlammeinfdicker
8 eingeführt, aus dem abgetrennter Schlamm in den Tank 1 zurückgeführt wird, während das gereinigte
Wasser verworfen oder anderen Zwecken zugeführt wird. Ein Teil des in 8 abgetrennten Schlammes wird in
die Vorrichtung 7 mit aktiviertem Schlamm zurückgeführt.
Gemäß Fig.2 wird Abwasser mit einem hohen Gehalt an Stickstoffverunreinigungen in der dargestellten
Anlage behandelt Die F i g. 2 unterscheidet sich von der F i g. 1 nur in bezug auf die Einrichtungen, die
zwischen der anaroben und der aeroben Behandlungsstufe eingeschaltet sind. Diese bestehen aus einer
:.Einric!itung 4 für die Zugabe von Alkali, einem Abstreifer 5 zum Abziehen des gebildeten Ammoniaks
und einer Einrichtung 6 zum Auffangen des abgezogenen Ammoniaks. In den Abstreifer 5 wird in sein unteres
Ende Luft eingeführt zur Entfernung des Ammoniaks, während das ammoniakhaltige Wasser am oberen Ende
des Abstreifers zugeführt wird.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Dieses Beispiel beschreibt die erfindungsgemäße Behandlung des Abwassers einer Zuckerfabrik in
Schweden.
Das Wasser enthielt etwa 0,4 Gew.-°/o Kohlehydrate und hatte einen BOD5 von etwa 5000 mg O2/!. (BOD5 ist
definiert als der Sauerstoff verbrauch einer bei 20° C in Dunkelheit gehaltenen Probe in 5 Tagen.) Das Wasser
wurde in einer Anlage behandelt, die der F i g. 1 entspricht, wobei der Tank 1 einen Inhalt von etwa
0,5 m3 hatte. Die BOD-Belastung im Verhältnis zum
zugeführten Wasser betrug etwa 1 kg/m3 in 24 Stunden. Im Tank herrschte eine Temperatur von etwa 35°C, der
pH-Wert war 7 und der Schlammgehait lag bei etwa IO g/l. Im Tank herrschten vollständig anaerobe
Bedingungen.
Etwa 0,16 m} methanhaltigcs Gas verließen in
24 Stunden den Tank 1 und enthielten etwa 70 Vol.-% Methan, der Rest war Kohlendioxid. Im Schlammabscheider
3 betrug in der flüssigen Phase (d. h. ohne Berücksichtigung des Schlamms) der BOD5 etwa
1000 mg O2/l, der pH-Wert war etwa 7 und die
Temperatur etwa 350C, wahrend die Oberflächenbeschickung
etwa 0,5 m/h beträgL Schlammhaltiges
Material, das aus dem Schlammabscheider 3 in den Tank 1 zurückgeleitel wurde, machte etwa 20 Vol.-% des in
den Tank 1 einlaufenden Wassers aus.
Aus dem Abscheider 3 wurde zur Beseitigung eine Menge abgeleitet, die 1 Liter Schlamm pro Kilogramm
des in den Tank ί einströmenden BOD entsprach.
Die Vorrichtung 7 zur weiteren Behandlung des Wassers mit aerob aktiviertem Schlamm bestand aus
einem Tankreaktor 7 mit einem Volumen von etwa 0,1 mJ, worin durch Einblasen von Luft vollständige
'Durchmischung erzielt wurde. Die Temperatur der flüssigen Phase im Reaktor 7 betrug etwa 200C und die
BOD-Belastung etwa 1 kg/m3 in 24 Stunden. Das den Tank 7 verlassende Wasser hatte einen pH-Wert von
etwa 8, einen Schlammgehalt von etwa 3 g/l und einen Sauerstoffgehalt von über 2 mg Oj/1.
Die gleichen Temperatur- und pH-Werte galten sowohl für den Schlammabscheider 8 als auch für den
Tank 7. Die Oberflächenbeschickung betrug etwa 0,5 m/h. Die aus dem Schlammabscheider 8 abgeleitete
schlammhaltige Flüssigkeit hatte ein Volumen von etwa
40% des in den Micchtank 1 einlaufenden Wassers, und von dieser Flüssigkeit wurden etwa Ve in den Tank 7
zurückgeführt, während etwa Vs in den anaeroben Tank t zurückgeleitet wurde. Das den Schlammabscheider 8
verlassende Wasser hatte einen BOD5 von etwa 50 mg O2/I, und verursachte daher keinerlei Beseitigungsschwierigkeiten bei der Ableitung in einen Behälter.
Es sei bemerkt, daß der in diesem Beispiel beschriebene Prozeß nicht mit einer selektiven Kultur
begonnen wurde, sondern seine natürliche Entstehung aufgrund der in dem einfließenden Abwasser vorhandenen
Mikroorganismen hatte. Fei ner ergibt sich aus dem Beispiel, daß etwa 80% der einfließenden, Sauerstoff
verbrauchenden Stoffe in der anaeroben Stufe abgebaut wurden, während in der aeroben Stufe hauptsächlich
restliche Verunreinigungen verarbeitet wurden.
Dieses Beispiel betrifft die erfindungsgemäße Behandlung des Abwassers einer Fabrik, die Hefe auf
Molassebasis herstellt.
Das Wasser enthielt etwa 1 Gew.-% organische Verunreinigungen, von denen der größere Teil Stickstoffverbundungen
waren und der Rest hauptsächlich aus Kohlehydraten bestand. Das Wasser hatte einen
BOD5 von 10000 mg O2/I und wurde in einer Anlage
gemäß Fig.2 behandelt, die, abgesehen von den zwischen den beiden Stufen eingeschalteten Einrichtungen
4, 5 und 6, vollständig der Anlage nach F i g. J
entspricht.
Die BOD-Belastung des in den Tank 1 eingeleiteten Wassers betrug etwa 2 kg/m3 in 24 Stunden, die
Temperatur im Tank 1 lag bei etwa 35° C, der pH-Wert
bei etwa 7,5 und der Schlammgehait betrug etwa 10 g/I.
Methanhaltiges Gas verließ den Tank 1 mit etwa 0,3 m3/24 Stunden; es enthielt etwa 70 VoI.-% Methan,
der Rest war Kohlendioxid. Im Schlammabscheider 3 betrug der BOD5 etwa 2000 mg O2/l in der flüssigen
Phase (d. h, ohne Berücksichtigung des Schlammes), der
pH-Wer' <g bei etwa 7,5, die Temperatur bei etwa 37°C, '. .. die Qberflächenbeschickung betrug etwa
C,5m/Ii. Das schiammh'altige Material, das aus dem
Schlammabscheider 3 in den Tank 1 zurückgeführt wurde, machte etwa 20Vol.-% des in den Tank I
einfließenden Wassers aus. Aus dem Schlammabscheider 3 wurde, zur Beseitigung eine Menge abgeleitet, die
1 Liter Schlamm pro Kilogramm des in Tank 1
; einströmenden BOD entsprach,
; In diefiirdieÄlkalizugäbe vorgesehene Einrichtung 4
; In diefiirdieÄlkalizugäbe vorgesehene Einrichtung 4
""■!wurde Löschkalk bis zujinem pHlWert von etwa 10,5
-gegeben. Die E;nrjchtUi!g 4 war ein einfacher Behälter
mit einem Rührwerk jünd^ .seih iYolumen war so
bemessen, daß eine Rückhaltezeit von etwa einer halben Stunde erzielt würde. Etwa 8Oo/o des durch die Zugabe
, 'von Alkali freigesetzten Ammoniaks wurden im
Abstreifer 5 abgezogen und in der Vorrichtung 6 aufgefangen.
- -' In der Einrichtung 7, in der das Wasser aerob
behandelt wür.'e, lag die BOD-Beiastung bei etwa 2 kg/m3 in 24 Stunden, die Temperatur bei etwa 200C,
der pH-Wert bei etwa 9, und der Schlammgehalt betrug etwa 6 g/l, der Sauerstoffgehalt über 2 mg/I.
Die gleichen Temperatur- und pH-Werte galten sowohl für den Schlammabscheider 8 wie für den Tank
7. Die Oberflächenbeschickung betrüg etwa 0,5 rn/hlDie
aus der Einrichtung 8 abgeleitete Flüssigkeit hatte ein Volumen von etwa 40% des in den Tank 1 einlaufenden
Wassers, und von dieser Flüssigkeit wurden etwa Vg. in
den Tank 7 zurückgeleitet, während etwa V8 in den anaeroben Tank 1 zurückgeführt wurde. Das den
Schlammabscheider 8 verlassende gereinigte Wasser hatte einen BOD5 von etwa 200 mg 02/ljmd verursachte
daher keinerlei Schwierigkeiten bei der Einleitung in
Wne städtische Kläranlage oder, nach Lagerung, in einen
,Behälter.
Der in diesem Beispiel beschriebene Prozeß wurde !durch Impfung mit aktiviertem vergorenem Schlamm
gestartet. Wie in Beispiel 1 wurden etwa 8Ö°/o des
einfließenden, Sauerstoff verbrauchenden Materials in der anaeroben Stufe abgebaut, während der Rest der
Verunreinigungen in der aeroben Stufe abgebaut wurde.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser in einer anaeroben ßchandlungsstufe
unter Bildung eines Methan enthaltenden Gasgemisches und in einer daran anschließenden aeroben
Behandlungssture, wobei sowohl zwischen diesen beiden Stufen als auch im Anschluß an die aerobe
Behandlungsstufe eine Schlammabtrennung in einer Absetzstufe erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß der abgesetzte Schlamm aus der zwischen der aeroben und der anaeroben Behandlungsstufe
angeordneten Absetzstufe zum Teil in die anaerobe Stufe zurückgeführt und der überschüssige Schlamm
abgeleitet wird und daß ein Teil des in der anderen Absetzstufe gebildeten S'chlammkonzentrats in die
aerobe Behandlungsstufe und ein weiterer Teil in die anaerobe Behandlungsstufe zi-rückgeleitet v/ird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überschüssige Schlamm aus der im
Anschluß an die aerobe Behandlungsstufe angeordneten
Absetzstufe abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die τ der anaeroben Stufe gebildeten Ammoniumionen in einer solchen Menge entfernt
werden, daß das Nährsalzgleichgewicht in der aeroben Stufe erhalten bleibt
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Ammoniumionen
durch Zusatz von Alkali erfolgt, und das im Wasser freigesetzte Ammoniak abgezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alkalimenge so bemessen wird, daß ein pH-Wert von 9 bis 11 erhalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniumionen mit Hilfe eines
Kationenaustauschers, insbesondere eines natriumgesättigten Kationenaustauschers entfernt werden.
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