DE2640875B2 - Zweistufiges Belebtschlammverfahren zur Reinigung von Abwasser - Google Patents

Zweistufiges Belebtschlammverfahren zur Reinigung von Abwasser

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Description

abgebaut werden, wenn dort mit einer Schlammbelastung von 0,15 kg BSB5 pro Kilogramm Trockensubstanz und Tag gearbeitet wird. In den beiden Belebungsstufen kommen somit ganz unterschiedliche Wirkungsmechanismen zum Tragea Da;; alles gelingt jedoch nur dann, wenn man für eine strikte Trennung der Biozönosen der beiden Belebungsstufen sorgt Das erreicht man dadurch, daß einerseits aus der Zwischenklärung, beispielsweise durch entsprechende konstruktive Maßnahmen und/oder durch entsprechende Schlammahsitzzeiten, kein Schlamm, sondern nur Abwasser in die zweite Belebungsstufe gelangt und daß andererseits kein Schlamm aus der zweiten Belebungsstufe in die erste Belebungsstufe zurückgeführt wird.
Im Rahmen eines anderen bekannten zweistufigen Belebtschlammverfahrens, bei dem allerdings beide Belebungsstufen mit einem wenigstens 50 Volumenprozent Sauerstoff enthaltenden Gas belüftet werden, ist es zwar auch schon bekannt (DE-OS 23 21 722), für eine strikte Trennung der Biozönosen der zwei Belebungsstufen zu sorgen und den Überschußschlamm aus der zweiten mit einer Schlammbelastung im Bereich von 0,15 kg BSB5 pro Kilogramm Trockensubstanz und Tag betriebenen Belebungsstufe ohne Rückführung desselben sofort aus dem Schlammkreislauf zu entfernen. Bezüglich der strikten Trennung der Biozönosen handelt es sich hier jedoch nur um eine Verfahrensvariante, die derjenigen ohne strikte Trennung der Biozönosen allenfalls gleichwertig gegenübergestellt ist, jedenfalls das Problem des Energieaufwandes nicht jo berührt, da auch hier sämtliche Verunreinigungen biologisch abgebaut werden.
Im Ergebnis besteht der durch die Erfindung erreichte Vorteil darin, daß bei gleicher Reinigungswirkung erheblich weniger Energie benötigt wird.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung bestehen mehrere Möglichkeiten. Beispielsweise kann die erste Belebungsstufe grobblasig und die zweite Belebungsstufe feinblasig belüftet werden. Auf eine Vorklärung des Abwassers kann im allgemeinen verzichtet werden. Lediglich bei Vorhandensein von Fasern u .dgl. kann sich eine vorherige Grobentschlammung empfehlen, die jedoch nicht zeitaufwendig ist. Ferner ist es möglich, nach der Nachklärung noch eine Filtration vorzunehmen. Entsprechend kann dann der Aufwand für die Nachklärung vermindert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert, die eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zeigt:
Ein Abwasser wird über einen Zulauf 1 mittels einer w Pumpe 2 über eine Leitung 11 einer Einrichtung 3 zur Grobentschlammung zugeführt. Nach Abtrennung der störenden Inhaltsstoffe, wie Fasern, tritt das Abwasser über eine Leitung 12 in ein erstes Belüftungsbecken bzw. eine erste Belebungsstufe 4 ein, die als Höchstlaststufe gefahren wird. Das belüftete Medium tritt dann über eine Leitung 13 in eine Einrichtung 5 zur Zwischenklärung ein. Die geklärte Phase wird über eine Leitung 14 einem !"weiten Belüftungsbecken bzw. einer zweiten Belebungsstufe 6 zugeführt, die als Schwachlaststufe betrieben wird. Von der Einrichtung 5 zur Zwischenklärung wird ein Schlamm abgezogen, der über eine Leitung 22 und eine Pumpe 23 den Leitungen 24 und 25 zugeführt werden kann. Die Leitung 24 dient dazu, Rücklaufschlamm in das System der ersten Stufe wieder zurückzuführen, während die Leitung 25 die Aufgabe hat, Oberschußschlamm aus dem System abzuleiten, z. B. über einen Eindicker in einen Schlammfaulraum. Das gleiche geschieht mit dem Grobschlamm, der über die Leitung 27 abgezogen wird. Nach Abschluß des biologischen Abbaus in der Belebungsstufe 6 tritt die wäßrige Phase in eine Nachkläranlage 7, von der Schlamm über eine Leitung 18 und eine Pumpe 19 abgezogen wird. Dieser Schlamm kann über eine Leitung 20 in Form von Rücklaufschiamm wieder dem System der zweiten Stufe zugeführt werden oder er wird über die Leitung 21 als Überschußschlamm aus dem System abgeleitet Über eine Leitung 16, eine Pumpe 8 und eine Leitung 26 wird die geklärte wäßrige Phase einem Schnellfilter 9 zugeführt, von dem aus das geklärte Wasser über eine Ablaufleitung 10 einem Vorfluter zugeführt wird. Vom Schnellfilter 9 kann Rückspülwasser über Leitungen 28 und 17 wieder dem System der zweiten Stufe zugeführt werden.
Um die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbare Energieeinsparung aufzuzeigen, wird der Sauerstoffverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem eines bekannten Verfahrens verglichen. Hierzu kann die Sauerstoffverbrauchsformel (siehe Abwassertechnische Vereinigung e. V., Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik, Bd. II, Berlin —München 1969, Wilhelm Ernst & Sohn, S. 389).
O VR = 0,5 ,,· Bx + 0,1 · TS R [kg O2/m3 - dj
dienen, in der die einzelnen Großen folgende Bedeutung haben:
OVr den Sauerstoffverbrauch für Grund- und Substratatmung [kg (Vm3 · d],
η Wirkungsgrad der biologischen Reinigung [%],
Br die organische Raumbelastung [kg BSB5/1TI3 · d] und
TSr den Trockensubstanzgehalt [kg TS/m3].
Unter Berücksichtigung der Substrat- und Grundatmung sowie des Sauerstoffverbrauchs für Nitrifikation und Denitrifikation ergibt sich folgende Zusammenstellung:
Grund- und Substratatmung OVR
Nitrifikation und Denitrifikation Ni + Deni
Erhöhung der Grund- und Substratatmung
durch Nitrifikation und Denitrifikation m
Stabilisiert Nitrifikation Rest BSB5 Rest BSB,
20 mg/: 30 mg/1
0,05 0,15 0,30 0,60
0,42 0,56 0,78 1,18
0,05 0,23 0,34 0,26
0,47 0,79 1,12 1,44
112% 141% 144% 122%
Der Energiebedarf Kbei steht mit dem Sauerstoffbedarf OVr gemäß der nachfolgenden Gleichung in funktionellem Zusammenhang:
k ist der Sauerstoffeintrag je kWh, der bei einer mittelgrobblasigen Belüftung 1800 g O2 beträgt.
Der tatsächliche Gesamtenergieverbrauch
schließlich der Nebenaggregate
Keel·
ergibt sich unter Heranziehung der ATV-Richtlinien. (Siehe Abwassertechnische Vereinigung e. V., Lehr- und Handbuch der Abwassertechnik, Bd. II, Berlin —München 1969, Wilhelm Ernst & Sohn, S. 454-455,482.) aus der nachfolgenden Aufstellung:
0,05 0,15 0,30 0,60 1,0 kg BSBj/kg TS •d
TS 5 3,3 3,3 3,3 3,3 kg/m3
K 21 15 11 9 8 kWh/f„
Hierin wird der Energiebedarf pro Einwohner und Jahr in Kilowattstunden angegeben.
Der mit dem OKV Wert im Zusammenhang stehende Gesamtenergiebedarf ergibt sich aus der folgenden Formel:
K0 = Kn + 0,1014 m-i/ a
+ 0,0203 -m-p —— kWh/E -a.
BTS
Die in dieser Formel neu erscheinenden Symbole bedeuten:
Kn Spezifischer Energiebedarf für Nebenaggregate,
Bel. AnI. B7S = 0,05— Kn = 2,5 kWh/E - a,
Bel. AnI. B73 > 0,10- Kn = 3,0 kWh/E ■ a.
m Mehrverbrauch für Nitrifikation und Denitrifikation.
β den Anteil der organisch belebten Masse in der Schlammtrockensubstanz und
a die spezifische organische abbaubare Last g BSB5/ Ed.
Die Faktoren ergeben sich beispielsweise für die verschiedenen Belebungsverfahren aus der folgenden Aufstellung:
Bis 0,05 0,15 0,30 0,60 1,00 kg/BSB5/kg TS · d
m 1,12 1,41 1,44 1,22 1,10 -
η 96 94 91 86 81 %
a 57 48 45 42 42 g/t·,/
ß 0,50 0,60 0,60 0,70 0,70 -
BSB5(Ab) 10 15 20 30 40 mg/1
In Anlehnung an diese Angaben ergibt sich für das zweistufige erfindungsgemäße Belebtschlammverfahren (ohne Filter):
Kn = 3,00 kWh/E · a
K11 = (1,10 + 0,09) = 1,19 kWh/E · a
Ks = (2,27 + 2,16) = 4,43 kWh/E · a
'iC/ybedeutet den Energiebedarf der erfindungsgemäß zu verwirklichenden ersten Belebungsstufe und Ks den der zweiten Belebungsstufe, so daß sich für die beiden Belebungsstufen ein Gesamtenergiebedarf von
Kc= Kn+ Kh+ Ks=8,6 kWh/E · a
ergibt
Geht man davon aus, daß sowohl das einstufige Vergleichsverfahren mit £75=0,15 als auch das erfindungsgemäße Verfahren in der abschließenden Stufe mit einem Äre-Wert von 0,15 arbeiten, so errechnet sich eine Energieeinsparung von
4£=(15,0-8,6=)6,4kWh/£ · a(ohneFilter).
Bei einem konventionellen Verfahren, das mit einem Ä7y-Wert von 0,15 arbeitet, wird im Mittel ein BSB-Restwert von 15 mg/1 erreicht Das gleiche Ergebnis erhält man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren noch eine Filterstation angeschlossen, so senkt sich der BSB5-Wert auf 8 bis 10 mg/1. Hieraus ergeben sich für eine Anschlußgröße von 300 000 E bzw. EG (Einwohnerzahl bzw. Einwohnergleichwert) die aus der folgenden Aufstellung ersichtlichen Werte:
Verfahren
Tatsächl. Raumbedarf ideeller Raumbedarf*) Aufenthaltszeit
1 in Std.
Konventionell mit ^75 = 0,15
Erfindungsgemaß
ohne Filterstation
77000 m3 80000 m3 60300 m3 68 300m3
Erfindungsgemäß
mit Filterstation
14
9,1
7,6 + Filter
56000m3 74500 m3
*) Der ideelle Raumbedarf ist dadurch ermittelt worden, daB das Nutzvolumen jeder Behandlungseinheit auf einen Einheitspreis von 300,- DM/m3 bezogen wurde. Die ideellen Voluminastellen also gleichzeitig einen überschlägigen Kostenvergleich der Haupteinheiten der Kläranlage dar.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Zweistufiges Belebtschlammverfahren zur Reinigung von Abwasser, bei dem das Abwasser in eine erste, mit Umgebungsluft belüftete Belebungsstufe eingeführt wird, die mit einer Raumbelastung von etwa 10 kg BSB5 pro Kubikmeter und Tag betrieben wird, danach einer Zwischenklärung unterworfen wird, im Anschluß daran in eine zweite, mit Umgebungsluft belüftete, geringer belastete Belebungsstufe eingeführt sowie schließlich einer Nachklärung unterworfen und danach abgeführt wird, wobei aus der Zwischenklärung Schlamm abgezogen und teilweise in Form von Rücklaufschlamm in die erste Belebungsstufe zurückgeführt und teilweise als Überschußschlamm sofort aus dem Schlammkreislauf abgezogen wird und aus der Nachklärung der zweiten Belebungsstufe Schlamm in Form von Rücklaufschlamm und Überschußschlamm abgezogen und der Rücklaufschlamm aus der Nachklärung nur in die zweite Belebungsstufe zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Belebungsstufe (4) mit einer Schlammbelastung von mindestens 2 kg BSB5 pro Kilogramm Trockensubstanz und Tag betrieben wird, daß durch die Menge des aus der Zwischenklärung abgezogenen Überschußschlammes der Schlamm in der ersten Belebungsstufe (4) in der Einarbeitungsphase, in der Substratatmung eingesetzt, gehalten wird, und daß für eine strikte Trennung der Biozönosen der zwei Belebungsstufen gesorgt und der Überschußschlamm aus der zweiten, mit einer Schlammbelastung von 0,15 kg BSB5 pro Kilogramm Trockensubstanz und Tag betriebenen Belebungsstufe (6) ohne Rückführung desselben sofort aus dem Schlammkreislaufsystem entfernt wird.
    Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Belebtschlammverfahren zur Reinigung von Abwasser, bei dem das Abwasser in eine erste, mit Umgebungsluft belüftete Belebungsstufe eingeführt wird, die mit einer Raumbelastung von etwa 10 kg BSB5 pro Kubikmeter und Tag betrieben wird, danach einer Zwischenklärung unterworfen wird, im Anschluß daran in eine zweite, mit Umgebungsluft belüftete, geringer belastete Belebungsstufe eingeführt sowie schließlich einer Nachklärung unterworfen und danach abgeführt wird, wobei aus der Zwischenklärung Schlamm abgezogen und teilweise in Form von Rücklaufschlamm in die erste Belebungsstufe zurückgeführt und teilweise als Überschußschlamm sofort aus dem Schlammkreislauf abgezogen wird und aus der Nachklärung der zweiten Belebungsstufe Schlamm in Form von Rücklaufschlamm und Überschußschlamm abgezogen und der Rücklaufschlamm aus der Nachklärung nur in die zweite Belebungsstufe zurückgeführt wird.
    Ein bekanntes Verfahren dieser Art (Dr. W. Lindner »Das zweistufige Belebungsverfahren in der Abwasserreinigung«, Kempen 1957, Thomas-Verlag, Abb. 13 und 20 sowie Tabelle 2) arbeitet wie bei klassischen zweistufigen Belebtschlammverfahren üblich. Das bedeutet, daß in der ersten Belebungsstufe zumindest die sog. Substratatmung voll wirksam ist, bei der die Mikroorganismen durch Oxidation organischer Verbindungen Sauerstoff verbrauchen und folglich biologische Abbauvorgänge im Vordergrund stehen. Hierbei muß für eine verhältnismäßig geringe Schlammbelastung und ein verhältnismäßig hohes Schlammalter gesorgt werden. Zwar wird aus der Zwischenklärung Überschußschlamm abgezogen, jedoch nur zu dem Zweck, um eine bestimmte Schlammkonzentration in der ersten Belebungsstufe einzuhalten. Eine strikte Trennung der Biozönosen der beiden Belebungsstufen findet nicht statt, weil das Vorhandensein der Mikroorganismen der ersten Belebungsstufe in der zweiten Belebungsstufe und umgekehrt die. bioiogischen Abbauvorgänge begünstigt, weshalb auch der Überschußschlamm der zweiten Belebungsstufe in die erste Belebungsstufe zurückgeführt wird. Die zweite Belebungsstufe wird im allgemeinen mit einer besonders niedrigen Schlammbelastung betrieben. Auf die beschriebene Art und Weise erreicht man einen biologischen Abbau fast sämtlicher Verunreinigungen. Bei diesem bekannten Verfahren sind jedoch der Energieaufwand und damit der Sauerstoffverbrauch verhältnismäßig hoch, eben weil auch die schwieriger abbaubaren, höhermolekularen Verbindungen abgebaut werden.
    JO Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ohne Beeinträchtigung der Reinigungswirkung den Energieaufwand zu vermindern.
    Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch
    J5 gelöst, daß die erste Belebungsstufe mit einer Schlammbelastung von mindestens 2 kg BSB5 pro Kilogramm Trockensubstanz und Tag betrieben wird, daß durch die Menge des aus der Zwischenklärung abgezogenen Überschußschlammes der Schlamm in der ersten Belebungsstufe in der Einarbeitungsphase, in der Substratatmung einsetzt, gehalten wird, und daß für eine strikte Trennung der Biozönosen der zwei Belebungsstufen gesorgt und der Überschußschlamm aus der zweiten, mit einer Schlammbelastung von 0,15 kg BSB5 pro Kilogramm Trockensubstanz und Tag betriebenen Belebungsstufe ohne Rückführung desselben sofort aus dem Schlammkreislaufsystem entfernt wird.
    Die Einarbeitungsphase ist die der Substratatmung gleichsam vorgeschaltete Phase, in der die zum Abbau des Substrats erforderlichen Enzyme gebildet werden. Die Einarbeitungsphase ist folglich der Grenzbereich, in dem die Substratatmung gerade beginnt, aber noch nicht voll wirksam ist. Um den Schlamm der ersten Belebungsstufe in diesem Zustand zu halten, bedarf es eines geringen Schlammalters und eines entsprechend gesteuerten Überschußschlammabzugs aus der Zwischenklärung. In Verbindung mit der angegebenen Raumbelastung und der verhältnismäßig hohen Schlammbelastung in der ersten Belebungsstufe erreicht
    ω man, daß dort hauptsächlich eine Adsorption bzw. Flockung höhermolekularer Verbindungen im Vordergrund steht und diese Verbindungen ohne Abbau in der Zwischenklärung mit dem Überschußschlamm ausgetragen werden. Die ansonsten für den Abbau dieser
    b5 Verbindungen erforderiiche beachtliche Energie wird somit eingespart. In der zweiten Belebungsstufe können dann die niedermolekularen und leichter abbaubaren Verbindungen besonders leicht und schnell biologisch
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