DE2815199A1 - Verfahren zur konservierung eines aktiven belebtschlammes - Google Patents
Verfahren zur konservierung eines aktiven belebtschlammesInfo
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Description
P, 5302/Wg/IS
Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz
Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konservierung eines
aktiven Belebtschlammes für die Wiederverwendung in nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden Abwasserreinigungsstufen,
wobei der zu konservierende Belebtschlamm-Anteil mit Gas gespült wird.
Müssen nach dem Belebtschlamm-Verfahren arbeitende Abwasserreinigungsstufen'bei
stark schwankenden Belastungen arbeiten, deren Schwankungsbreite relativ lang - beispielsweise Tage ist
oder erfährt bei ihnen der Rohwasseranfall gar einen Unter^
bruch in der Grössenordnung von ebenfalls Tagen, so ergeben sich bei plötzlich ansteigender Belastung bzw. dem Wiederanfahren
Schwierigkeiten, weil die für das Erlangen der notwendigen Reinigungsleistung erforderlichen, aeroben Mikroorganismen
nicht in der erforderlichen Menge oder mit der erforderlichen Aktivität vorhanden sind. Während einer relativ langen Anfahrzeit
arbeiten derartige Stufen daher mit reduzierter Wirksamkeit. Zur Ueberwindung dieses Nachteils ist es bekannt (DT-OS
24 46 289; J. Gnieser "Der spezifische Sauerstoffbedarf als
Regelgrösse für aerobe biologische Systeme" in der Zeitschrift "Chemische Rundschau" Nr. 6/1978), während des Normalbetriebs
immer anfallenden aktiven Ueberschuss-Schlamm in einem Behälter zu speichern und mit Hilfe einer Belüftung sowie unter Umständen
durch Zugabe von Nährstoffen am Leben zu erhalten; bei Bedarf wird dieser Schlamm dann als zusätzlicher Belebtschlamm wiederum
in die Reinigungsstufe eingespeist. Wird dieser Reservebelebtschlamm nicht ständig ausgetauscht, weil beispielsweise ein Abwasserunterbruch
eintritt, ist die Zugabe von Nährstoffen in Verbindung mit einer Belüftung notwendig, weil anderenfalls die
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aktiy erhaltene Biomasse infolge einer Selhstveratmung ständig
kleiner wird.
Die Bereitstellung der für eine Nährstoffzugabe notwendigen Anlageteile
und der Verfahrensbetrieb der Nährstoffzugabe selbst, ergeben für derartige Anlagen und Verfahren einen zusätzlichen
Aufwand. Aufgabe der Erfindung ist es, ,für die Konservierung von aktivem, aeroben Belebtschlamm ein Verfahren zu schaffen,
bei dem dieser zusätzliche, anlagenseitige und betriebliche Aufwand entbehrlich wird. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe
besteht darin, dass für die Speisung ein Gas verwendet wird, das Kohlendioxid (CO0) mindestens enthält und an Sauerstoff (O9)
gegenüber Luft mindestens verarmt ist, wobei das Spülgas vorteilhafterweise
höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff, mindestens 10 % Kohlendioxid und gegebenenfalls als Restgase Edelgase und/oder
Stickstoff bis zu 90 Vol.-% enthält.
Die Wirksamkeit des neuen Verfahrens, bei dem für die Konservierung
dem aktiven Belebtschlamm keinerlei Nährstoffe zusätzlich beigegeben werden müssen, wird durch im folgenden beschriebene Versuche
nachgewiesen. Obwohl bisher dafür keine absolut gesicherte Erklärung gegeben werden kann, wird angenommen, dass im Belebtschlamm
derartiger biologischer Abwasserreinigungsstufen als Mikroorganismen in erster Linie sogenannte fakultative Aerobier
vorhanden sind, die sowohl mit als auch ohne Sauerstoff lebensfähig sind. Bei einem ausreichenden Sauerstoffpartialdruck atmen
diese Organismen wie alle Aerobier, wobei als Endprodukt des Stoffwechsels im wesentlichen Kohlendioxid entsteht. Bei sinkendem
Sauerstoffangebot und Vorhandensein von Kohlendioxid - das
ja( wie gerade erwähnt,bei der Veratmung entsteht - stellt sukzessive
eine immer grössere Anzahl dieser Organismen ihren Stoffwechsel
auf sogenannte Gärungsprozesse um, wobei die Kohlendioxid-Konzentration in dem die Mikroorganismen umgebenden Wasser die Art des
dann ablaufenden Gärungsprozesses stark beeinflusst. Dieser Einfluss kann nun summarisch als eine Verlangsamung der Stoffwechselvbrgänge
aufgefasst werden, was dann ähnlich wie bei der
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Kühlung oder Gefrierung zu einer Konservierung der ursprünglichen
Zustände führt, so dass dann die Verluste an aktiver Biomasse durch Selbstveratmung, wie sie bei der Schlammstabilisierung
durch Belüftung auftreten, weitgehend verhindert werden können. Diese Stoffwechseländerungen sind reversibel, d.h. bei erneutem
Sauerstoffangebot beginnen diese Organismen wieder zu atmen.
Die vorstehende Erklärung der bei dem neuen Verfahren in dem zu
konservierenden Belebtschlamm ablaufenden Vorgänge macht deutlich, dass das Spülgas zweckmässigerweise das oder die Abgase
einer mit Luft oder Sauerstoff betriebenen, nach dem Belebtschlammverfahren
arbeitenden biologischen Abwasserreinigungsstufe sein kann. Hierbei tritt der zusätzliche Vorteil auf, dass
zum einen das benötigte Kohlendioxid praktisch kostenlos zur Verfügung gestellt wird, und dass zum zweiten die mit derartigen
Anlagen verbundenen möglichen Geruchsbelästigungen stark reduziert
werden. Es kann jedoch auch nützlich sein, als Spülgas technisch reines Kohlendioxid zu verwenden.
Lässt sich für die Abwasserreinigungsstufe ein Ansteigen oder
ein Wiedereinsetzen der Belastung rechtzeitig voraussagen, was in sehr vielen Fällen - wie z.B. bei über Feiertage und Wochenenden
stilliegenden Anlagen für die Reinigung von Industrieabwässern - möglich ist, so kann man eine rechtzeitige Aktivierung
des konservierten Belebtschlamms erreichen, wenn dieser vor seinem
erneuten Einsatz in einer derartigen Stufe eine gewisse Zeit mit einem Gas gespült wird, dessen Sauerstoffgehalt mindestens demjenigen
der Luft entspricht.
Zur Einsparung von Platz und Investitionsaufwand ist es sinnvoll, wenn der für die Konservierung vorgesehene Belebtschlamm vorher
eingedickt wird. Zur Durchführung des neuen Verfahrens lassen sich alle bekannten, bisher für die Belüftung vorgesehenen Einrichtungen
und Anlagen - wie z.B. mechanische oder selbstansaugende Belüfter und/oder Blasensäulen - verwenden; der Gaseintrag
und/oder die Durchmischung des Schlammes können verbessert w^er-
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den, wenn darüberhinaus mechanische Rührwerke und/oder statische
Mischelemente für die Durchführung des Verfahrens verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem die Konservierungswirkung einer Belüftung
mit derjenigen nach dem neuen Verfahren verglichen wird.
Zwei Doppelwand-Rührkessel von gleicher Geometrie mit gleichartigen,
für die Belüftungsverfahren bekannten Rührorganen werden mit
gleichen Mengen Belebtschlamm einer kommunalen biologischen Abwasserreinigungsstufe
gefüllt, der einen Gehalt von 1 g/l Trockensubstanz aufweist; für diese Trockensubstanz wird angenommen, dass
in ihr zu Beginn bei allen Versuchen die gleiche Menge an Biomasse, d.h. an lebenden Organismen, enthalten ist. Diese Annahme
wird durch die Messergebnisse in Zeile 1 der Tabelle am Schluss der Unterlagen bestätigt, wie noch beschrieben wird.
Der eine Rührkessel wird dann mit Luft begast, während im anderen technisch reines CO2 zur Begasung verwendet .wird; die Begasungsrate beträgt 0,05 WM (Volumen Gas pro Volumeneinheit des Kessels
3 3 und Minute, was identisch ist mit 3 Nm Gas pro m und Stunde
(Nm3/m3 . h)) .
Zur Bestätigung der Aktivität des in jedem Kessel gespeicherten Schlammes wird in bestimmten zeitlichen Abständen ein Substrat
definierter Zusammensetzung den beiden Kesseln zugeführt. Dieses Substrat, durch das den Organismen vor allem organischer Kohlenstoff
zugeführt wird, besteht aus einer Pepton-Lösung mit einem Gehalt an organischem Kohlenstoff von 100 Milligramm (mg) pro
Gramm (g) Biomasse, d.h. wie vorstehend erwähnt, pro Gramm (g) Trockensubstanz. Für 100 mg an organischem Kohlenstoff sind in
der Lösung darüberhinaus noch 0,01 mg Phosphat in Form von Dinatriumphosphat (Na-HPO. . 2 H3O) enthalten. Die Zugabe der
Substratlösung erfolgt stossartig mit Hilfe einer Einspritzung.
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: 2&151S9
Gemessen wird in beiden Kesseln die Geschwindigkeit der Kohlenstoff
elimination, d.h.. der Verbrauch an organischem Kohlenstoff
nach der Substratzugabe, woraus die Zeit bis zur Erreichung eines
stationären Zustandes ermittelt wird. Der Abbau an organischem Kohlenstoff wird dabei durch in zeitlichen Abständen erfolgenden
Probeentnahmen und anschliessender Analyse in einem handelsüblichen automatischen Analysator für organischen Kohlenstoff bestimmt.
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Für die Durchführung der Messungen wird auch der Kessel, in den
während der Speicher- oder Ruhezeiten, d.h. während der Zeiten, in denen kein Substrat zugeführt wird, Kohlendioxid eingeleitet
wird, nach Zugabe des Substratstosses mit Luft begast, und zwar solange bis der Substrätstoss wieder abgebaut ist.
Die Temperaturen beider Kessel werden mittels Thermostaten mit
Hilfe der Doppelmäntel auf 15 C + 1 C konstant gehalten. Der
pH-Wert, mittels Elektroden gemessen, wird durch Zudosieren von 5 %-iger NaOH oder 5 %-iger H Scr. im Bereich von 6,5 bis 7,5
konstant gehalten. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nach- :
folgenden Tabelle zusammengefasst, in deren vorderster Spalte
dabei die Kohservierungszeiten in Tagen (d), d.h. das Alter des
Schlammes seit seiner Entnahme aus einer in Betrieb stehenden
Reinigungsstufe, eingetragen sind.
In der Tabelle sind als Messergebnisse Zeiten t_ und t_,- angegeben, die die jeweiligen Zeiten in Stunden, verkörpern, die der
Belebtschlamm im Kessel benötigt hat, um jeweils 50 % bzw. 95 %
des Substratstosses oder Schmutzstoffimpulses wieder abzubauen.
Die Spalten 1, 2 und 3 sind je einem unterschiedlichen Konservierungsverfahren, zuzuordnen.
Spalte 1 gilt für eine Konservierung durch Belüftung ohne eine
zusätzliche Nährstoffzugaben.
Bei Spalte 2 ist eine Koservierung nach dem neuen Verfahren mit
Kohlendioxid durchgeführt worden, wobei die CO2~Einspeisung bis
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unmittelbar zu dem Zeitpunkt der geschilderten Substratzugabe
dauert; zu diesem Zeitpunkt ist auf die erwähnte Luftbegasung umgestellt worden, die solange beibehalten worden ist, bis nach
einem solchen Substratstoss in dem konservierten Schlamm wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht, d.h. die durch diesen Stoss
verursachte Störung, abgebaut ist.
Spalte 3 schliesslich betrifft eine Konservierung ebenfalls nach dem neuen Verfahren mit Kohlendioxid; hier wird jedoch die CO2-Begasung
etwa 1 Stunde vor dem Substratstoss auf eine Belüftung umgeschaltet, um die Aerobie der Mikroorganismen bis zum Beginn
dieses Stosses anzuregen. Nach Erreichen des neuen stationären
Zustandes wird, wie bei Spalte 2, jeweils wieder auf CO^-Begasung übergegangen.
Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Konservierung durch Begasung mit Kohlendioxid erhebliche Vorteile bringt und dann
besonders erfolgreich ist, wenn man den konservierten Belebtschlamm vor einem erneuten Einsatz unter aeroben Bedingungen
eine gewisse Zeit, wie z.B. in dem dargestellten Fall etwa 1 Stunde lang, wieder mit Luft oder einem mit Sauerstoff angereicherten
Gas vorbehandelt.
Weiterhin bestätigen die für alle drei Konservierungsmethoden gemessenen, etwa gleichen Zeiten in der ersten Zeile, in der
die Zeiten t^ und t«- für im Schlamm nach einem Tag ermittelte
Biomasse, also praktisch die Biomasse im Frischschlamm, eingetragen sind, dass die erwähnte Annahme gleiche Startbedingungen,
d.h. gleicher Biomasse zu Beginn für alle drei Versuchsreihen, zurecht unterstellt worden ist.
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d | 1 | So | Ss | 2 | So | S5 | 3 | So | S5 |
1 | 0,25 | 1,06 | 0,24 | 1,02 | 0,26 | 1,08 1,8 |
|||
4 | 1,1 | 4,8 | 0,5 | 2,2 | 0,4 | 3,3 | |||
9 | 6,7 | 29 | 0,9 | 3,75 | 0,7 |
909840/0463
Claims (8)
1815199
P. 5302/Wg/IS
Patentansprüche
Γ 1.J Verfahren zur Konservierung eines aktiven Belebtschlammes für
die Wiederverwendung in biologischen Abwasserreinigungsstufen, wobei der zu konservierende Belebtschlammanteil gespeichert und
mit einem Gas gespült wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Spülung ein Gas verwendet wird, das Kohlendioxid mindestens
enthält und gegenüber Luft an Sauerstoff mindestens verarmt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas höchstens 10 Vol.-% Sauerstoff, mindestens 10 % Kohlendioxid
und gegebenenfalls als Restgas Edelgase und/oder Stickstoff bis zu 90 Vol.-% enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Spülgas technisch reines Kohlendioxid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas das oder die Abgase einer mit Luft oder Sauerstoff
betriebenen, nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden
biologischen Abwasserreinigungsstufe ist bzw. sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass der konservierte Belebtschlamm vor seinem erneuten Einsatz in einer aeroben biologischen Abwasserreinigungsstufe
eine gewisse Zeit mit einem Gas gespült wird, dessen Sauerstoffgehalt mindestens demjenigen der Luft entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der für die Konservierung vorgesehene Belebtschlamm vorher eingedickt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konservierung in einem Gefäss stattfindet,
in dem eine gute Durchmischung des Belebtschlammes gewährleistet ist. -v.
9098AO/OA63
8. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass für die Durchmischung und den Gaseintrag statische
Mischer verwendet werden.
909840/0A63
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