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3 es chr e Ibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich aufe ein Verfahren zur biologischen
Reinigung von Abwässern von Nitraten und beziehungsweise oder Nitrilen und organischen
Verbindungen und kann sowohl in der chemischen Industrie als auch in anderen Industriezweigen
angewandt werden.
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Bs ist ein Verfahen zur biologischen Reinigung von Abwässern von
Nitraten und bzw. oder Nitritan und organischen Verbindungen durch Behandlung des
Abwassers mit denitrifizierendem Belebtschlamm bekannt. In dem Reinigungssystem
wird ein pH-Wert von 7 bis 9 aufrechterhalten. Die Kontaktdauer beträgt dabei 24
Stunden, Dar Grad der Reinigung der Abwässer von der stickstoffhaltigen Verbindungen
beträgt 84 bis 94% (JA-PS Nr. 7 217 676).
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Nachteile des genannten Verfahrens sind die lange Dauer der Deni-trifizierun,--,
der unvollständige Grad der Reinigung von dem Stickstoff der Nitrate und Nitrite.
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Es ist auch ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern
unter Anwendung von Nitrifikation und anschließender Denitrifikation, die getrennt
durchgefiihrt werden, bekannt. Die Abwässer unterwirft man einer mehrstufigen getrennten
Behandlung mit Belebtschlam unter anaeroben und aeroben Bedingungen (DD-PS Nr. 2
354 383).
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Zu den Nachteilen des genannten Verfahrens gehören die Mehrstufigkeit
des technologischen Schemas, die lange Dauer des Prozesses und die geringe Birksamkeit
seiner Stufen.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, das technologische Schema
des Prozesses zu vereinfachen unter gleichzeitigen Intensivierung Zweck der vorliegenden
Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
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Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein
technologisches Scnema der Reinigung von Abwässern zu entwickeln, welches es möglich
macht, aus den Abwässern hohe Konzentrationen von Ionen des Ammoniums, des Harnstoffes,
der Nitrite, Nitrate und der biologisch oXydierbaren organischen Verbindungen bei
einem hohen Grad der Reinigung der Abwässer gleichzeitig zu entfernen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man in dem Verfahren zur biologischen
Reinigung von Abwässern von Nitraten und beziehungsweise oder Nitriten und organischen
Verbindungen durch deren Behandlung mit Belebaschlnmm erfindungsgemaB die Behandlung
der genannten Abwässer unter Zugabe von Ammonium- und beziehungsweise oder Ha: stolfionen
bei einer Konzentration des gelösten Sauerstofff von 0,1 bis 4,0 ng/l durchführt.
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Das Vorliegen des gelösten Sauerstoff'es in dem System der Reinigung
von Abwässern ermöglicht eine gleichzeitige Durchführung der Nitri- und Denitrifizierung,
wodurch das technologische Schema des Reinigungsprozesses bedeutend vereinfacht
wird.
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Bei einer Konzentration des gelösten Sauerstoffes von unterhalb 0,1
mg/l wird die Nitrifikation des in den Abwässern enthaltenen Ammoniumstickstoffs
geheime während die Denitrifikation aktiv vor sich geht.
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Bei einer Konzentration des gelösten Sauerstoffes von mehr als 4
mg/l wird in den Abwässern die Denitrifikation gehemmt, während die Nitrifizierung
vorherrscht und es zur Umwandlung des Ammoniumstick stoffes in den Nitratstickstoff
kommt.
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In dem genannten Intervall der Konzentrationen des gelösten Sauerstoffes
0,1 bis 4 mg/l laufen die beiden Prozesse, die Nftrifizierung und die Denitrifizierung
gleichzeitig
ab. Dies wird durch den hohen Grad der Reinigung der
Abwässer von dem »ninoniwn- und Nitratstickstoff sowie durch das Vorliegen in dem
Belebtschlamm von nitrifizierenden Bakterien der I. und II. Phase der Nitrifikation
und von Denitrifikatorbakterien, die sich unter günstigen Bedingungen der Lebenstätigkeit
befinden bestätigt.
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Man führt zweckmäßig den Prozeß in Gegenwart biogener Phosphorverbindungen
durch.
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Bei der Oxydation der organischen Stoffe, die c5-ch die Mikroorganismen
sowohl auf Kosten des in dem Abwasser gelösten Sauerstoffes als auch auf Kosten
des Sauestoffes der Nitrate und Nitrite bewirkt wird, wird Energie frei, die durch
die Mikroorganismenzellen nicht sofort ausgenutzt, sondern in den makroergischen
Bindungen der Adenosintriphosph@ säure (ATP) gespeichert (reserviert) wird.
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Die Energie dieser Bindungen wird von den Zellen in verschiedenen
Prozessen ihrer Lebenstätigkeit ausgenutzt, in andere Energieformen, beispielsweise
in mechanische, Wärme-, elektrische Energie, umgewandelt, sowie für die zatheseprozesse
ausgenutzt.
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Die Atmungsintensität der Mikroorganismen und folglich die Intensität
der Oxydation der organischen Verbindungen kann durch Zugabe zum Nährmedium biogener
phosphorlialtiger Verbindungen verstärkt werden. Gleichzeitig mit der Verstärkung
der Atmung beobachtet man eine Verringerung der biogenen Phosphorverbindungen und
die Synthese der hdenosintriphosphorsäure.
Bei der Zugabe zum Nährmedium
biogener Phosphorverbindungen verstärkt sich der Verbrauch des Sauerstoffes durch
die Mikroorganismengewebe.
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Man verwendet zweckmäßig als biogene Phosphorverbindungen Superphosphat
und Trinatriumphosphat.
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Man gibt die biogenen Phosphorverbindungen in einer Menge bis 200
mg/l zu.
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Man gibt zweckmäßig die Ammoniumionen und beziehungsweise oder Harnstoffionen
in einer Menge von 10 bis 1000 mg, zu.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Abwässern von den
Stickstoffverbindungen und organischen Stof fen wird in einem pH-Bereich von 4 bis
12 durchgeführt. Der breite pH-Bereich des Mediums, in dem die Nitrifikation und
Denitrifikation durchgeführt werden, ist bedingt durch die Besonderheit dieser Prozesse.
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Während der Denitrifizierung kommt-.es zur Alkalisierung des Reaktionsmediums
durch die Bildung von Hydroxyden der Alkalimetalle Kalium, Natrium, Calcium oder
deren Carbo naten.
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Zum Beispiel: 5CG1112O6 + 24KN03 =24KHCO3+6CO2-12N2+ + 18H20 + Energie
(l) Die Intensität der Alkalisierung hängt von der Zonzentrat ion der zu reduzierenden
Nitrate ab. Je höher die Stick stoffkonzentration der Nitrate, ein desto geringerer
pH-Wer des kommenden Wassers kann angewandt werden.
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Während der Nitrifikation kozlnlt es zur Ansäuerung des Uiediums
durch die Bildung der Stickstofi- und der Salpetersäure ffi + 302 = 2HNO2 + 2H20
+ Energie (2) 2HN02 + 02 = 2HTO3 + Energie (3) Je höher also die Ammoniakkonzentration
in dem zu reinigenden Wasser ist, ein desto höherer pH-Wert ist zulässig, Die Alkalisierung
des Mediums während der Denitrifikation und die Ansäuerung des Mediums wahrend der
Nitrifikation machen es möglich, den Prozeß in dem genannten pH--Bereich durchzuführen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern
wird wie folgt durchgeführt.
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In einen Rektor vom Typ einer Schlammbelebungsanlage mit Belebtschlamm
leitet man Abwässer mit einem pH-Wert von 4 bis 12 ein, die Nitrate und beziehungsweise
oder itrite und biologisch oxydierbare organische Verbindungen enthalten, gibt diesen
Ammoniumionen und beziehungsweise oder Harnstoff zu und belüftet in einem Bereich
von 0,1 bis 4 mg/l des gelösten Sauerstoffes.
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Nach dem Kontakt führt man den Belebtschlamm einer Absetzanlage zu.
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Nach dem Abstehenlassen wird der Belebtschlaam in den ProzeX zurückgeleitet
und das gereinigte Wasser aus dem System herausgeleitet und erforderlicheiifalls
einer Nachreinigung unterworfen. In Abhängigkeit von der Konzentration der Verunreinigungen
in den der Reinigung zugeführten
Abwässern kaan die Dauer des Kontaktes
mit dem Belebtschla in einem Bereich von 1 bis 25 Stunden schwanken. Die Konzentrationen
der Nitrate und beziehungsweise oder Nitrite und der organischen Verbindungen in
dem zu reinigenden Abwasser hängen von der Konzentration der in einer Menge voi
vorzugsweise 10 bis 1000 mg/l zugegebenen ÄIIunoniumionen unc beziehungsweise oder
Harnstoff und von der Konzentration des gelösten Sauerstoffes ab, die in dem System
in einem Bereich von 0,1 bis 4 mg/l aufrechterhalten wird, Zur Inter sivierung des
ORrdations- und Reduktionsprozesses der Reinigung ist die Zugabe biogener Phosphorverbindungen
in eine menge bis 200 mg/l möglich.
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Nach der oben genannten Technologie der biologischen Reinigung von
Abwässern laufen gleichzeitig zwei Prozesse ab, und zwar Nitrifikation und Denitrifikation.
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Während der Nitrifikation erfolgt die Owdation der Ammoniumionen
zu Nitraten in zwei Phasen- nach der Reaktion (2) und (3).
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Die erste Phase ues Prozesses wird durch die Bakterien durchgeführt,
die zu der Art Nitrosomonas gehören, die zwei te Phase durch die Bakterien, die
zu den Art Nitrobakter gehören.
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Die Denitrifikation ist ein biochemischer Prozeß der Reduktion der
Nitrate durch denitrifizierende Bakterien zu elementarem Stickstoff. Die denitrifizierenden
Bakterien sii fakultative Anaerobier. Nach der 3riiihrungsweise sind die
Denitrifikatoren
heterotroph. Die Reduktion der Nitrate hat für sie energische Bedeutung. Durch die
Redukton der Nitrate oxydieren sie organische Stoffe, indem sie die für ihre Lebenstätigkeit
notwendige Energie freisetzen, das heißt die bakterielle Reduktion der Nitrate ist
mit der Substratoxydation verbunden und reduziert sich dem Wesen nach auf die Ausnutzung
des Sauerstoffes der Nitrate als Wasserstoffakzeptor statt des Luftsauerstoffes.
Dieser komplizierte Oxydations-Reduktions-Prozeß kann in allgemeiner Form durch
die folgende Gleichung (4) dargestellt werden: 4NO-3 + 24Fc = 12H20 + 2N2 (4) Er
wird durch reichliche Entwicklung der Gase CO2 und N2 und Alkalisierung des Mediums
durch die Bildung von Karbonaten gekennzeichnet.
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Bein Fehlen von Nitraten können die Bakterien in der Regel gelösten
Sauerstoff ausnutzen. Dies ist darauf zurück zuführen, daß die Denitrifikatoren
in ihren Zellen zwei Fermentsysteme enthalten, Eines dieser Systeme stellt ein gewöhnliches
Atmungssystem dar, welches Oxydasen und Dehydrasen enthält, und das zweite System
ist spezifisch und besteht aus Dehydrasen und besonderen Fermentern, die den Sauerstoff
der Nitrate aktivieren, den Nitratreduktasen.
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Beide Fermentsysteme können gleichzeitig arbeiten und nur die chemische
Natur des Wasserstoffdonators und der Partialdruck des gelösten Sauerstoffes bestimmen,
elcne von ihnen
vorherrscht.
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Gegenwärtig ist entwickelt und wird betrieben eine En lage zur Reinigung
von Abwässern, welche Ammonium- und Har@ stoffionen, Nitrate, Nitrite, organische
Verbindungen enthalten. Der Betrieb der Anlage während eines Jahres zeigte Stabilität
und eine hohe Wirksamkeit der Reinigung von Industrieabwässern. Nachstehend wird
die annähernde Zusammensetzung der zu reinigenden Abwässer angeführt: biochemische
Sauerstoffverbrauch (BSV20) 4000 bis 8000 mg/l; NO3 2600 bis 4400 mg/l; NH3 160
bis 200 mg/l.
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Der Reinigungsgrad beträgt nach dem biochemischen Saue stoffverbrauch
95 bis 98'%, nach NO 99DS, nach NH 98 bis 100%.
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Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlame beträgt bis
8 Stunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren macht es gegenüber bekannten Verfahren
möglich, a) eine gleichzeitige Entfernung aus dem Abwasser der Ammonium- und Harnstoffionen,
der Nitrate, Nitrite und organischen Verbindungen bei hohem Grad dessen Reinigung
durc zuführen; b) Abwässer in einem breiten pH-3ereich zu reinigen; c) konzentrierte
Abwässer zu reinigen, dadurch den Ver brauch von schwach verunreinigten Abwässern
für deren Verdünnung zu senken und die Bodenflächen für die Reiniungsanlagen zu
verringern; d) den Prozeß der biologischen Reinigung von Abwässern zu intensivieren;
e)
die Verunreinigung von Gewässern mit Sticksto-P-verbindungen praktisch zu verhindern.
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Zum besseren Verstehen der vorliegenden erfindung werden nachstehend
konkrete Beispiele für deren Durchführung angeführt.
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Beispiel 1. In einen Reaktor mit Belebtschla leitet man kontinuierlich
Abwasser ein, welches 200 mg/1 Nitratstickstoff, 2500 mg/l organische Verunreinigungen
BSV20 enthält, und gibt diesem gleichzeitig 400 mg/l Harnstoff ff zu.
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Die Kontaktdauer des Belebtschlamms mit dem Abwasser beträgt 4,5 bis
9 Stunden. Nach dem Kontakt führt man den Belebtschlamm mit der gereinigten Flüssigkeit
einer Kläranlage zu, woher der Belebtschlamm in den Reaktor zur Aufrechterhaltung
der erforderlichen Konzentration desselben zurückgeleitet wird, während man das
gereinigte Wasser aus dem System herausleitet. Die Konzentration des gelösten Sauer
stoffes beträgt 0,1 - 2,5 mg/l. Der pR-\tert des zur .einigung tretenden Wassers
ist im Bereich von 7 bis 9 zalassig. Der Reinigungsgrad der Abwässer nach dem erfindungsgemäBen
Verfahren vom Nitratstickstoff und Harnstoff beträgt 98-100%, von organischen Verunreinigungen
- 95%.
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Beispiel 2. Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1
bei einem Gehalt des Abwassers an Nitratstickstoff von 700 mg/l, an organischen
Beimengungen BSV20 von 6000 mg/l unter Zugabe zu diesem von 200 mg/l Ammoniumstickstoff
durchgeführt. Der pH-Wert des zur Reinigung tretenden
Aowassers
ist im Bereich 4 bis 8 zulässig. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes beträgt
0,1 - 2,5 mg/l.
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Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm beträgt 12 Stunden.
Der Reinigungsgrad der Abwässer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem Nitrat-
und Ammoniumstickstoff heträgt 98 - 100%, von organischen Verunreinigungen -Beispiel
3. Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem zur Reinigung
tretenden Abwasser, welches 700 mg/l Nitratstickstoff und 6000 mg/l ganische Verunreinigungen
BSV20 enthält, gibt man 70 mg/l j\mmoniumstickstoff zu. Die Könzentration des gelösten
Sauerstoffes im Reaktor beträgt 0,1 bis 1,5 mg/l, pH-Wert 4-6 d; Eont,aktdauer des
Abwassers mit dem Belebtschlamm 12 Stunden Der Reinigungsgrad des Abwassers von
dem i"Titrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 98-10070, von organischen Verunreinigungen
- 96So.
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Beispiel 4. Die Reinigung des Abwassers wird analog zu Beispiel 1
durchgeführt. Dem zur Reinigung tretendenAbwasser, welches 900 mg/l Nitratstickstoff
und 6500 mg/l org; nische Verunreinigungen BSV20 enthält, gibt man 100 mg/l Ammoniumstickstoff
zu. Die Konzentration des gelösten Sauer stoffes verändert man in einem Bereich
von 0,7 bis 3 mg/l, den pH-Wert des zu reinigenden Abwassers in einem Bereich v@@
4 bis 7. Die Kontakt dauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm beträgt 12 Stunden.
Der Reinigungsgrad des Abwasser, vom Nitrate und Ammoniumstickstoff beträgt 98-100%.,
von
organischen Verunreinigungen - 95 Beispiel 5. Die Reinigung
des Abwassers wird analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem zur Reinigung tretenden
Xowasser, welches 700 mg/l Nitratstickstoff und 7000 mg/l organische Verunreinigungen
BSV20 enthält, gibt man 300 m7l Ammoniumstickstoff zu. Der pH-Wert des Abwassers
beträgt 5 bis 8. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes verändert man in einem
Bereich von 1,2 bis 4 mg/l. Die Kontaktdauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm
beträgt 12 Stunden.
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Der Reinigungsgrad des Abwassers vom Nitrat- und Ammoniumstickstoff
beträgt 99-100%, von organischen Verunreinigungen - 9570.
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Be isniel 6. Die ite inigunO des abwassers wird analog zu Beispiel
1 durchgeführt. Dem zur Reinigung tretenden Abwasser, welches 500 mg/l Nitratstickstoff
und 15000 mg/l organische Verunreinigungen B0 enthält, gibt man 1000 mg/l Ammoniumstickstoff
zu. Die Konzentration des zugegebenen Superphosphates beträgt 200 mg/l, die Konzentration
des gelösten Sauerstoffes 2-4 mg/l, der pH-Vft des Abwassers 9-12, die Kontaktdauer
des Abwassers mit dem Belebtschlamm 25 Stunden. Der Grad der Reinigung des Abwassers
von dem Nitrat- und Ammoniumstickstoff beträgt 98 bis 100%, von organischen Verunreinigungen
- 95%.
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Beispiel 7. Die Reinigung des Abwassers von den Beimengungen wird
analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem Abwasser, welches 2000 mg/l Nitrate und Nitritstickstoff
und
18000 mg/l organische Verunreinigungen enthält, gibt man 200
mg/l Trinatriumphosphat und 400 mg/l Ammoniumstickstoff zu. Die Konzentration des
gelösten Sauerstoffes beträgt 0,1 2 mg/l, der pH-Wert des Abwassers 4-5, die Kontaktdauer
des Abwassers mit dem Belebtschlamm 25 Stunden.
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Der Grad der Reinigung des Abwassers von dem Ammonium-und Nitritstickstoff
beträgt 98 bis 99% von organischen Verunreinigungen - 96 70.
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Beispiel 8. Die Reinigung des Abwassers von den Beimengungen wird
analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Dem Abwasser, welches 100 mg/l Nitritstickstoff
und 700 mg/l orgE nische Verunreinigungen enthält> gibt man 10 mgfl Ammonium
stickstoff zu. Die Konzentration des gelösten Sauerstoffes beträgt 1-2 mg/l, der
pH-Wert des Abwassers-8, die Kontakt dauer des Abwassers mit dem Belebtschlamm 1
Stunde.
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Der Grad der Reinigung des Abwassers von dem Ammonium-und Nitritstickstoff
beträgt 99 bis 100%, von organischen Verunreinigungen - 98,%.