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Abwasserreinigungsverfahren
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Behandlung von
insbesondere kommunalem Abwasser mit Belebtschlamm.
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Bei der biologischen Behandlung von Abwasser mittels Belebtschlamm
lassen sich die Verunreinigungen, die durch den sogenannten biologischen Sauerstoffbedarf
(BSB) oder durch den Gehalt an gelöstem Kohlenstoff (DOC) bezeichnet werden, nur
beseitigen, wenn u.a. gelöster Stickstoff als Nährstoff in einer Menge von etwa
5%, bezogen auf den BSB, vorhanden ist. Gegebenenfalls muß er künstlich eingebracht
werden. In vielen Fällen, insbesondere bei kommunalem Abwasser, ist aber ein darüber
hinausgehender Überschuß vorhanden, der in gelöster Form im bearbeiteten Abwasser
die Anlage verläßt und bei ungünstigen Verhältnissen in dem Gewässer, in welches
das bearbeitete Abwasser abgeleitet wird, Störungen der biologischen Verhältnisse
hervorrufen kann. Es wird folglich angestrebt, diesen Uberschuß an gelöstem Stickstoff
aus dem Abwasser bei dessen Bearbeitung mit zu entfernen.
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Es ist bekannt, die stickstoffhaltigen Verbindungen aus Abwässern
vor allem kommunaler Art dadurch aus dem Abwasser wenigstens teilweise zu entfernen,
daß sie zuerst durch Belüften eines Abwasser-Bioschlamm-Gemisches zu Nitrit und
Nitrat oxidiert werden, um sie danach in einer zweiten Bearbeitungsstufe, der #enitrifikationsstufe,
mit Hilfe des gleichen Bioschlammes, oder dem speziellen dieser
Denitrifikationstufe
unter Zusatz von geeignetem Nährstoff zu Stickstoff umzusetzen, der in Gasblasen
aus dem Abwasser entweicht. Diese Zusatznährstoffe werden insbesondere bei Eignung
des Abwassers, die bei kommunalem Abwasser im Allgemeinen gegeben ist, dadurch zugesetzt,
daß man einen Anteil dieses Abwassers von vornherein aus dem Prozeß abzweigt, um
ihn erst in der 2.Stufe zuzusetzen. Weitere im Wechsel angeordnete Belüftungs- und
Denitrifikationsbecken sind bei Bedarf technisch sinnvoll, vergrößern aber den Aufwand
beträchtlich, wobei auch hier in die Denitrifikationsstufen Zusatznährstoffe eingebracht
werden müssen, um den Prozeß auf einer technisch verwertbaren Geschwindigkeit zu
halten. Liegt wenigstens ein Teil der Stickstoffverbindungen im Abwasser schon als
Nitrit und/oder Nitrat vor, oder wird mit dem rücklaufenden Bioschlamm ein bedeutender
Anteil von Nitrit und/oder Nitrat aus dem Nachklärbecken oder einem hinteren Prozeßabschnitt
an den Anfang des Prozesses gebracht, kann es zweckmäßig sein, ein Denitrifikationsbecken
vor dem ersten Belüftungsbekken anzuordnen.
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Diesem Verfahren haftet bei der Verwendung für das in Quantität und
Qualität zeitlich sehr unterschiedlich, aber periodisch mit ähnlichem Tagesgang
anfallende kommunale Abwasser der Nachteil an, daß der Stickstoff-Laststoß des Vormittags
analytisch deutlich bis in den Ablauf des geklärten Abwassers zu verfolgen geht,
und bei der Auslegung der Anlage, die aus im Wechsel angeordneten belüfteten und
unbelüfteten Becken besteht, durch eine Überdimensionierung berücksichtigt werden
muß, wenn Grenzwerte für die Konzentration von gelösten Stickstoffverbindungen im
bearbeiteten Abwasser nicht überschritten werden dürfen. Ursächlich für diesen Zwang
zur Überdimensionierung ist der nächtliche Schwachlastbetrieb, der eine starke Spülwirkung
hat, so daß am Morgen in der Anlage kaum Nitit und Nitrat vorhanden
ist,
und somit zur Zeit der Hauptlast die Denitrifikationsbecken anfänglich nutzlos sind.
Außerdem sind die Nitrifikanten, die die Otidation der Stickstoffverbindungen betreiben,
gegenüber Belastung mit für sie selbst unverwertbaren Substanzen sehr empfinlich.
Da die Belastung des kommunalen Abwassers mit den verschiedenen Substanzen aber
ziemlich gleichlaufend ist, wären die Nitrifikanten nur dann entlastet, wenn die
für sie schädlichen Substanzen vor ihrem Wirksamwerden verdünnt und beseitigt werden
könnten, was aber in den Denitrifikationbecken mit Nitrit und Nitrat unter Einwirkung
von Bioschlamm möglich wäre. Nitrit und Nitrat ist aber am Anfang des Laststoßes
kaum vorhanden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Mangel zu beseitigen
und dafür zu sorgen, daß vor Beginn eines Laststoßes mit stickstoffhaltigen Verbindungen
genügend Nitrit und/oder Nitrat vorhanden ist, so daß die für die Nitrifikanten
schädlichen Stoffe unter Einwirkung von Bioschlamm mit Hilfe des in Nitrit und Nitrat
gebundenen Sauerstoffes unverzüglich abgebaut werden können und somit den Stoffwechsel
der Nitrifikanten nicht hemmen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Fluß des stickstoffhaltigen
Abwassers zu den einzelnen Becken der Anlage, die aus im Wechsel angeordneten belüfteten
und unbelüfteten Becken besteht, bei veränderlicher Belastung der Anlage sowohl
hydraulischer Art als auch mit biologisch abbaubaren Substanzen auf die Becken in
Abhängigkeit von Art, der Größe und gegebenenfalls der Tendenz der Belastung verschieden
verteilt wird, und nicht in eienm konstanten Verhältnis.
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Das kann bei relativ einfachen Verhältnissen wie bei kommunalem Abwasser
ohne stark störenden gewerblichen Einfluß z.B. dadurch geschehen,
daß
die auf die einzelnen Becken verteilten Abwasserteilströme aus einem Gerinne über
schief angeordnete Wehre oder durch unterschiedlich hoch angelegte Öffnungen fließen.
Bei komplizierten Verhältnissen, bei denen die Belastung auch eventuell nicht unbedingt
etwa parallel zur Zuflußstärke verläuft, aber in ihrem zeitlichen Verlauf vorher
ungefähr bekannt ist, muß man eventuell Schiebersteuerungen verwenden, die im Extremfall
über einen Rechner, der die Eingangsparameter der Anlage überwacht, betrieben werden.
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Die Erfindung wird an Hand eines Beispieles für eine kommunale Abwasseranlage
erläutert, die auch das zugemischte Regenwasser mit behandelt. Die Anlage besteht
aus erstem Belüftungsbecken, erstem Denitrifikationsbecken, zweitem Belüftungsbecken
und zweitem Denitrifikationsbecken. Die Vorklärung des Abwassers und dessen Nachklärung
werden von der Erfindung nicht berührt. Der Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken
wird in das erste Belüftungsbecgen gefördert. Die Belastung des Abwassers mit überschüssigem
Stickstoff geht bei Trockenwetter parallel zu anderer biologisch abbaubarer und
zur hydraulischen Belastung. Regenwasser wird soweit übernommen, daß die Mischung
maximal 3ovo% des Durchschnittstrockenwetterflusses ausmacht. Für Trockenwetter
wird eine Elimination von 90% der Tagesstickstofflast und für Regenwetter eine Nitrifikation
von 5o%des Stickstoffes der betroffenen Abwassermenge verlangt.
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In den Nachtstunden erreicht der Strom des zufließenden Abwassers
ein minimum. Gleichzeitig ist auch die Belstung des Abwassers mit abzubauenden Stoffen
ein Minimum. Bei diesen Verhältnissen fließt ein großer Teil des Abwassers ins zweite
Denitrifikationsbecken und nur ein möglichst kleiner Teil ins erste Belüftungsbecken,
in das aber auch das Klarwasser aus der Schlammfaulanlage läuft. Es entsteht so
relativ
viel Nitrit und Nitrat, das im ersten Denitrifikationsbecken kaum verbraucht und
im zweiten Belüftungsbecken nicht verändert wird.
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Die Menge Nitrit und Nitrat, die bis ins zweite Denitrifikationsbekken
gelangt, wird dort aber mit Hilfe des wenigen Abwassers umgesetzt. Mit rasch zunehmender
Stärke des Zuflusses am Vormittag werden die Anteile, die dem ersten Belüftungsbecken
und dem ersten Denitrifikationsbecken zufließen, immer größer, bis bei Regenwetter
nach Uberschreiten des Trockenwettermaximums diese Anteile wieder abnehmen, der
Zufluß zum zweiten BelüftungsbBcken in Betrieb geht und bei weiterer Steigerung
einen bedeutenden Anteil des Zuflusses übernimmt. Es ist also genügend nitrit und
Nitrat vorhanden, um das jeweils fiktive BSB-Nitri(a)t-Gleichgewicht sofort einzustellen.
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Reststickstoff wird im zweiten Belüftungsbecken oxidiert und im zweiten
Denitrifikationsbecken zu gasförmigen Stickstoff umgesetzt.
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Das sich mittlerweile im ersten Belüftungsbecken bildende Nitri(a)t
übernimmt dann die Rolle des nächtlicherweise bevorrateten Nitri(a)ts, das unterdessen
umgesetzt ist. Bei der langsam abnehmenden Belastung über Nachmittag und Abend spielt
eine Bevorratung keine Rolle. Bei Regenwetter versucht man das Prinzip der Oxidation
und Eliminierung des Stickstoffes im Vorderteil der Anlage möglichst lange zu erhalten
und gibt es nur im hinteren Teil auf, wo die Verweilzeiten dann für eine Denitrifikation
sowieso zu kurz werden. Erst wenn Gefahr entsteht, daß die Forderung nach 50% Nitrifikation
nicht mehr erfüllt werden kann, wandelt man auch die Funktion des ersten Denitrifikationsbeckens.
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Stehen am Anlageneingang gesonderte Abwasserströme an, so kann es
günstig sein, diejenige Sorte mit dem höheren Stickstoffgehalt nur
ins
erste Belüftungsbecken zu geben, und diejenige Sorte mit dem geringeren Stickstoffgehalt
in die Denitrifikationsbecken. Aber außerdem spielen die Mengen eine Rolle, und
ob der Stickstoff vorwiegend in reduzierter oder in oxidierter Form vorliegt. Wasser
aus Faulanlagen oder Tubificidenreaktoren sollten demnach möglichst ins erste Belüftungsbecken
und Klarwasser aus Schlammbelüftungsanlagen möglichst in die Denitrifikationsbecken
gegeben werden.
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Ein hydraulischer Belastungsstoß anläßlich eines kurzen Regens wird
von einer Abwasseranlage der beschriebenen Art für kommunales Mischabwasser, in
der das Abwasser bei Trockenwetter gewöhnlich über 7 Stunden verweilt, aufgefangen,
ohne daß sich an der Bilanz merklich etwas ändert.
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Bei einem hydraulischen Belastungsstoß anläßlich eines langen Regens
wird auf die Dauer keine bedeutende biologische Last eingebracht. Das Abwasser wird
zwar nicht so gut wie bei Trockenwetter gereinigt, äedoch wird durch die Verdünnung
des geklärten Abwassers eine weitgehende Kompensation erreicht. Zudem wird ein Teil
der Last in Regenbecken aufgefangen, so daß eine zusätzliche Verminderung der Belastung
der Anlage eintritt.
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Die Auslegung des Versuches, der die Grundlage für das Projekt einer
kommunalen 4-Becken-Anlage (ohne Berücksichtigung von Vor- und Nachklärung)wird,
geht davon aus, daß im Trockenwetter-24 Stundenmittel in der ersten Belüftungsstufe
alle oxidierbaren Stickstoffverbindungen des ersten Teilstromes zu soviel Nitrit
und Nitrat umgewandelt werden, daß deren verwertbarer Sauerstoff in der ersten Denitrifikationsstufe
den BSB des zweiten Teilstromes zu etwa zwei Dritteln deckt, daß die reduziert vorliegenden
Stickstoffverbindungen des zweiten Teilstromes
im zweiten Belüftungsbecken
oxidiert werden, und daß der davon verwert bare Sauerstoff im zweiten Denitrifikationsbecken
den BSB des dritten Teilstromes auch zu etwa zwei Dritteln deckt.