DE2841011A1

DE2841011A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abwasser mittels mikroorganismen

Info

Publication number: DE2841011A1
Application number: DE19782841011
Authority: DE
Inventors: Guenter Derenk; Friedrich Fischer; Helmut Liebgott
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1978-09-21
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1980-04-03

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Abwasser
mittels Mikroorganismen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser mittels Mikroorganismen, die ar einer Vielzahl von Trägerkörpern haften, in mindestens einer die Trägerkörper enthaltenden Behandlungszone, sowie eine Vorrichtung hierzu.
Das Verfahren und die Vorrichtung eignen sich besonders für die Nitrifikation, Denitrifikatlon und biologische Reinigung des Abwassers.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 31 192 ist ein Verfahren zur Denitrifikation von abwasser bekannt. Das Abwasser wird unter Druck am unteren Ende der Behandlungszone zugeführt und strömt in Aufwärtsrichtung durch die Behandlungszone.
Die Behandlungszone enthält körniges Material mit einem spezifischen Gewicht, bezogen auf Wasser, von mindestens 1,1 und vorzugsweise größer als 1,2. Be diesem körnigen Material kann es sich z.B. um Sand handeln, an dessen Oberfläche Mikroorganismen haften. Am unteren Ende der 3ehandlungszone oberhalb der Zufuhr stelle für das Abwasser befindet sich bei der bekannten Anordnung ein rostartiger Verteilerboden, welcher das Abwasser möglichst gleichmäßig auf den Querschnitt der Behandlungszone verteilt. Treten bei der bekannten Anordnung Schwierigkeiten, z.B. Verstopfungen, am Verteilerboden auf, so ist es nötig, die Behandlungszone ganz oder weitgehend zu entleeren, um die Störung beheben zu können. Auch erfordert der Aufwärts strom in der bekannten Behandlungszone einen beträchtlichen Aufwand an Pumpenergie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit erreicht wird und Störungen leicht behoben werden können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Abwasser im Abwärtsstrom durch die Behandlungszone geleitet wird und die Trägerkörper ein niedrigeres spezifisches Gewicht als Wasser haben. Dadurch wird der Aufwand an Pumpenergie sehr niedrig gehalten. Gleichzeitig ist es möglich, im Störungsfall bei abgeschalteter Anlage die aufschwimmenden Trägerkörper am oberen Ende der Behandlungszone abzunehmen und, falls nötig, auszuwechseln.
Es ist vorteilhaft, daß das Abwasser aus der Behandlungszone abgeleitet und im Aufwärts strom abgezogen wird. Hierbei braucht nur soviel Pumpenergie aufgewandt zu werden, wie durch die Reibung der Flüssigkeit verbraucht wird. Ein nennenswerter Höhenunterschied braucht hier beim Transport der Flüssigkeit nicht überwunden zu werden.
Zweckmäßigerweise haben die Trägerkörper höchstens das 0,9-fache spezifische Gewicht von Wasser. Dadurch lassen sich in der Behandlungszone Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 1 bis 50 cm/Sek. einstellen, mit denen die gewünschten hohen Durchsatzleistungen erreichbar sind. Die Durchsatzleistungen werden so eingestellt, daß die erforderlichen Verweilzeiten des Abwassers in der Behandlungszone im Kontakt mit den in wirbelnder Bewegung befindlichen Trägerkörpern erreicht werden. Die kürzesten Verweilzeiten von etwa 2 - 10 Minuten sind für die Denitrifikation des Abwassers erforderlich. weil die Umsetzungen etwa folgender Art mit relativ hohen Reaktionsgeschwindigkeiten vor sich ge#hen.
Dient die Behandlungszone der <itrifikation, wobei Ammoniumionen in Gegenwart von Sauerstoff und Mikroorganismen zu Nitrationen umgewandelt werden, so sind üblicherweise etwas längere Verweilzeiten nötig. Noch längerer Verweilzeiten bedarf es beim biologischen Abbau von Verunreinigungen im Abwasser mittels Sauerstoff und Mikroorganismen.
Ein kompakter Aufbau der Behandlungsanlage ergibt sich dadurch, daß die Behandlungszone und die Abströmzone, in welcher das behandelte Abwasser abgeführt wird, konzentrisch zueinander liegen. Dabei ist es möglich, entweder die Behandlungszone oder die Abströmzone zentral anzuordnen.
Die schwimmfähigen Trägerkörper werden zumeist Korngrößen im Bereich von etwa 0,2 bis 3 mm haben. Im Prinzip können sie aus Hohlkugeln gebildet sein, an deren Oberflächc-# Mikroorganismen haften und wachsen können. Gut geeignet sind aber auch geschäum te Materialien mit überwiegend geschlossenen Poren, so etwa Polystyrol oder Perlite. Vorteilhaft ist, daß die Trägerkörper eine große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen besitzen.
Die Vorrichtung zur Behandlung des Abwassers kann so ausgestaltet sein, daß ein Teil des aus der Behandlungszone abgeleiteten Abwassers in diese zurückgeführt werden kann.
Die Eehandlungszone weist üblicherweise am oberen Ende einen flüssigkeitsdurchlässigen Verteilerboden auf, damit die Behandlungszone vom Abwasser in möglichst gleichmäßiger Verteilung durchflossen wird. Dieser Verteilerboden, der rostartig ausgebildet sein kann, ist von oben leicht zugänglich, so daß Wartungsarbeiten daran auf einfache Weise durchgeführt werde können. Insbesondere ist es nicht erforderlich, für diese Wartungsarbeiten die Behandlungszone ganz oder weitgehend zu entleeren. Es ist auch möglich, auf einen Verteilerboden zu verzichten, insbesondere dann, wenn die Abströmzone zentral innerhalb der Behandlungszone angeordnet ist.
Mit Hilfe der Zeichnung werden Äusführungsbeispiele der Abwasserbehandlung erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine schematisch dargestellte Anordnung zur Abwasserbehandlung und Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Anordnung.
Die Anlage der Fig. 1 weist einen am unteren Ende geschlossenen Behälter 1 auf, der weitgehend in die Erdoberfläche 2 eingesenkt ist. Innerhalb des Behälters 1 befindet sich ein Trennrohr 3, welches die Behandlungszone 4 umgibt. Das zu behandelnde Abwasser fließt durch die Leitung 5 in die Behandlungszone. Am oberen Ende der Behandlungszone ist ein flüssigkeitsdurchlässiger Verteilerboden 6 angeordnet.
Das Abwasser wird mit Hilfe eines Propellers 7 mit Antrieb 8 nach unten durch den Verteilerboden 6 gedrückt und durchströmt die Behandlungszone 4. In der Behandlungszone 4 befindet sich eine große Menge von körnigen Trägerkörpern mit einem spezifischen Gewicht niedriger als Wasser in wirbelnder Bewegung.
Diese Trägerkörper tragen an ihrer Oberflächa Mikroorganismen, welche die gewünschte Behandlung des Abwassers bewirken.
Infolge des Auftriebs der Trägerkörper#gelangen sie trotz der Abwärts strömung der Flüssigkeit innerhalb der Behandlungszone 4 .üblicherweise nicht bis zu deren unterem Ende.
Das Trennrohr 3 reicht nicht ganz bis zum Boden des Behälters 1 oder aber es weist am unteren Ende große Durchlaßöffnungen für die Flüssigkeit auf, welche von dort in die Abströmzone 9 gelangt. In der Abströmzone 9 strömt das behandelte Abwasser aufwärts und wird am oberen Ende über eine Ableitung 10 abgezogen.
Knapp unterhalb des Wasserspiegels 11 der Abströmzone 9 weist das Trennrohr 3 einige Durchlaßöffnungen 12 auf, um einen Teil des behandelten Abwassers zurück in die Behandlungszone 4 leiten zu können. Die Durchlaßöffnungen 12 sind in nicht dargestellter Weise ganz oder teilweise verschließbar, um den Anteil des rückgeführten Abwassers einstellen zu können.
Die Behandlungszone 4 ist mit einer Einrichtung zur Zufuhr von Behandlungsgas ausgerüstet, bestehend aus einer Leitung 13 und einem Verteiler 14 mit Austrittsöffnungen. Als Behandlungsgas, das z.B. für die Nitrifikation oder den biologischen Abbau nötig ist, wird Luft oder Sauerstoff über die Leitung 13 und den Verteiler 14 in die Behandlungszone 4 gegeben. Für die Denitrifikation wird dem Abwasser Methanol z.B. bereits in der Zufuhrleitung 5 in nicht dargestellter Weise zugemischt.
Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß der Propeller 7 beim Bewegen des Abwassers praktisch keinen Höhenunterschied zu überwinden hat, so daß Ilur wenig Antriebsenergie verbraucht wird.
Die Anordnung der Fig. 2 weist ebenfalls einen Behälter 1 mit Zufuhrleitung 5 für das Abwasser auf, doch liegt hier die Behandlungszone 41 mit dem Verteilerboden 61 ringförmig um die Abströmzone 91. Auf den Verteilerboden 61 kann in vielen Fällen auch verzichtet werden. Die Strömung des Abwassers nach unten durch die Behandlungszone 41 und im Aufwärts strom durch die Abströmzone 91 wird durch eine Saugpumpe 20 bewirkt, welche das behandelte Abwasser über die Leitung 21 abführt. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 weist das Trennrohr 31 einen gefringeren Durchmesser als das Trennrohr 3 der Fig. 1 auf, was eine gewisse Materialersparnis bedeutet. Hinzu kommt, daß wegen des geringen Querschnitts des Trennrohrs 31 auch die Saugpumpe 20 einfach ausgebildet sein kann und dadurch niedrige Kosten verursacht. Die Leitungen 13 dienen der Zufuhr von Behandlungsgas, wie es schon zusammen mit Fi £. 1 erläutert wurde.
Beispiel 1 In einer Versuchsanlage entsprechend Fig. 1 wurde Abwasser, das aus einer biologischen Reinigungsanlage mit Nitrifikation stammte, denitrifiziert. Die Anlage bestand aus einem äußeren Rohr von 260 mm lichter Weite und einem konzentrisch darin angeordneten Rohr von 200 mm lichter Weite und einer Wandstärke von 2 mm. Das äußere, am unteren Ende verschlossene Rohr hatte eine Länge von 7,5 m und war in den Erdboden so versenkt, daß es 0,2 m über die ßrdoberflache hinausragte. Das innere Rohr hatte eine Länge von 7,8 m und endete 0,2 m über dem Boden des äußeren Rohres. Kurz unterhalb seines oberen Endes befand sich ein Propeller von 150 mm Durchmesser, der die zugeführte Flüssigkeit nach unten förderte. In das innere Rohr wurden als Trägerkörper 140 1 Kugeln aus geschäumtem Polystyrol mit einer Schüttdichte von 0,135 kg/l und einem Kugeldurchmesser von 0,3 bis 0,5 mm eingefüllt. In das innere Rohr wurden stündlich 1800 1 vorgereinigtes Abwasser mit einem Nitratgehalt von 120 mg NOD /l zugeführt. Mittels einer Dosierpumpe wurden diesem Zufluß stündlich 1,7 1 einer 10%igen wäßrigen Lösung von Methanol zugesetzt.
Das Abwasser strömte in der Behandlungszone durch die Trägerkörper nach unten und im Ringraum nach oben. Nach einer Inkubationszeit für die Mikroorganismen von 4 Tagen setzte die Denitrifikation ein und bereits am 5. Tag war der flitratgehalt im Ablauf auf etwa 5 mg/l geseunken; er veränderte sich in der Folgezeit nicht mehr.
Beispiel 2 Die Versuchsanordnung des Beispiels 1 wurde derart geändert, daß in das innere Rohr oberhalb der Stelle, an der der Propeller angeordnet war, vier Löcher von jeweils 80 mm Durchmesser gebohrt wurden, durch die Wasser aus deri. Außenrau!!l in einer Menge von etwa 400 l/h in die Behandlungszone zurücks brömen konnte.
Es wurden 120 1 eines Kunststoffgranulats mit einer Schüttdichte von 0,05 kg/l und einem Granu1atdurcElmesser von 1,3 bis 2 mm als Trägerkörper eingesetzt. Die Menge an zugeführtem unbehandeltem Abwasser betrug 1000 l/h, der Nitratgehalt war 340 mgjl, es wurden 250 ml/h reines Methanol zudosiert. Nach einer Inkubationsperiode der Mikroorganismen von drei Tagen begann der Prozeß der Denitrifikation, nach 5 Tagen konnte im ablaufenden Abwasser Nitrat nur noch spureneise (unter 1 mg/l) nachgewiesen werden.
Beisrniel 3 In das äußere Rohr von Beispiel 1 wurde ein Innenrohr von 100 mm lichter Weite und 2 mm Wandstärke so eingesetzt, daß es 0,2 m über dem unteren Boden des Außenrohrs endete. 0,5 m unter dem Niveau des umgebenden Erdreichs befand sich im Innenrohr eine Tauchpumpe, die das Wasser nach außen förderte. Die Versuchsanordnung entsprach damit der Fig. 2. Das zu behandelnde Wasser wurde über eine Ringleitung mit Bohrungen dem von äußeren und innerem Rohr gebildeten Ringraum, der Behandlungszone, zugeführt. In diese Zone wurden 200 1 des für Beispiel 1 benutzten Polystyrol-Granulats eingefüllt. Das in einer Menge von 2000 l/h zufließende Abwasser enthielt 100 mg/l N03, als Kohlenstoffquelle zur Denitrifikation wurden 0,7 l/h einer 20%igen Methanollösung zudosiert. Nach 4 Tagen wurden im Ablauf nur noch Nitratgehalte von etwa 2 mg/l gefunden.
Beispiel 4 In der gleichen Anordnung wie in Beispiel 2 wurden stündlich 500 1 eines biologisch vorgereinigten Abwassers nitrifiziert.
Der Zulauf enthielt 36 mg/l Stickstoff in Form von NH4+-Ionen, sein BSB5 betrug 15 mg/l. Am unteren Ende des Innenrohres wurden über ein poröses Rohr als Verteiler 20 m3 Luft zugeführt, die im Gegenstrom zum abwärts fließenden Abwasser durch die in wirbelnder Bewegung befindliche Schüttung in ler Behandlungszone strömten. Nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes wurder im ablaufenden Abwasser nur noch Restgehal be an Arar-noniak-Stickstoff von unter 0,5 mg/l gefunden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zum Behandeln von Abwasser mittels Mikroorganismen, die an einer Vielzahl von Trägerkörpern haften, in mindestens einer die Trägerkörper enthaltenden Behandlungszone, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser im Abwärtsstrom durch die Behandlungszone geleitet wird und die Trägerkörper ein niedrigeres spezifisches Gewicht als Wasser haben.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser aus der Behandlungszone abgeleitet und im Aufwärtsstrom in einer Abströmzone abgezogen wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper höchstens das 0,9-fache spezifische Gewicht von Wasser haben.
4) Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszone und die Abströmzone konzentrisch zueinander liegen.
5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkörper Korngrößen im Bereich von etwa 0,2 bis 3 mm haben.
6) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des aus der Behandlungszone abgeleiteten Abwassers in diese zurückgeführt wird.
7) Vorrichtung zum Behandeln von Abwasser mittels Mikroorganismen, die an einer Vielzahl von Trägerkörpern haften, in mindestens einer die Trägerkörper enthaltenden Behandlungszone, fdadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszone am oberen Ende eine Zuführung und am unteren Ende eine Ableitung für das Wasser sowie Trägerkörper mit einem niedrigeren spezifischen Gewicht als Wasser aufweist.
8) Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszone am oberen Ende einen flüssigkeitsdurchlässigen Verteilerboden aufweist.
9) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungszone durch ein Trennrohr von der Abströmzone getrennt ist und das Trennrohr am unteren Ende Zutrittsöffnungen für behandeltes Abwasser und am oberen Ende eine Abflußleitung aufweist.
10) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennrohr Durchlaßöffnungen zum Rückführen eines Teils des aus der Behandlungszone abgeleiteten Abwassers in diese aufweist.
11) Vorrichtung nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie ganz oder weitgehend in die Erde eingesenkt ist.