DE2908134C2

DE2908134C2 - Anlage für die Reinigung von Abwasser

Info

Publication number: DE2908134C2
Application number: DE2908134A
Authority: DE
Inventors: Botho Prof.Dr.-Ing. Böhnke; Bernd Dipl.-Ing. 5100 Aachen Diering
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1983-10-20
Also published as: BE881963A; GB2044746A; NL190063C; ES489093A1; JPS55159897A; NL8001261A; DE2908134A1; FR2450238A1; US4487697A; GB2044746B; CA1144665A; NL190063B; JPS637839B2; FR2450238B1; AR222859A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Anlage für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von städtischem Abwasser, bestehend aus den aufeinanderfolgenden Stufen einer mechanischen Kläreinrichtung, eines Belebungsbeckens, einer Zwischenkläreinrichtung, einer aus einem Tropfkörper bestehenden Nitrifikationsstufe, einer Denitrifikationsstufe, eines Nachklärbeckens und einer Einrichtung zur Abführung von Überschußschlamm, wobei die Biozönosen des Belebungsbeckens und der Nitrifikationsstufe voneinander getrennt sind. Unter dem Begriff Abwasser ist kommunales Abwasser oder adäquates industrielles Abwasser, welches einer biologischen Reinigung zugänglich ist, zu verstehen. Der Ausdruck Becken umfaßt stets auch Aggregate aus mehreren baulich getrennten, über Leitungen oder Verbindungsgräben funktionell vereinigten Becken. Die Behandlung des Überschußschlammes, der aus der Anlage insgesamt abgezogen wird, findet zumeist in Faulräumen statt.

Bei der bekannten gattungsgemäßen Anlage (Helmer, Sekoulov »Weitergehende Abwasserreinigung«, 1. Auflage, Mainz, Wiesbaden 1977, Deutscher Fachschriften-Verlag, S. 54, Schema D in Abbildung 9) ist das Belebungsbecken belüftet. Es wird aerob betrieben. Die Denitrifikationsstufe ist eine Tropfkörperstufe. Der Überschußschlamm aus dem Belebungsbecken ist in die Denitrifikationsstufe nicht einführbar. Das sind für die Denitrifikation ungünstige Bedingungen. H-Donatoren werden bei der bekannten Ausführungsform in die Denitrifikationsstufe nicht eingeführt. Zwar erfolgt zur Erhöhung der Denitrifikationsleistung eine Zugabe von Methanol und eine Zugabe von vorgeklärtem Abwasser, die Zugabe von Methanol ist jedoch kostenaufwendig und durch die Zugabe von vorgeklärtem Abwasser wird die Gesamtreinigungsleistung der Anlage verschlechtert. Insbesondere bezüglich der Entfernung von schwer abbaubaren Verbindungen ist die bekannte Anlage verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anlage so weiter auszubilden, daß sie eine höhere Reinigungsleistung aufweist und insbesondere für die Behandlung von zu reinigendem Abwasser geeignet ist, welches einen erheblichen Gehalt an schwer abbaubaren Verbindungen mitführt
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Belebungsbecken für einen Betrieb mit einem Sauerstoffgehalt von nahezu Omg/1 ausgelegt und fakultativ anaerob betreibbar ist und daß in die aus einem unbelüfteten Mischbecksn bestehende Denitrifikationsstufe Überschußschlamm aus dem Belebungsbecken einführbar ist Im Rahmen der Erfindung liegt es, das Mischbecken mit Einrichtungen zur Einführung von Flockungsmitteln und/oder Aktivkohle, insbesondere Braunkohlen-Aktivkohle, zu versehen.
Die Erfindung erreicht besondere Effekte. Zunächst findet in dem Belebungsbecken neben einer teilbiologischen Reinigung eine weitgehende Aufschließung des Rohsubstrates statt, wobei die schwer abbaubaren Verbindungen zu einem Teil in leicht abbaubare organische Verbindungen aufgeschlossen werden. Dabei erfolgt auch eine Adsorption an den Zellen des Schlammes. Da dieser aktive Überschußschlamm der ersten höchstbelasteten Belebungsstufe in die Denitrifikationsstufe eingeführt wird, entsteht dort durch erhöhten Verbrauch des gelösten Sauerstoffes nach kurzer Zeit ein Sauerstoffmangel. Gleichzeitig übernimmt der zugeführte Schlamm die Funktion eines H-Donators. Durch diese Ausnutzung des biologischen Potentials werden überraschend gute Denitrifikationseffekte erreicht Auch wird die Gesamtreinigungsleistung erhöht, da zur Denitrifikation eine Zugabe von vorgeklärtem Wasser nicht erfolgt. Auch die Beigabe von Methanol ist nicht erforderlich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert

Die einzige Figur zeigt ein Schema einer erfindungsgemäßen Anlage.

Die in der Figur dargestellte Anlage für die Reinigung von Abwasser besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer mechanischen Kläreinrichtung 1 für die mechanische Vorklärung des zu reinigenden Abwassers, dem Belebungsbecken 2 einer ersten Belebungsstufe, einer Zwischenkläreinrichtung 3, einer Belüftungsstufe 4, und einem Nachklärbecken 5. Eine Einrichtung 6 für die Abführung und gegebenenfalls Behandlung von Überschußschlamm ist zugeordnet. Das zu reinigende Abwasser gelangt aus der mechanischen Kläreinrichtung 1 in das Belebungsbecken 2, aus dem Belebungsbecken 2 über die Zwischenklärung 3 in die Belüftungsstufe 4, aus der Belüftungsstufe 4 in das Nachklärbecken 5. Die Biozönosen von Belebungsbecken 2 und Belüftungsstufe 4 sind getrennt. Das Belebungsbecken 2 ist für einen Betrieb mit einem Sauerstoffgehalt um null mg/1 ausgelegt. Das hat zur Folge, daß in dem Belebungsbecken 2 Mikrobionten leben, die aerob und fakultativ anaerob ausgerichtet sind. Die Belüftungsstufe bildet eine zweite biologische Stufe und ist als Tropfkörperstufe 4 ausgeführt. Sie kann eine Mehrzahl von parallel oder hintereinander angeordneten Tropfkörperaggregaten aufweisen. Sie arbeitet im aeroben Bereich mit ausreichendem Sauerstoffgehalt. Vor dem Nachklärbecken 5 ist ein unbelüftetes Mischbecken 7 angeordnet, in welches neben dem Wasser aus der Tropfkörperstufe 4 Überschußschlamm aus dem Belebungsbecken 2 einführbar ist. Der Überschußschlamm aus dem Belebungsbecken 2 ist außerdem in das Belebungsbecken 2 wieder rückführbar, und zwar über

die Leitung 8. Er ist ferner hin der Einrichtung 6 für die Abführung und gegebenenfalls Behandlung des Überschußschlammes zuführbar, die im Ausführungsbeispiel einen Faulraum 9 aufweist Im übrigen kann Überschußschlamm zwischen Mischbecken 7 und Nachklärbecken 5 abgezogen werden. Er ist über die Leitung 10 in das Mischbecken 7 rückführbar und über die Leitung 11 ebenfalls der Einrichtung 6 für die Abführung und gegebenenfalls Behandlung des Oberschußschlammes zuführbar.

Ausführungsbeispiel

Wird bei der dargestellten Anlage in einem spezifischen Abwasserfall von 200 l/E - d, einer stündlichen Bemessungsabwassermenge von 131/E-h und '5 einer Einwohnergleichwertbelastung von 60 g BSB5/E · d ausgegangen, so ergibt sich bei einer Reinigungsleistung von η = 95% und einem BSBs-Ablaufwert von 15 mg/1 folgender spezifischer Raumbedarf bei:

a) einstufiger Nitrifikations-Belebungsanlage (B₇S = 0,15) V = 162 l/E

b) einstufiger konventioneller Tropfkörperanlage mit B_R = 400 g/m³ V = 198 l/E

und bei der erfindungsgemäßen Anlage mit

bei der

N itrif ikationsanlage

bei der

konv. Tropfkörperanlage

und bei der

erfindungsgem.

Belebungs-Tropfkörperanlage zurd.9—10 kWh/E · a

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c) Belebungs- und Tropfkörperstufe mit Höchstbelastung der
Belebungsstufe bei fakultativ
anaerober Betriebsweise V = 107 l/E.

Der Energiebedarf je Einwohner ergibt sich bei üblichen Abwasserverhältnissen

zu rd. 15 kWh/E · a

zu rd. 9-10 kWh/E · a

Das gemäß Zeichnung bei 1 mechanisch vorgereinigte Abwasser gelangt in das Belebungsbecken 2. Bei einem Volumen von 600 m³ und einer Aufenthaltszeit von 28 Min. ergibt sich im dargestellten Beispiel eine organische Raumbelastung von 10 kg BSB5/1T1³ · d. Bei der hohen Schlammbelastung von Bts a 6 kg/kg ■ d und der geringen Energiedichte des Belebungsbeckens mit rd. 25 W/m³ Volumen ist zwar bei einer mittel- bis grobblasigen Belüftung eine ausreichende Durchwirbelung des sich bildenden Belebtschlammes gewährleistet aber keinesfalls eine ausreichende Sauerstoffversorgung. Bei der absichtlich gewählten Energiedichte von 25 W/m³ kann während eines Tages bei einer elektrischen Arbeit von 0,6 kWh nur eine Sauerstoffmenge von rd. 0,6—0,7 kg Cb/m³ eingetragen werden. Das Ergebnis ist ein Sauerstoffgehalt um null mg/1. Die ablaufenden biologischen Prozesse müssen bei nicht ausreichendem Sauerstoffangebot fakultativ anaerob verlaufen. Ein oxidativer Abbauvorgang ist nicht möglich. Der Stoffwechselkreislauf muß über eine substratgebundene Phosphorylisierung stattfinden, die bei Gärungsprozessen zu finden ist. Sehr viele Bakterien (Prokaryonten) und Hefen (Eukaryonten), die normalerweise aerob leben, und ihre Energie über den optimalsten energiewirtschaftlichsten Abbauprozeß (oxidative Phosphorylisierung) gewinnen, haben für Sauerstoffmangelzeiten diesen Gärungsprozeß entwikkelt. Er bringt jedoch nur ¹A₉ der sonst anfallenden Energie. — Diese Zusammenhänge sind gemeint, wenn in der Erfindung die Rede davon ist, daß das Belebungsbecken 2 fakultativ anaerob betreibbar ist

Bei dem im Belebungsbecken 2 vorhandenen Schlammgehalt und der festgestellten merklichen Wachstumsrate muß bei diesem extensiven Ausnutzungsprozeß der angebotenen organischen Verbindungen fast jede vorhandene Verbindung angegriffen werden. Während bei konventionellen aeroben Belebungsprozesses des BSBs/CSB-Verhältnis z.B. von —300/600 = 0,5 bei Rohwasser zu Gunsten des CSB auf 0,28 bis 0,11 verschoben wird, bleibt bei der erfindungsgemäßen Anlage das Verhältnis fast gleich; bei etwa 30% der zur Erprobung der Erfindung gefahrenen Versuche mit unterschiedlichen Abwässern stellt sich sogar eine Verschiebung des BSBs/CSB-Verhältnisses zu Gunsten des BSB5 ein. Diese Umkehrung ist bei dem vorhandenen Abbau nur durch Aufschließung bzw. Krackung der schwer abbaubaren Verbindungen zu erklären. Das so aufbereitete Rohsubstrat Abwasser läßt sich nunmehr wesentlich besser in der nachfolgenden aeroben biologischen Tropfkörperstufe 4 abbauen.

In der Tropfkörperstufe 4 ist eine Nitrifizierung der enthaltenen organischen Stickstoffverbindungen gegeben. Da bei sachgerechter Ausführung des Tropfkörpers ein mehrfaches Sauerstoffangebot vorhanden ist als die Aerobier benötigen, ist bei diesem reichlichen Sauerstoffangebot keine Denitrifizierung zu erwarten. Das in der Tropfkörperstufe 4 behandelte Abwasser weist bei entsprechend geringer Raumbelastung einen sehr guten Reinigungseffekt mit geringen NH₃-Gehalten aber hohen NC>3-Gehalten auf. Eine weitere Reinigung durch Strippung des »N« und eine Rückgewinnung der aufgewandten Energie geschieht in dem Mischbecken 7, das gleichzeitig als Denitrifizierungsstufe arbeitet. Das Mischbecken 7 mit einer etwa halbstündigen Aufenthaltszeit und einem Inhalt von 600 m³ — ohne Belüftung — ist der Nachklärung 5 mit 2,5 h Aufenthaltszeit und einem vorhandenen Beckeninhalt von V = 3250 m³ vorgeschaltet. Der in den Sammeltrichtern der Nachklärung 5 gesammelte fakultative Belebtschlamm wird über die Leitung 10 zurückgepumpt, der vorhandene Überschußschlamm gelangt über Leitung 11 in die Schlammbehandlungsanlage 9. Mischflügel und Zuführung von Überschußschlamm aus der Zwischenkläreinrichtung 3 sorgen dafür, daß der Belebtschlamm sich sehr rasch zu Flocken zusammenballt und optimale Verhältnisse über die Zuführung des fakultativen Belebtschlammes für die Denitrifizierung des gebildeten NO3 geschaffen werden. Dem Mischbecken können zur besseren Flockung Flockungsmittel und zur Adsorption Aktivkohle, z. B. Braunkohle-Aktivkohle, zugesetzt werden. Der ständige Kreislauf des fakultativen Schlammes in dem Mischbecken 7, gegebenenfalls mit Zusatz von Braunkohle-Aktivkohle, sorgt in einem kleinen Mischbecken von 300 m³ Inhalt für eine rasche Denitrifizierung und weiteren Abbau noch vorhandener organischer Verbindungen, Da über den bisherigen Verfahrensweg die leicht abbaubaren organischen Kohlenstoffverbindungen weitgehend abgebaut worden siH, werden bei fakultativ anaerober Betriebsweise nochmals über die fakultativ Tätigen die noch vorhandenen schwer abbaubaren Verbindungen angegriffen. Der aus der Tropfkörperstufe 4 anfallende

Belebtschlamm ist schwer und setzt sich nach Behandlung in dem Mischbecken 7 in der Nachklärung 5 sehr rasch ab. Die Aufenthaltszeit in der Nachklärung kann deshalb im Vergleich zu üblichen Belebungsverfahren auf etwa 50% reduziert werden. Bei der erfindungsgemäßen Anlage arbeiten in der Reihenfolge »Belebungsstufe, Tropfkörperstufe und Mischstufe«

fakultativ anaerobe Lebewesen,
aerobe Lebewesen

wiederum fakultativ anaerobe Lebewesen.

Dieser bewußte Einstz unterschiedlich arbeitender Biozönosen mit den grundverschiedenen Stoffwechselkreisläufen führt zu einer Änderung des Rohsubstrates »Rohabwasser« und auch zu einer nochmaligen Änderung des bereits im Tropfkörper aufgearbeiteten Abwassers, so daß eine überraschend gute Reinigungsleistung erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlage für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von städtischem Abwasser, bestehend aus den aufeinanderfolgenden Stufen einer mechanischen Kläreinrichtung, eines Belebungsbeckens, einer Zwischenkläreinrichtung, einer aus einem Tropfkörper bestehenden Nitrifikationsstufe, einer Denitrifikationsstufe, eines Nachklärbeckens und einer Einrichtung zur Abführung von Überschußschiamm, wobei die Biozönosen des Belebungsbekkens und der Nitrifikationsstufe voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Belebungsbecken (2) für einen Betrieb mit einem Sauerstoffgehalt von nahezu Omg/1 ausgelegt und fakultativ anaerob betreibbar ist und daß in die aus einem unbelüfteten Mischbecken (7) bestehende Denitrifikationsstufe Überschußschlamm aus dem Belebungsbecken (2) einführbar ist

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischbecken Einrichtungen zur Einführung von Flockungsmitteln und/oder Aktivkohle, insbesondere Braunkohlen-Aktivkohle, aufweist.