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Verfahren zur biologischen Reinigung von Ab-
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wasser sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser in wenigstens zwei
aufeinanderfolgenden Begasungszonen in Gegenwart von belebtem Schlamm sowie eine
Vorrichtung zur DurchfUh-ung des Verfahrens.
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Aus der DE-OS 22 12 715 ist ein Verfahren zum Behandeln von biologisch
abbaubaren Abwässern in wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Begasungszonen in Gegenwart
von belebtem Schlamm bekannt, bei dem das aus- Abwasser und belebtem Schlamm bestehende
Flüssigkeitsgemisch in einer geschlossenen Begasungszone mit einem sauerstoffreichen
Gas mit mindestens 35 Vol.-% Sauerstoff belüftet und in einer anschließenden Belüftungszone
mit atmosphärischer Luft in Kontakt gebracht wird. Dabei wird so gearbeitet, daß
in der ersten Begasungszone ein hohes Niveau von gelöstem Sauerstoff aufrechterhalten
und bis zu 95 ß des gesamten biologischen Sauerstoffbedarfs des Flüssigkeitsgemisches
gedeckt wird und daß in der nachfolgenden Belürtungszone ein verhältnismäßig niedriges
Niveau an gelöstem Sauerstoff so lange aufrechterhalten wird, bis der Reinigungsprozeß
den
gewünschten Grad erreicht hat.
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Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens liegt darin, daß zur Deckung
des biologischen Sauerstoffbedarfs in der ersten Begasungszone eine große Menge
an verhältnismäßig teurem, sauerstoffreichem Gas bereitgestellt werden muß und daß
durch das Aufrechterhalten eines niederen Niveaus an aufgelöstem Sauerstoff in der
nachfolgenden Belüftungszone der Sauerstoffgehalt des Ablaufs aus der Belüftungszone
so gering ist, daß sich in der Nachklärung anaerobe Verhältnisse mit dem Auftreten
von Schlammschädigungen, wie z.B. der Bildung von Schwimmschlamm infolge Denitrifikationsvorgängen,
einstellen können. Die Qualität des aus der Anlage abgezogenen gereinigten Abwassers
kann somit trotz Einsatz eines sauerstoffreichen Gases durch Mit führung von Schlammpartikeln
und durch anaerobe Verhältnisse beeinträchtigt werden. Dazu kommt, daß in der geschlossenen
Begasungszone bedingt durch das als Sauerstoffwechselprodukt der Mikroorganismen
anfallende und sich im Gasraum der Begasungszone sammelnde Kohlendioxid hohe Sauerstoffverluste
sowie pH-Wert-Absenkungen auftreten, so daß insbesondere bei hochkonzentrierten
Abwässern eine Störung der biologischen Vorgänge nicht auszuschließen ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so
auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise die Qualität des gereinigten
Abwassers verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aus Abwasser
und belebtem Schlamm bestehende Flüssigkeit zumindest in der ersten, offenen Begasungszone
mit atmosphärischer Luft und zumindest in der letzten Begasungszone mit einem stärker
als Luft mit Sauerstoff angereicherten
Gas begast wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß
der Abbau von organischen Verunreinigungen und die Oxidation von anorganischen Stickstoffverbindungen
im wesentlichen in getrennten Zonen durchgeführt werden kann und daß der Hauptabbau
der organischen Verunreinigungen in einer mit Luft betriebenen Begasungszone erfolgt,
wobei das durch die Tätigkeit der Mikroorganismen entstehende Kohlendioxid sofort
ausgestrippt wird. In der nachgeschalteten und mit einem sauerstoffreichen Gas betriebenen
Begasungszone können dann beim Restabbau der organischen Verunreinigungen, der in
dieser Zone neben der Oxidation der anorganischen Stickstoffverbindungen abläuft,
nur geringfügige Verdünnungen des sauerstoffhaltigen Gases auftreten, wodurch Verluste
des teuren sauerstoffhaltigen Gases weitgehend vermieden sind. Neben der Vermeidung
von Verlusten wird dabei auch eine Einsparung des teuren sauerstofthaltigen Gases
insofern erzielt, als der Hauptabbau in der ersten Begasungszone mit atmosphärischer
Luft durchgeführt wird und für den Restabbau in der letzten Begasungszone nur geringe
Gasmengen benötigt werden. Darüber hinaus ist durch die Begasung in der letzten
Begasungszone mit einem sauerstoffre chen Gas sichergestellt, daß der aus dieser
Begasungszone abgezogene und zur Nachklärung geleitete Ablauf einen Sauerstoffgehalt
aufweist, der in der Nachklärung die Einhalt-ung aerober Verhältnisse ermöglicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird so vorgegangen,
daß in der ersten Begasungszone ein BSB-Abbau von 60 bis 95 , vorzugsweise von 80
% durchgeführt wird. Auf diese Weise kann-die erste Begasungszone unter hoher Belastung
betrieben werden, während die für die wrreichung des Restabbaus immer erforderliche
niedrige Beladung in der letzten Begasungszone aufrechterhalten wer-
den
kann.
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Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff wird dabei zweckmäßigerweise in
der ersten Begasungszone bei 0,5 bis 6 mg 02/1 und in der letzten Begasungszone
bei 4 bis 15 mg 02/l ge halten.
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Um diesen Sauerstoffgehalt in der letzten Begasungszone ohne allzugroßen
Energieaufwand verwirklichen zu können, sollte das der letzten Begasungszone zugeführte
sauerstoffreiche Gas mindestens 30 Volumenprozent Sauerstoff enthalten.
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Neben der Verwendung von zwei Begasungszonen, wobei die erste mit
Luft und die zweite mit einem sauerstoffreichen Gas begast wird, besteht auch die
Möglichkeit, mehrere Begasungszonen hintereinander zu schalten und dabei zumindest
immer die erste mit Luft und zumindest die letzte mit sauerstoffreichem Gas zu betreiben.
Mit sehr gutem Erfolg läßt sich ein Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise
dann durchführen, wenn in drei Begasungszonen gearbeitet und das Abgas der letzten
und in diesem Fall geschlossenen Begasungszone der zweiten, offen oder geschlossen
ausgebildeten Begasungszone zugeführt wird. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil,
daß der durch den Lufteintrag in der ersten Begasungszone teils im Flussigkeitsgemisch
gelöste, teils an die Schlammflocken gebundene Stickstoff vor der mit sauerstoffreichem
Gas betriebenen letzten Begasungszone mit Hilfe des aus der letzten Begasungszone
in die zweite Begasungszone zugeführten Abgases ausgestrippt wird. Auf diese Weise
kann dann im Flüssigkeitsgemisch in der geschlossenen, mit sauerstoffreichem Gas
betriebenen letzten Begasungszone ohne Schwierigkeit ein hoher Sauerstoffgehalt
eingehalten werden, da der Sauerstoffpartialdruck über dem Flüssigkeitsgemisch aufgrund
des
Fehlens von Stickstoffgasen und aufgrund des Fehlens von Kohlendioxidgasen, die
bereits in der ersten offenen Begasungszone weitgehend ausgestrippt wurden, auf
einen Maximalwert erhöht werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist infolge der guten Reinigungsleistung
bei äußerst wirtschaftlichen Betriebsbedingungen insbesondere für die Reinigung
hochbelasteter Abwässer, wie Abwässer-" aus Tierkörperverwertungsanlagen, geeignet.
Darüber hinaus können mit diesem Verfahren auch Abwässer aus Betrieben, die nur
beschränkte Zeit des Jahres arbeiten, wie z.B. Zuckerfabriken, wirtschaftlich gereinigt
werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfaßt mindestens zwei getrennte, aber untereinander in Verbindung stehende Begasungszonen
mit Zufuhrleitungen für Abwasser und belebten Schlamm sowie Abführleitungen für
behandeltes Abwasser. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest die erste Begasungszone zur Atmosphäre hin offen ausgebildet und mit
Lufteintragseinrichtungen ausgestattet ist und daß zumindest die letzte Begasungszone
eine Zufuhrleitung für ein mehr als Luft mit Sauerstoff angereichertes Gas, sowie
zumindest eine Gaseintragseinrichtung aufweist.
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Mit Vorteil weist dabei die erste Begasungszone ein bis zu 50 mal
größeres Volumen als die letzte Begasungszone auf.
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Damit ist sichergestellt, daß der Hauptabbau der organischen Verunreinigungen
in der ersten Begasungszone durchgeführt werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausfhrungsror der Vorrichtung sind insgesamt
drei Begasungszonen vorhanden, wobei die zweite Begasungszone geschlossen oder offen
ausgeführt ist, die
letzte Begasungszone geschlossen ausgebildet
ist sowie eine Abgasleitung aufweist und die zweite Begasungszone eine an die Abgasleitung
der letzten Begasungszone angeschlossene Gaszufuhrleitung aufweist. Eine solche
Vorrichtung ermöglicht das Ausstrippen von Stickstoffverbindungen vor der mit sauerstoffreichem
Gas betriebenen letzten Begasungszone und damit die Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks
in dieser letzten Begasungszone.
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In der Zeichnung sind zwei AusführungsbeispLeleiner Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt, die nachstehend
näher erläutert werden.
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Es zeigt: Figur 1 eine Abwasserreinigungsanlage mit zwei getrennten,
aber untereinander in Verbindung stehenden Begasungszonen, bei der die erste Begasungszone
mit Luft und die zweite Begasungszone mit einem sauerstoffreichen Gas begast wird;
Figur 2 eine Abwasserreinigungsanlage mit drei Begasungszonen, bei der die erste
Begasungszone mit Luft, die zweite Begasungszone mit dem Abgas der dritten Begasungszone
und die dr-tte Begasungszone mit einem sauerstoffreichen Gas betrieben wird.
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In den Figuren ist die mit Luft betriebene erste Begasungszone mit
1 und die mit dieser in Verbindung stehende, mit sauerstoffreichem Gas betriebene,
letzte Begasungszone mit 2 bezeichnet. An die erste Begasungszone 1 ist ein .<bwasserzulauf
3 für zu behandelndes Wasser angeschlossen, während der Ablauf der letzten Begasungszone
2 mit einem EJach-
klärbecken 4 in Verbindung steht, das seinerseits
einen Ablauf 5 für gereinigtes Abwasser und eine Ableitung 6 für Schlamm aufweist.
Zur Schlammrückführung in die erste Begasungszone 1 ist zwischen der Schlammableitung
6 und dem Abwasserzulauf 3 eine Schlammrückführleitung 7 vorhanden.
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Entsprechend ihren Betriebsweisen ist die erste Begasungszone 1 zur
Atmosphäre hin offen ausgebildet, während die letzte Begasungszone 2 geschlossen
ausgeführt ist. Dabei sorgt in der ersten Begasungszone 1 eine BelüStungseinrichtung
8, die beispielsweise, wie dargestelltaus einem Oberflächenbelüftungskreisel mit
Elektromotor oder aus einer DruckluStzuSuhreinrichtung mit Luftverteiler und Umwälzeinrichtung
bestehen kann, und in der letzten Begasungszone 2 eine an eine nichtdargestellte
Quelle für ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt von wenigstens 30 Vol- angeschlossene
Gaszufuhrleitung 9 mit Regelventil für die notwendige Sauerstoffzufuhr.
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Aufgrund der geschlossenen Ausführung der letzten Begasungszone 2
bildet sich in dieser über der Flüssigkeit eine Sauerstoffatmosphäre. Aus dieser
Sauerstoffatmosphäre wird das über die Gaszufuhrleitung 9 zugeführte sauerstoffreiche
Gas sowie das aus der Flüssigkeit austretende Gas über eine Leitung 10 mit Gebläse
11 abgezogen und zu einem nahe den Boden der 3egasungszone 2 angeordneten Gasverteiler
12 geleitet.
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Das Gebläse 11 wird durch einen nicht abgebildeten Motor angetrieben,
der vorzugsweise eine Regelvorrichtung zur Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit
aufweist. Uber dem Gasverteiler 12 befindet sich eine von einem M tor 13 angetriebene
Rührvorrichtung 14 zur innigen Mischung der in der Begasungszone 2 vorhandenen Stoffe.
Das an Sauerstoff verarmte Abgas wird aus der letzten Begasungszone 2 über eine
Abgasleitung 15 mit Regelventil 16 abgeleitet.
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Anstelle des beschriebenen Belüftungssystems können selbst-
verständlich
auch beliebig andere, geeignete Belüftungssysteme eingesetzt werden. Beispielsweise
könnte die letzte Begasungszone 2 so ausgebildet sein, daß ein Tiefenbegasungssystem
Verwendung finden kann, wobei dann die letzte Begasungszone 2 ebenso zur Atmosphäre
offen sein kann.
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Damit der Hauptabbau der organischen Verunreinigungen in der ersten
Begasungszone 1 durchgeführt wird, weist diese gegenüber der letzten Begasungszone
2 ein bis zu 50 mal größeres Volumen auf. Dabei wird die erste Begasungszone 1 unter
hoher Belastung und die letzte Begasungszone 2 unter niedriger Belastung betrieben,
so daß der Restabbau der organischen Verunreinigungen ungestört in der letzten Begasungszone
2 neben der Oxidation anorganischer Stickstoffverbindungen erfolgt.
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Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff wird in der ersten Begasungszone
1 bei 0,5 bis 6 mg 02/1 und in der letzten Begasungszone 2 bei 4 bis 15mg 02/1 gehalten.
Damit weist der aus der letzten Begasungszone 2 abgezogene und zum Nachklärbecken
4 geleitete Ablauf einen Sauerstoffgehalt auf, der in der Nachklärung die Einhaltung
aerober Verhältnisse ermöglicht.
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Bei der in Figur 2 gezeigten Abwasserreinigungsanlage ist gegenüber
der Abwasserreinigungsanlage gemäß Figur 1 der letzten Begasungszone 2 eine zweite,
offen ausgebildete Begasungszone 2a vorgeschaltet, so daß das Abwasser durch insgesamt
drei Begasungszonen geführt wird. Diese zweite Begasungszone 2a ist ebenso wie die
letzte Begasungszone 2 mit einem nahe dem Beckenboden angeordneten Gasverteiler
18 mit Gaszufuhrleitung 17 sowie mit einer über dem Gasverteiler 18 angeordneten
und von einem Motor 19 angetriebenen Rührvorrichtung 20 ausgestattet. Die Gaszufuhrleitung
17 ist über ein regel- und steuerbares Gebläse 17a an die Abgasleitung 15 der letzten
Begasungszone 2 angeschlossen.
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Damit kann in der zweiten Begasungszone 2a der durch den
Lufteintrag
in der ersten Begasungszone 1 teils im Flüssigkeitsgemisch gelöste, teils an die
Schlammflocken angebundene Stickstoff mit Hilfe des Abgases der letzten Begasungszone
2 ausgestrippt werden, so daß der Sauerstcffpartialdruck in der letzten Begasungszone
2 auf einen Maximalwert gehalten werden kann. Die Menge des der zweiten Begasungszone
2 über das Gebläse 17a zugeführten Strippgases richtet sich dabei zum einen nach
der Menge des auszustrippenden Stickstoffs und zum anderen nach der Abgasabfuhr
aus der letzten Begasungszone 2.
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Nachfolgend sind zwei Versuchsbeispiele angegeben, die sich auf Abwasserreinigungsanlagen
gemäß den Figuren 1 und 2 beziehen.
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In einer halbtechnischen Anlage bestand die erste, offene Begasungszone
aus einem 6 m hohen Behälter mit 2,5 m3 Flüssigkeitsinhalt. Am Boden des Behälters
wurden über eine Verteilvorrichtung 1000 m3/d Druckluft eingeblasen. Die Konzentration
an gelöstem Sauerstoff wurde bei 1,5 mg 02/1 gehalten.
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Dem Behälter wurden 5 m)/d eines organisch hochbelasteten Abwassers
mit einer BSB5-Fracht von 25 kg/d sowie 5 m3,d Rücklaufschlamm zugeführt. Ein typisches
Beispiel eines solchen Abwassers ist z.B. das Abwasser einer Zuckerfabrik.
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Der Überlauf dieses Behälters, bestehend aus teilgereinigtem Abwasser
und Belebtschlamm, wurde einer geschlossenen Begasungszone zugeführt, die aus einem
1,5 m hohen, geschlossenen Behälter mit Durchtritten für Flüssigkeit und Gas bestand.
Von hier wurde der Flüssigkeitsstrom einem Absetzbecken zugeführt, das die Trennung
in Rücklaufschlamm und gereinigtes Wasser bewirkte. Der geschlossenen Begasungszone
5 wurden 3 m)/d reiner Sauerstoff zugeführt, davon 1,9 m3/d mittels Kreiselbelüfter
gelöst, während in einem Abgasstrom 1,1 m3/d enthaltener Sauerstoff entnommen wurde.
Die K>nzentration an gelöstem Sauerstoff wurde bei 10 mg 02/1 gehalten.
Durch
Messung der Sauerstoffzehrungsgeschwindigkeit wurde festgestellt, daß in der ersten,
offenen Begasungszone 20,5 kg/d Sauerstoff und in der zweiten, geschlossenen Begasungszone
2,5 kg/d Sauerstoff verbraucht wurden. Dies bedeutet, da in der ersten Begasungszone
der oxidative Abbau 89 ß und in der zweiten Begasungszone 11 ~# des Gesamtabbaus
betrug.
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Der Gesamtabbau erreichte 99,5 LM gemessen an BSB5.
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Bei dem zweiten ersuchsbeispiel konnten durch Zwischenschalten einer
weiteren Begasungszone mit 0.1 m3 Inhalt zwischen die beiden vorstehend beschriebenen
Begasungszonen und Eintragen des Abgasstromes aus der letzten Begasungszone in die
flüssige Phase dieser zwischengeschalteten Begasungszone am Belebtschlamm haftende
Luftbläschen soweit ausgestrippt werden, daß im Abgasstrom der letzten Begasungszone
nur noch 0,3 m3/d enthaltener Sauerstoff entnommen werden mußte.