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Verfahren zum Reinigen von Abwasser im Belebt-
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schlammverfahren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen
von Abwasser im Belebtschlammverfahren, bei dem Stickstoffverbindungen aus BSB-haltigem
Abwasser durch Nitrifikation und anschließende Denitrifikation unter Bildung eines
gereinigten abgehenden Stromes beseitigt werden, wobei vorzugsweise gleichzeitig
auch eine Beseitigung von Phosphorverbindungen erfolgt.
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Der typische Abwasserstrom enthält sowohl Kohlenstoffverbindungen
als auch Stickstoffverbindungen (im allgemeinen vorliegend als NH4+), die einen
Sauerstoffbedarf darstellen, der als BSB5 bzw. BSB20 gemessen wird. In vielen Gebieten
ist es zur Erfüllung von die Wasserverunreinigung regelnden gesetzlichen Bestimmungen
notwendig, daß bei der Abwasserbehandlung zusätzlich zu der normalen Verminderung
von Kohlenstoffverbindungen und suspendierten Feststoffen sowohl
Stickstoff
als auch Phosphor beseitigt wird. Phosphor- und stickstoffhaltige Verbindungen stellen
wesentliche Nährstoffe für das Zellenwachstum dar. Infolgedessen führt ihre dauernde
Freisetzung in natürliche Vorfluter zu einer fortschreitenden DUngung und Eutrophierung.
Es kommt zu einer übermäßigen Entfaltung der Wasservegetation, die das Leben im
Wasser gefährdet und eine allmähliche Verschlechterung der Wassergüte und des Aussehens
des Wassers verursacht. Weil das Wachstum einer solchen Wasservegetation von der
Verfügbarkeit der Nährstoffe abhängt, wUrde ein solches unerwUnschtes Wachstum durch
eine Verminderung der Gehalte an Phosphor- und Stickstoffverbindungen eingeschränkt.
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Gängige Verfahren zur Beseitigung von Ammoniak-Stickstoff aus Abwasser
arbeiten mit Ammoniakstrippen mittels Luft, Chlorung bis zum Knickpunkt, Ionenaustausch
und biologischer blitrifikation. Das Ammoniakstrippen kann brauchbar sein, wenn
die Behandlungsvolumen klein und die Ammoniakkonzentrationen hoch sind. Die meisten
Abwasseranwendungen lassen sich jedoch generell dadurch kennzeichnen, daß die Behandlung
von großen FlUssigkeitsvolumen (z.B. Millionen Liter pro Tag) mit niedrigen Ammoniakkonzentrationen
notwendig ist. Infolgedessen wird das Ammoniakstrippen als Verfahren zum Beseitigen
von Ammoniak-Stickstoff aus Abwasser nicht in größerem Umfang praktisch eingesetzt.
Die Chlorung bis zum Knickpunkt ist wegen der großen Behandlungsvolumen und der
mit der Chlorung
verbundenen möglichen Gefahren gleichfalls unbefriedigend.
Zusätzliche Nachteile ergeben sich daraus, daß eine exakte pH-Steuerung notwendig
wird, daß hohe Kosten für Chemikalien entstehen und daß unter Umständen Chloramine
gebildet werden, die für das Leben im Wasser schädlich sind. In ähnlicher Weise
hat auch der Ionenaustausch keine verbreitete Beachtung gefunden, weil im Falle
von Abwasserbehandlungssystemen große Mengen an Regenerationsmitteln erforderlich
werden und weil hohe Kosten dadurch auftreten, daß das Ionenaustauschmedium ständig
ersetzt werden muß. Das einzige Ammoniak-Stickstoff-Beseitigungsverfahren, das auf
dem Gebiet der Abwasserbehandlung weite Verbreitung gefunden hat, ist die biologische
Nitrifikation.
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Bei dem bekannten Belebtschlammverfahren wird kommunales Abwasser,
industrielles Abwasser oder eine Kombination beider Abwasserarten mit Luft oder
einem anderen sauerstoffhaltigen Gas in der Gegenwart der Mikroorganismen (im folgenden
als "Bakterien" bezeichnet) behandelt, die von dem belebten Rücklaufschlamm bereitgestellt
werden, um einen Abbau von organischen, biologisch abbaufähigen Stoffen herbeizuführen.
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Im Anschluß an eine solche oxidierende, in einer oder mehreren Stufen
durchgeführte Behandlung wird die Mischflüssigkeit in eine Feststoffkonzentrationszone,
d.h. ein Absetz- oder Klärbecken, eingeleitet, von wo ein Teil der abgesetzten Feststoffe
zurückgeleitet wird, um den belebten Schlamm bereitzustellen,
der
die Bakterien enthält, welche die in dem Abwasser enthaltenen organischen Stoffe
(BSB) aufzehren und abbauen. Die überstehende Flüssigkeit des Absetz- oder Klärbeckens
wird zu Vorflutern zurückgeführt, im allgemeinen nachdem eine weitere Reinigungs-
oder Desinfektionsbehandlung stattgefunden hat. Während frühere kommerzielle Belebtschlammanlagen
Luft verwenden, um den Sauerstoff bereitzustellen, der zur Aufrechterhaltung der
metabolischen Funktion der Bakterien notwendig ist, wird bei jüngeren kommerziellen
Anlagen in einer oder mehreren Oxidationsstufen ein Belüftungsgas benutzt, das einen
höheren Sauerstoffgehalt als die 21 % hat, die sich bei atmosphärischer Luft finden.
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Eine biologische Nitrifikation eignet sich für eine Abwasserbehandlung
in erster Linie wegen der einfachen Anpassungsfähigkeit an das konventionelle Belebtschlamm-Abwasserbehandlungssystem.
Außerdem haben erhebliche Entwicklungsarbeiten hinsichtlich der Kinetik von autotrophen,
Ammoniak oxidierenden Bakterien die Ungewißheit wesentlich verringert, die vormals
bei der Auslegung von biologischen Nitrifikotionssystemen vorlag, die mit einem
oder mit zwei Schlammströmen arbeiten. Eine biologische Nitrifikation allein löst
jedoch nicht die Probleme der Stickstoffverschmutzung; sie beseitigt nur den Sauerstoffbedarf,
der durch Ammoniak veranlaßt ist. Nitrate, die in dem Abwasser nach der Umwandlung
von Ammoniak durch die Nitrosomonas- und Nitrobakter-Bakterien verbleiben, werden
jetzt
zusammen mit den Nitrit-Zwischenprodukten als weitere Hauptquellen der Stickstoffverunreinigung
erkannt. Diese Stickstoffverbindungen dürften auch zu der-überdungung und Algenverseuchung
der Vorfluter führen. Außerdem wird angenommen, daß Nitrite, wenn sie in übermäßigen
Mengen im Trinkwasser vorliegen, zusammen mit in der menschlichen Nahrung vorhandenen
Aminen korzinogene Nitrosamine bilden. Sowohl Nitrate als auch Nitrite wurden, sofern
sie in übermässigen Konzentrationen vorliegen, mit der Methämaglobinämie von jungen
Babies in Verbindung gebracht. Infolgedessen werden erhebliche Anstrengungen unternommen,
neue Prozesse zu entwickeln, die eine wirkungsvolle Beseitigung aller Schmutzstoffe
in Form von Stickstoffverbindungen erlauben.
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Im Abwasser vorhandene Nitrate und Nitrite werden typischerweise durch
biologische Denitrifikation beseitigt. Weit verbreitete heterotrophe Bakterien sind
in der Gegenwart einer Quelle von organischem Kohlenstoff und in einer an Sauerstoff
verarmten Umgebung in der Lage, Nitrat-Stickstoff und Nitrit-Stickstoff im wesentlichen
zu elementarem Stickstoff und Stickoxydul zu reduzieren, die dann als Gase freigesetzt
werden. Bis in jüngste Zeit wurde Methanol als geeignete Quelle für organischen
Kohlenstoff angesehen. Es wurden jedoch auch neue Prozesse entwickelt, die mit anderen
Kohlenstoffquellen arbeiten, einschließlich des im Abwasser selbst vorhandenen BSB.
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Weil bisher davon ausgegangen wurde, daß es für eine vollständige
Denitrifikation notwendig ist, die Gesamtmenge an löslichen Nitriten und Nitraten
mit den denitrifizierenden Bakterien in einer an Sauerstoff verarmten Umgebung in
Kontakt zu bringen, führen bisher verfügbare biologische Nitrifikations-Denitrifikations-Systeme
durchweg die Denitrifikationsfunktion an einem Strom aus, dessen Größe ähnlich derjenigen
des Rohabwasserstromes ist oder diese sogar übertrifft. Infolgedessen sind solche
Behandlungssysteme wirtschaftlich nachteilig, weil große Behandlungsbehälter für
die Denitrifikationsfunktion notwendig sind.
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Die meisten weitverbreiteten bekannten biologischen Nitrifikations-Denitrifikations-Systeme
sind sogenannte Zwei- oder Drei-Schlammsysteme. Das Zwei-Schlammsystem weist eine
erste Stufe, in der eine kombinierte Kohlenstoff- und Stickstoff-Sauerstoffbedarfsbeseitigung
(Nitrifikation) erfolgt, und eine zweite Stufe auf, innerhalb deren eine Denitrifikation
stattfindet. Das Drei-Schlammsystem arbeitet mit einer ersten Stufe für die Kohlenstoffbeseitigung,
einer zweiten Stufe für die Stickstoff-Sauerstoffbedarfsbeseitigung (Nitrifikction)
und einer dritten Stufe für die Denitrifikation. Jede Stufe ist gekennzeichnet durch
einen ersten Behandlungsbehälter, und zwar eine Belüftungszone im Falle der Kohlenstoff-
und Stickstoff-Sauerstoffbedarfsbeseitigung und eine anaerobe Zone im Falle der
Denitrifikation, an die sich eine
klärbeckenartige Feststoffkonzentrationszone
anschließt, um die belebten Feststoffe für die Rückführung zu den vorhergehenden
Zonen zurückzugewinnen. Die mit dieser Art der Behandlung verbundenen Nachteile
liegen in den großen Investitionskosten für die mehrfachen Behandlungs und Klärzonen
sowie in den großen Chemikalienkosten, die durch die Nährstoffzugabe (z.B.
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normalerweise Methanol) zu der anaeroben Denitrifikationszone verursacht
werden.
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Um diese Mängel auszuräumen, wurden Verfahren entwickelt, bei denen
eine anaerobe Denitrifikationszone in dem Hauptabwssserstrom vor der Klärzone liegt,
die zur Gewinnung des Schlamms für die Nitrifikation vorgesehen ist. Diese Art von
Behandlungssystem vermeidet sowohl das Erfordernis einer zusätzlichen Klärzone als
auch die Notwendigkeit einer Nährstoffzugabe (z.B. Methanol), weil jetzt ein Teil
der organischen Kohlenstofffraktion des Rohabwassers als die Kohlenstoffquelle ausgenutzt
wird. Zwei Beispiele für solche Verfahren sind in der US-PS 3 964 998 (Barnard)
und der US-PS 3 994 802 (Casey at al) beschrieben. Bei dem Barnard-Verfahren wird
der ankommende Abwasserstrom einer ersten anaeroben (anoxischen) Zone, einer aeroben
Zone, einer zweiten anaeroben (anoxischen) Zone und dann einer Klärzone ausgesetzt,
um einen belebten Schlamm zu gewinnen. Der belebte Schlamm wird zurückgeleitet,
um mit dem ankommenden Abwasser gemischt zu werden, bevor dieses der ersten anaeroben
(anoxischen) Zone
zugeht. Außerdem wird mindestens ein größerer
Teil der die aerobe Zone verlassenden Mischflüssigkeit gleichfalls zurückgeführt,
um mit dem ankommenden Abwasser gemischt zu werden.
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Bei dem Casey-Verfahren wird dagegen das ankommende Abwasser einer
ersten aeroben (oxischen) Zone, einer anaeroben (anoxischen) Zone, einer zweiten
aeroben (oxischen) Zone und einer Klärzone ausgesetzt, um einen belebten Schlamm
zu gewinnen. Der belebte Schlamm wird zurückgeleitet, um mit dem ankommenden Abwasser
in der ersten aeroben Zone gemischt zu werden. Mischflüssigkeit, welche eine aerobe
(oxische) Zone verläßt, wird zu einer vorangehenden anaeroben (anoxischen) Zone
zurückgeführt.
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Bei beiden diesen Behandlungssystemen wird der gesamte Abwasserstrom,
zusätzlich zu einem großen Rückloufstrom, der Denitrifikation unterworfen. Infolgedessen
sind große Behandlungsvolumen notwendig, die große Kapitalinvestitionen bedingen.
Diese wirtschaftlichen Nachteile stehen den günstigen Ergebnissen dieser Gesamtbehandlungssysteme
entgegen.
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Neben Stickstoffverbindungen enthalten viele Abwasserströme auch hohe
Gehalte an Phosphorverschmutzungen. Ein Beschränkung der Behandlung allein auf die
Beseitigung von Stickstoff unter Vernachlässigung einer Phosphorbeseitigung, kann
in vielen Fällen kurzsichtig sein. Phosphor stellt, genauso wie Stickstoff, einen
wesentlichen Nährstoff für Zellenwochstum
dar. Seine ständige Freisetzung
in natürliche Vorfluter führt gleichfalls zu einer allmählichen Eutrophierung. Wenn
für eine biologische Nitrifikation-Denitrifikation gesorgt wurde, war es üblich,
Phosphor durch eine chemische Behandlung zu beseitigen. Zu den normalerweise angewendeten
Verfahren gehören eine Vorbehandlung durch Ausfällen und eine Beseitigung stromaufwärts
von dem Belebtschlammsystem sowie eine Nachbehandlung durch Ausfällen und Beseitigung
stromabwärts von dem Belebtschlammsystem. Eine dritte Lösung, bei der eine kombinierte
Behandlung durch Ausfällen und Beseitigen innerhalb des Belebtschlammsystems selbst
erfolgt, wird normalerweise bei einer biologischen Nitrifikation nicht angewendet,
weil der notwendige zusätzliche Feststoffverbrauch nicht nur die Kolonie der Kohlenstoffverbindungen
verzehrenden Bakterien verringert sondern auch das Wachstum der Ammoniak oxidierenden
Bakterien ernsthaft beeinträchtigt oder ganz zum Erliegen bringt. Es ist bekannt,
daß die Wachstumsrate von Ammoniak oxidierenden Bakterien wesentlich kleiner als
die von Kohlenstoff verzehrenden Bakterien ist.
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Chemische Verfahren zur Phosphorbeseitigung sind zwar wirkungsvoll;
sie erwiesen sich jedoch als kostspielig. Es müssen dabei große Volumen an Flüssigkeit
mit niedrigem Phosphorgehalt behandelt werden, was massive Dosen an chemischen Fällungsmitteln
notwendig macht. Die damit einhergehende Erzeugung
von großen
Volumen an chemischem Schlamm stellt ein zusätzliches Beseitigungsproblem dar.
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Andererseits wurde die kombinierte biologische Beseitigung von Phosphor
und Stickstoff nicht in größerem Umfang praktisch angewendet. Aus der US-PS 3 654
147 (Levin et al) ist ein solches kombiniertes Behandlungssystem bekannt. Bei dem
Levin-Verfahren wird einströmendes Abwasser mit Rücklaufschlamm unter Bildung einer
Mischflüssigkeit gemischt und in ausreichendem Maße belüftet, um den BSB-Gehalt
des Abwassers zu vermindern, in dem Abwasser vorhandenes Ammoniak in Nitrat umzusetzen
und vorhandene Organismen zu veranlassen, Phosphate aufzunehmen, die in einer die
Wachstumsanforderungen der Organismen übertreffenden Menge vorhanden sind.
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Bei einer Ausfuhrungsform wird die Mischflussigkeit dann einem Denitrifikationsspeicherbehälter
zugeführt, wo sie unter anaeroben oder teilweise aeroben Bedingungen für eine Zeitdauer
gehalten wird, die dafür ausreicht, daß denitrifizierende Bakterien den Nitratgehalt
abbauen. Die Denitrifikationsbakterien setzen durch ihre Respiration den Nitratgehalt
herab und geben Gase wie elementaren Stickstoff und Stickoxydul frei. Die denitrifizierte
Mischflüssigkeit wird dann erneut belüftet, um die Schlammbakterien zu veranlassen,
Phosphate aufzunehmen, die während der Denitrifikationsstufe freigesetzt wurden.
Anschließend wird die Mischflüssigkeit einem Absetzbecken zugeführt, wo ein an Stickstoff
verarmter,
phosphat reicher Schlamm von einem an Stickstoff und
an Phosphat verarmtem abgehendem Strom abgetrennt wird.
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Der phosphatreiche Schlamm geht dann zu einer Phosphatstrip perzone,
wo er derart behandelt wird, beispielsweise indem der Schlamm unter anaeroben Bedingungen
gehalten wird, daß intrazelluläre Phosphate aus dem Schlamm in die umgebende flüssige
Phase übergehen. Beim Absetzen des Schlamms wird eine phosphatreiche überstehende
Flüssigkeit erzeugt, die von dem an Phosphat und an Stickstoff verarmtem Schlamm
abgetrennt wird. Die phosphatreiche Flüssigkeit wird dann einer Ausfällungszone
zugeleitet, wo Phosphate durch chemische Behandlung beseitigt werden, während der
an Phosphat und an Stickstoff verarmte Schlamm zu der Belüftungszone als belebter
Schlamm zurückgeführt wird.
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Das Levin-Verfahren vermeidet auf wirkungsvolle Weise gewisse Probleme
von konventionellen biologischen Nitrifikations- und chemischen Phosphorbeseitigungssystemen.
Insbesondere sind die Betriebskosten, die mit dem chemischen Fällungsmittel für
die Phosphorbeseitigung verbunden sind, und die Menge des erzeugten chemischen Schlammes
wesentlich vermindert, weil ein beträchtlich kleineres Flüssigkeitsvolumen für die
Phosphat beseitigung behandelt wird. Weil diese Verbesserung jedoch auf Kosten des
zusätzlichen Aufwandes einer WiederbelUftungszone geht, die notwendig ist, um Phosphatverluste
in dem abgehenden
Strom zu vermeiden, ist das Levin-Verfahren
nicht voll befriedigend. Außerdem wird ebenso wie bei den zuvor diskutierten Nitrifikations-Denitrifikations-Prozessen
auch im Falle des Levin-Verfahrens der gesamte Abwasserstrom plus dem Rücklaufschlamm
einer gesonderten Denitrifikation unterzogen. Dies führt zu zusätzlichen Kosten
bei einem bereits kostspieligen System.
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Entsprechend einer anderen Ausführungsform versuchen Levin et al beide
diese Mängel zu vermeiden, indem die oxygenierte Flüssigkeit von der belüftungszone
unmittelbar zu dem Absetzbehälter geleitet wird. Diese Absetzstufe übernimmt auch
die Denitrifikationsfunktion, so daß das zusätzliche Volumen eines Denitrifikationsspeicherbehälters
und des Wiederbelüftungsbehälters beseitigt sind. Es zeigte sich jedoch, daß es
nicht möglich ist, die Flüssigkeitsverweildauer in dem Absetzbehälter genau zu beherrschen,
so daß eine Denitrifikation mit geringem Löslichmachen von Phosphat eintritt.
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Schwankungen der zugeführten Abwasserdurchflußmenge und der Umweltbedingungen
haben häufig hohe Phosphorkonzentrationen in dem abgehenden Strom zur Folge. Der
Denitrifikationsprozeß, der mit der Erzeugung von Gasen, wie elementarem Stickstoff
und Stickoxydul, verbunden ist, bewirkt auch, daß Schlammfeststoffe in dem Absetzbehälter
zu der Oberfläche hochgesctnwemmt werden, wodurch der Schwebstoffgehalt im abgehenden
Strom ansteigt. Derartige Feststoffverluste behindern
die Nitrifikation
in der Begasungszone oder bringen diese in Extremfällen ganz zum Erliegen. Zu diesem
Effekt kommt es, weil Ammoniak oxidierende Bakterien von Hause aus langsam wachsen
und weil Verluste an dieser nitrifizierenden Bakterienkolonie in den abgehenden
Wasserstrom die erforderliche Population in ünerwünschter Weise einschränken.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Belebtschlammverfahren
für die Nitrifikation :-Denitrifikation von Abwasser zu schaffen, das mit vermindertem
Tankraum und geringerem Energieverbrauch auskommt. Es soll ein integriertes Verfahren
für die biologische Beseitigung von Phosphaten und Stickstoffverbindungen geschaffen
werden, das nur relativ kleine Behälter notwendig macht und mit wenig Energie auskommt.
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Die Erfindung betrifft ein Belebtschlamm-Abwasserbehandlungsverfahren
zur Beseitigung von Stickstoffverbindungen durch Nitrifikation und Denitrifikation.
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Bei dem Belebtschlammverfahren nach der Erfindung wird ein Sti-ckstoffverbindungen
enthaltendes Abwasser in einer oxischen Zone in der Gegenwart von Kohlenstoffverbindungen
mit sauerstoffhaltigem Gas und belebtem Schlamm, der Kohlenstoff verzehrende und
Stickstoff oxidierende Bakterien enthält, fur eine ausreichende Dauer gemischt,
um die Stickstoffverbindungen
zu nitrifizieren und eine nitrifizierte,
oxygenierte Mischflüssigkeit zu bilden, die aus der oxischen Zone ausgetragen und
einer gesonderten Zone zwecks Konzentration von Feststoffen aus der Flüssigkeit
zugeleitet wird, wobei mindestens ein größerer Teil der konzentrierten Feststoffe
zu der oxischen Zone als der belebte Schlamm derart zurückgeleitet wird, daß die
Gesamtverweildauer der Feststoffe mindestens zwei Tage beträgt.
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Erfindungsgemäß wird ein nitrifiziertes, oxygeniertes Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
abgezogen und in eine anoxische Zone in einer Volumendurchflußmenge eingeleitet,
die kleiner als die Hälfte der Volumendurchflußmenge der in die Feststoffkonzentrationszone
eintretenden, nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit ist. Vorzugsweise umfaßt
das nitrifizierte, oxygenierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch, das in die anoxische
Zone eingeleitet wird, einen Teil der in der Feststoffkonzentrationszone gewonnenen
konzentrierten Feststoffe. Vorzugsweise macht ferner dieses FlUssigkeits-Feststoff-Gemisch
nur zwischen 5 und 25 % der Volumendurchflußmenge der in die Feststoffkonzentrationszone
einströmenden , nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit aus, weil eine solche
Prozeßfuhrung in den meisten Fällen ausreicht, um eine Denitrifikation von über
70 % zu erzielen.
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Das nitrifizierte, oxygenierte FlUssigkeits-Feststoff-Gemisch wird
in der anoxischen Zone für eine zwischen 0,4 und
36 Stunden liegende
und für ein Denitrifizieren des Flüssigkeits-Feststoff-Gemisches und die Bildung
von stickstoffhaltigem Gas ausreichende Zeitspanne unter anoxischen Bedingungen
gehalten. Das stickstoffhaltige Gas wird aus der anoxischen Zone freigesetzt. Das
denitrifizierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch wird zu der oxischen Zone zurückgeführt.
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Unter dem Begriff oxische Zone" soll vor liegend eine biochemische
Oxidationszone verstanden werden, in welcher die Sauerstoffkonzentration in dem
über der Flüssigkeit stehenden Gas mindestens etwa 160 mm Hg (entsprechend Luft
von Atmosphärendruck) beträgt, während die Konzentration an gelöstem Sauerstoff
in der Flüssigkeit oder der biochemisch oxidierbares Material und Bakterien enthaltenden
Mischflüssigkeit mehr als etwa 0,3 mg/l und vorzugsweise mindestens 2 mg/l beträgt.
Unter dem Begriff "anoxische Zone soll vorliegend eine -Zone verstanden werden,
in welcher die Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Flüssigkeit (oder Mischflüssigkeit)
weniger als etwa 0,3 mg/l und vorzugsweise weniger als etwa 0,2 mg/l beträgt, so
daß Nitrate und Nitratverbindungen durch heierotrophe denitrifizierende Bakterien
zu Gasen, beispielsweise elementarem Stickstoff und, Stickoxydul, reduziert werden.
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Es wurde unerwarteterweise festgestellt, daß bemerkenswert hohe Denitrifikationswerte
erreicht werden, wenn nur ein kleiner Bruchteil des nitrifizierten, oxygenierten
(mit Sauerstoff
angereicherten) Flussigkeits-Feststoff-Gemischs
in der anoxischen Zone behandelt wird, und zwar in jedem Fall eine Menge, die weniger
als der Hälfte der Volumendurchflußmenge der nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit
entspricht, welche in die Feststoffkonzentrationszone einströmt. Die gesamte prozentuale
Denitrifikation übertrifft die prozentuale Denitrifikation bei weitem, die der Denitrifikation
des der anoxischen Zone zugeführten nitrifizierten, oxygenierten FlUssigkeits-Feststoff-Gemisches
zugeschrieben werden kann; tatsächlich ist sie ein Vielfaches dieses Wertes. Beispielsweise
nahm im Rahmen eines typischen, über einen Zeitraum von zwei Wochen durchgeführten
Versuchs die anoxische Zone einen Rücklaufschlammstrom mit einer Durchflußmenge
von etwa 10 QÓ der in das Klärbecken einströmenden, oxygenierten Flüssigkeit auf
(d.h. nur 10 % der Nitrate und Nitrite gelangen in das Klärbecken). Gleichwohl wurde
eine etwa 73 %ige Denitrifikation erreicht.
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Die Gründe für dieses bemerkenswerte Betriebsverhalten sind nicht
voll geklärt. Es wird jedoch angenommen, daß bei der praktischen Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens eine Kultur von Bakterien gebildet wird, die Nitrat
gegenüber Sauerstoff als endgültigen Elektronenakzeptor im Verlauf des Respirationsprozesses
bevorzugt. Infolgedessen wird die Denitrifikationsfunktion aus der anoxischen Zone
herausgetragen und in der oxischen Zone fortgesetzt, zu welcher das denitrifizierte
Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
zurückgeführt wird.
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Die hohe Sauerstoffaufnohmerate, die in dem anfänglichen Teil der
oxischen Zone vorherrscht, scheint die Fortsetzung der Denitrifikation zu unterstützen.
Äuf diese Weise wird das kombinierte Volumen sowohl der oxischen als auch der anoxischen
Zonen für die Denitrifikation des Abwassers ausgenutzt.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird in einem Belebtschlammsystem
durchgeführt, bei welchem die mittlere GesamtverweiI-dauer der Feststoffe mindestens
zwei Tage beträgt. Dies ist notwendig, um eine geeignete Population an Stickstoff
oxidierenden Bakterien (Nitrifikation bewirkenden Mikroorganismen) für die Nitrifiketion
aufrechtzuerhalten. Es versteht sich, daß die mittlere Gesamtverweildauer der Feststoffe
von der Behandlungstemperatur beeinflußt wird, wobei in kälteren Zonen längere Dauern
erforderlich sind, so daß in manchen Fällen mittlere Feststoffgesamtverweildauern
von bis zu 40 Tagen notwendig werden können.
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Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird das nitrifizierte, oxygenierte
FiUssigkeits-Feststoff-Gemisch abgezogen und in eine anoxische Zone in einer Volumendurchflußmenge
eingeleitet, die kleiner als die Hälfte der Valumendurchflußmenge der in die Feststoffkonzentrationszone
eintretenden nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit ist. Höhere Volumendurchflußmengen
liegen
außerhalb des Rahmens der Erfindung, weil der geringfugigen weiteren Steigerung
der Denitrifikation der wirtschaftliche Nachteil von größerem Behälterfassungsvermögen,
größeren Verbindungsleitungen und gesteigertem Pumpbedarf gegenübersteht. Das nitrifizierte,
oxygenierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch kann beispielsweise ein Teil der Feststoffe
von der Feststoffkonzentrationszone sein, beispielsweise in Form von belebtem Schlamm
(Unterstrom) von einem Klärbecken. Entsprechend einer abgewandelten Ausrührungsform
handelt es sich bei dem abgezogenen, nitrifizierten, oxygenierten Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
um einen Teil der nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit, die aus der oxischen
Zone stromaufwärts von der Feststoffkonzentrationszone ausgetragen wird.
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Das nitrifizierte, oxygenierte FlUssigkeits-Feststoff-Gernisch wird
in der anoxischen Zone für eine Zeitspanne zwischen 0,4 und 36 Stunden gehalten.
Der untere Grenzwert beruht auf einem Mindestzeitbedarf für eine Denitrifikation
bis zu einem erheblichen Umfang, während der obere Grenzwert einen septischen Zustand
mit wesentlicher H2S-Erzeugung vermeiden soll.
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Außerdem führen übermäßig lange Verweildauern in der anoxischen Zone
nicht zu einer nennenswerten Verbesserung der prozentualen Denitrifikation; sie
erfordern übermäßig große Behälter. Falls zusammen mit der Denitrifikation keine
Phosphorbeseitigung in einem einzelnen Behälter erfolgt, liegt die
Verweildauer
in der anoxischen Zone unter 24 Stunden sowie vorzugsweise zwischen 2 und 10 Stunden.
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Wenn das Abwasser zusätzlich Phosphor-Verunreinigungen enthält, die
beseitigt werden sollen, wird das Abwasser in der oxischen Zone für eine Kontaktdauer
von mindestens 0,5 Stunden gehalten, die ausreicht, damit die Bakterien Phosphat
aufnehmen. Mit Phosphat angereicherte, konzentrierte Feststoffe werden in der Zone
gebildet. Die mit Phosphat angereicherten, konzentrierten Feststoffe werden in der
Feststoffkonzentrationszone gewonnen. Mindestens ein Teil dieser Stoffe wird abgezogen
und in die anoxische Zone als das nitrifizierte, oxygenierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
eingeleitet. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei
dem in der anoxischen Zone gebildeten, denitrifizierten Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
um einen mit Phosphat angereicherten Schlamm. Mindestens ein Teil dieses Schlammes
wird einer Phosphatstripperzone zur Bildung von an Phosphat verarmtem, denitrifiziertem
Schlamm und mit Phosphat angereicherter Flüssigkeit zugeleitet. Der an Phosphat
verarmte, denitrifizierte Schlamm wird der oxischen Zone als mindestens ein Teil
des zurückgeführten, denitrifizierten Flüssigkeits-Feststoff-Gemischs zugeleitet.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von bevorzugten AusfUhrungsbeispielen
näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen
zeigen: Fig.
1 ein Fließschema einer zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens geeigneten
Anlage mit einer anoxischen Denitrifikationszone zur Behandlung eines konzentrierten
Anteils an belebtem Schlamm als dem abgezogenen, nitrifizierten, oxygenierten Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch,
Fig. 2 ein Fließschema ähnlich Fig. 1 mit zusätzlichen Anlagenteilen zur Beseitigung
von Phosphorverbindungen unter Verwendung eines gesonderten Stripperbehälters, Fig.
3 ein schematisches Fließschema eines einzelnen Behälters, der sowohl für eine Denitrifikation
als auch für eine Phosphorbeseitigung herangezogen wird, Fig. 4 ein schematisches
Fließschema einer Anlage zur Durchführung einer
zweistufigen Kohlenstoffbeseitigung
und Nitrifikation, wobei eine anoxische Denitrifikation und ein Phosphorstrippen
in gesonderten Behältern vorgenommen werden, die mit der Nitrifikationszone verbunden
sind, Fig. 5 ein schematisches Fließschema einer Anlage ähnlich Fig. 1, bei der
jedoch nitrifizierte, oxygenierte Mischflüssigkeit als das abgezogene nitrifizierte,
oxygenierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch verwendet wird, und Fig. 6 ein schematisches
Fließschema einer Anlage, bei welcher das abgezogene, nitrifizierte, oxygenierte
Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch von einem Teil des kontaktstabilisierten, belebten
Schlammes gebildet wird.
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Fig. 1 zeigt eine einstufige Nitrifikations-Denitrifikations-Belebungsanlage,
die nach dem vorliegenden Verfahren arbeitet.
Rohabwasser, das
zuvor in konventioneller Weise gesiebt, von Kies befreit und über ein Vorklärbecken
geleitet sein kann, wird mit von Leitungen 24 und 25 kommendem Rückloufschlamm gemischt
und über eine Leitung 10 in einen Belüftungsbehälter 11 eingeführt, der die oxische
Zone bildet.
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Ein mit Sauerstoff angereichertes Gas, beispielsweise Luft, wird über
eine Leitung 12 und eine Diffusionseinrichtung 13 in bekannter Weise in den Behälter
11 eingespeist. In dem Belüftungsbehälter 11 werden das Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen
enthaltende Abwasser und belebter Schlamm für eine ausreichende Zeitdauer belüftet,
um die Kohlenstoffverbindungen biochemisch zu oxidieren und in dem einströmenden
Abwasser vorhandenes Ammoniak im wesentlichen in Nitrat umzuwandeln. Nachdem die
Belüftung abgeschlossen ist, wird die nitrifizierte, oxygenierte (mit Sauerstoff
angereicherte) Mischflüssigkeit über eine Leitung 14 in ein Klärbecken 15 geleitet,
das die Feststoffkonzentrationszone darstellt. In dem Klärbecken 15 wird unter dem
Einfluß der Schwerkraft ein belebter Schlamm von der oxygenierten Mlschflussigkeit
abgetrennt. Ein abgehender Strom, der an Nitrat und Ammoniak wesentlich verarmt
ist, wird über eine Leitung 16 ausgetragen, um in konventioneller Weise abgeführt
zu werden.
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Der im Klärbecken 15 abgesetzte belebte Schlamm wird von dort übor
eine Leitung 17 als das nitrifizierte, oxygenierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
abgezogen. Ein Teil dieses Schlamms
kann über die Leitung 25 geführt
und mit dem einströmenden Abwasser in der Leitung 10 gemischt werden, während ein
anderer Teil über eine Leitung 19 aus dem System abgeführt werden kann. Der restliche
Teil gelangt über eine Leitung 20 an einen Denitrifikationsspeicherbehälter 21,
der die anoxische Zone darstellt. Die Durchflußmenge in der Leitung 20 ist kleiner
als die Hälfte der Durchflußmenge der nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit
in der Leitung 14; sie liegt vorzugsweise zwischen 5 und 25 % dieses Wertes. Der
bevorzugte untere Grenzwert von 5 % beruht auf dem Grenzwert von Feststoffkonzentrationssystemen,
während der bevorzugte obere Grenzwert von 25 % darauf basiert, daß in wirtschaftlich
nachteiliger Weise größere Anlagen vorgesehen werden müssen und höhere Energiekosten
anfallen, um einen relativ kleinen weiteren Anstieg der prozentualen Denitrifikation
zu errei-Zonen. In dem Denitrifikationsspeicherbehälter 21 wird der Schlamm unter
solchen Bedingungen gehalten, daß unzureichend Sauerstoff vorhanden ist, um den
Bedarf der in dem Schlamm vorliegenden Bakterien zu erfüllen; d.h., es herrschen
dort anaerobe oder nur teilaerobe Bedingungen. Diese Bakterien setzen die Respiration
durch Verminderung des Nitratgehalts des Schlammes fort. Gase, beispielsweise elementarer
Stickstoff und Stickoxydul, werden in dem Behälter 21 gebildet; sie verlassen das
System über eine Entlüftung 23. Nach einer Verweildauer von 0,4 bis 36 Stunden wird
aus dem Denitrifikationsspeicherbehälter ein an Nitrat verarmter Schlamm abgezogen,
der über die Leitung 24 geht und den restlichen Teil des
oben erwähnten
belebten Schlamms bildet.
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Fig. 2 zeigt eine weitere einstufige Nitrifikations-Denitrifikations-Belebungsanlage,
die sich zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens eignet. Bei dieser Ausführungsform
wird zusätzlich zu der biologischen Nitrifikation und Denitrifikation auch für eine
biologische Phosphorbeseitigung gesorgt. Die Denitrifikation erfolgt wiederum in
einem anoxischen Speicherbehälter, der in der Schlammrücklaufschleife liegt. Die
Phosphorbeseitigung geschieht ebenfalls in der SchlammrUcklaufschleife; sie wird
jedoch in einem Behälter vorgenommen, der von dem Denitrifikationsspeicherbehälter
getrennt ist. Rohabwasser wird mit Rücklaufschlamm aus einer Leitung 130 gemischt
und über eine Leitung 110 einem die oxische Zone bildenden Belüftungsbehälter 111
zugeführt. In dem Beluftungsbehälter 111 wird das Gemisch aus Rohabwasser und belebtem
Schlamm (im folgenden als Mischflüssiskeit bezeichnet) für eine ausreichende Dauer
belüftet, um in dem einströmenden Abwasser enthaltenes Ammoniak in Nitrat umzuwandeln
und die biologische Aufnahme von Phosphor zu unterstützen. Wie aus der US-PS 3 236
766 bekannt ist, können unter zweckentsprechenden aeroben B&dingungen in dem
Schlamm vorhandene Bakterien Phosphat in einem Maß aufnehmen, das ihren Wachstumsbedarf
übertrifft. Ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, wird in den Behälter
111 über eine Leitung 112 und eine Diffusionseinrichtung 113 eingespeist. Zusätzlich
zu der Beseitigung von Ammoniak und
Phosphor aus dem Abwasser erfolgt
in dem Behälter 111 ein hohes Maß an BSB-Beseitigung.
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Nach Abschluß der Belüftung wird die nitrifizierte, oxygenierte Mischflussigkeit
über eine Leitung 114 zu einem die Feststoffkonzentrationszone bildenden Klärbecken
115 geleitet. In dem Klärbecken 115 wird ein phosphatreicher Schlamm abgesetzt und
von der nitrifizierten, oxygenierten Mischflüssigkeit abgetrennt. Ein abgehender
Strom, der an Phosphaten wesentlich verarmt ist und der gleichzeitig nitrat- und
ammoniakarm ist, verläßt das System über eine Leitung 116 um in konventioneller
Weise abgeführt zu werden.
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Der phosphatreiche Schlamm wird aus dem Klor- oder Absetzbekken über
eine Leitung 117 abgezogen. Ein Teil dieses Schlamms kann über die gestrichelt eingezeichnete
Leitung 118 gehen und einen Teil des oben erwähnten belebten Schlamms bilden.
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Ein weiterer Teil verläßt das System über eine Leitung 119.
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Der restliche Teil gelangt über eine Leitung 140 als die nitrifizierte,
oxygenierte Flüssigkeit zu einem Denitrifikationsspeicherbehälter 121, der die anoxische
Zone darstellt. In dem Denitrifikationsspeicherbehälter 121 wird der Schlamm unter
Bedingungen gehalten, bei denen unzureichend Sauerstoff vorhanden ist, um den Bedarf
der in dem Schlamm befindlichen Bakterien zu befriedigen. Diese Bakterien setzen
die Respiration unter Verminderung des Nitratgehalts des Schlamms fort.
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Gase, beispielsweise elementarer Stickstoff und Stickoxydul, die in
dem Prozess gebildet werden, verlassen das System über eine Leitung 123. Eine Mischeinrichtung
122 sorgt für einen innigen Kontakt zwischen den Schlammbakterien und dem löslichen
Nitratgehalt des Schlamms.
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Ein phosphatreicher, an Nitrat verarmter Schlamm verläßt den Denitrifikationsspeicherbehälter
121 über eine Leitung 150.
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Ein Teil dieses Schlamms wird vorzugsweise ufer eine Leitung 124 geschickt,
um einen Teil des oben erwähnten belebten Schlamms zu bilden. Der restliche, mit
Phosphat angereicherte Schlamm (vorliegend auch als das denitrifizierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
bezeichnet) gelangt über eine Leitung 125 zu einem Phosphatstripperbehälter 126,
wo eine Behandlung erfolgt, die die Schlammbakterien veranlassen, Phosphate freizusetzen.
Wie aus der US-PS 3 236 766 bekannt, kann diese Behandlung erfolgen, indem das Gemisch
für eine Zeitspanne zwischen etwa 2 und 10 Stunden unter anaeroben Bedingungen gehalten
wird.
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In dem Phosphatstripper 126 wird ein an Phosphat verarmter Schlamm
von einer phosphatreichen überstehenden Flüssigkeit abgetrennt. Der Schlamm geht
über eine Leitung 127 und bildet einen Teil des oben erwähnten belebten Schlamms.
Die phosphatreiche Flüssigkeit gelangt über eine Leitung 128 zu einem Schnellmischbehälter
129, wo sie mit Kalk in innigen Kontakt
gebracht wird, der über
eine Leitung 174 zugegeben wird, um gelöste Phosphate auszufällen. Die ausgefälltes
Phosphat enthaltende Flüssigkeit gelangt über eine Leitung 131 zu einem Absetzbecken
132. Aus dem Becken 132 kann eine phosphatfreie Flüssigkeit abgezogen werden, die
in konventioneller Weise über eine Leitung 134 das System verläßt. Die Flüssigkeit
kann beispielsweise stattdessen aber auch zu dem ankommenden Abwasserstrom zurückgeführt
werden, während überwiegend chemischer Schlamm über eine Leitung 133 abgezogen wird.
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Obwohl das in Fig.2 veranschaulichte Zweibehältersystem für Denitrifikation
und Phosphorbeseitigung bevorzugt wird, kann stattdessen auch mit einer Einzelbehälteranlage
entsprechend Fig. 3 gearbeitet werden. Der Teil des phosphatreichen Schlamms, der
bei der Ausführungsform nach Fig. 2 von dem Nachklärbecken 115 abgezogen und über
die Leitung 140 dem Denitrifikationsspeicherbehälter 121 zugeführt wird, geht bei
der Ausführunasform nach Fig. 3 stattdessen über eine Leitung 240 zu einem Behälter
252, der die zweifache Funktion von Denitrifikation und Phosphorbeseitigung übernimmt.
Der Behalter 252 weist zwei Funktionszonen auf, und zwar eine obere Zone 253 und
eine untere Zone 254. In der oberen Zone 253 nutzen in dem Schlamm vorhandene Bakterien
den Nitrat Stickstoffgehalt des Schlamms als endgültigen Elektronenakzeptor im Rahmen
ihrer Respiration aus. Iniolgedessen wird eine Phosphorfreisetzung, die normalerweise
unter anaeroben
Bedingungen leicht auftritt, anfänglich verhindert.
Wenn der Schlamm in dem Behälter 252 weiter absinkt, wird der Nitrate Stickstoffgehalt
erschöpft; es erfolgt eine Phosphatfreisetzung (Löslichmachung). Dieses Löslichmachen
von Phosphat tritt in der unteren Zone 254 des Behälters 252 ein. In der Denitrifikationszone
253 des Behälters 252 werden Gase, beispielsweise elementarer Stickstoff und Stickoxydul,
gebildet.
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Diese innerhalb der Schlammflocken entstehenden Gase bewirken, daß
die Schlammflocken nach oben in Richtung zur Oberfläche des Behälters 252 schwimmen.
Dadurch wird das normale Strömungsverhalten des Behälters 252 beeinträchtigt; es
kommt zu einem nichtidealen Verhalten des Einzelbehältersystems. Ein an Phosphat
verarmter Schlamm wird anschließend am Boden des Behälters 252 gewonnen und über
eine Leitung.227 zu der nicht dargestellten Belüftungszone (oxischen Zone) zurückgeleitet.
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Eine phosphatreiche Flüssigkeit wird vom oberen Teil des Behälters
252 über eine Leitung 228 abgezogen; sie kann in der in Verbindung mit der Ausführungsform
der Fig. 2 erläuterten Weise weiterverarbeitet werden. Wegen der Doppelfunktion
des Behälters 252 wird das nitrifizierte, oxygenierte Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch
dort vorzugsweise für eine Zeitspanne von 6 bis 24 Stunden gehalten. Wegen der potentiellen
Probleme, die durch hoch schwimmenden Schlamm verursacht werden und im Hinblick
auf den gesteigerten Tankraum, den das Einzelbehältersystem erfordert, wird bei
Anlagen, die für erhebliche Verminderungen der Verschmutzungsgehalte an Phosphor-
und Stickstoffverbindungen
sorgen sollen, vorzugsweise mit gesonderten
Behältern für die Denitrifikation und die Phosphorbeseitigung gearbeitet.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der ein
zweistufiges Nitrifikationssystem vorgesehen ist, das vorzugsweise in der aus der
US-PS 3 764 523 bekannten Weise aufgebaut ist. Abwasser, beispielsweise kommunales
Abwasser, gelangt in den ersten Abschnitt einer oxischen Zone 310, die in zwei getrennte
Kammern 310a und 310b unterteilt ist. Ein sauerstoffhaltiges Gas mit mindestens
50 Vol.% Sauerstoff wird über eine Leitung 312 in die erste Kammer 310a eingeführt.
Rücklaufschlamm geht der ersten Kammer 310a über eine Leitung 360 zu. BSB-haltiges
Einsatzwasser und Schlamm können, falls erwünscht, jedoch auch vor dem Einbringen
in die oxische Zone 310 gemischt werden. In der Trennwand 361 sind Öffnungen vorgesehen,
die teiloxygenierte Flüssigkeit und an Sauerstoff teilweise verarmtes Belüftungsgas
von der ersten Kammer 310a zu der zweiten Kammer 310b gelangen lassen Die genannten
Ströme werden in den Kammern 310a und 310b des ersten oxischen Abschnitts 310 mittels
Rührwerken 362a und 362b innig gemischt. Auf diese Weise wird Belüftungsgas in innigem
Kontakt mit der Flüssigkeit in dem ersten oxischen Abschnitt 310 ständig umgewälzt,
um einen Sollwert an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/l aufrechtzuerhalten.
An
Sauerstoff verarmtes Gas verläßt die zweite Kammer 310b über
eine Leitung 363.
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Ein größerer Teil der Kohlenstoffverbindungen im Abwasser wird in
dem ersten oxischen Abschnitt 310 biochemisch oxidiert. Am Ende der Mischphase wird
eine erste oxygenierte Flüssigkeit über eine Leitung 364 zu einer ersten Klärzone
365 überführt. Eine teilgereinigte überstehende Fiüssigkeit (auch als der erste
abgehende Strom bezeichnet) verläßt die Klärzone 365 über eine Leitung 366 mit einem
niedrigeren Kohlenstoffgehalt (beispielsweise einem BSB5 von 20 bis 100 mg/l), jedoch
mit im wesentlichen dem anfänglichen Gehalt des Abwassers an Stickstoffverbindungen.
Ein erster Schlcmmstrom wird vom Boden der Klärzone über eine Leitung 367 abgezogen.
Mindestens ein Teil dieses Stromes wird über die Leitung 360 zu der Kammer 310a
zurückgeleitet, um das ankommende BSB-haltige Wasser zu impfen. Nicht als Rücklaufschlamm
benötigter Schlamm wird aus dem System über eine Leitung 368 abgeführt.
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Der teilgereinigte erste abgehende Strom vom Klärbecken 365 bildet
den Einsatzstrom für einen zweiten Nitrifikationsabschnitt 370 der oxischen Zone.
Der Nitrifikationsabschnitt 370 ist in analoger Weise wie der erste Abschnitt 310
aufgebaut, mit der Ausnahme, daß drei gesonderte Kammern 371a, 371b und 371c vorgesehen
sind. Der erste abgehende Strom gelangt von der Leitung 366 in die erste Kammer
371a und wird
dort mit einem mindestens 50 Vol.% Sauerstoff enthaltenden,
über eine Leitung 372 eingespeisten zweiten Belüftungsgas und mit nitrifiziertem
Rücklaufschlamm, der über eine Leitung 324 zuströmt, unter Bildung einer oxygenierten
zweiten Flüssigkeit gemischt. In den Trennwänden zwischen der ersten und der zweiten
Kammer 371a und 371b sowie zwischen der zweiten und dritten Kammer 371b und 371c
sind Öffnungen vorgesehen, die teilweise oxygenierte zweite Flüssigkeit und an Sauerstoff
teilweise erschöpftes zweites Belüftungsgas im Gleichstrom durch die Kammern hindurchtreten
lassen.
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Ein Gehalt an gelöstem Sauerstoff von mindestens 2 mg/l wird in dem
zweiten Nitrifikationsabschnitt 370 aufrechterhalten, indem die Zuflußmenge an sauerstoffhaltigem
Gas über die Leitung 372 und die Energiezufuhr zu Rührwerken 373a, 373b und 373c
entsprechend gesteuert bzw. geregelt wird. Nach der gewünschten Flüssigkeitskontaktdouer
von beispielsweise 30 bis 240 Minuten wird die oxygenierte zweite Flüssigkeit über
eine Leitung 314 abgezogen und einer als Klärbecken ausgelegten Feststofftrennzone
315 zugeführt. Ein in dem Klärbecken 315 abgetrennt er, gereinigter zweiter abgehender
Strom wird über eine Leitung 316 abgeführt. In ähnlicher Weise wird zweiter Schlamm
vom Boden des Klärbeckens über eine Leitung 317 abgezogen. Ein Teil des Schlamms
kann zu dem zweiten Nitrifikationsabschnitt 370 über die Leitung 324 zurückgeführt
werden, während ein anderer Teil über eine Leitung 340 einem Denitrifikationsbehälter
321
zugeht. Nicht als Rücklaufschlcmm benötigter zweiter Schlamm kann über eine Leitung
319 aus dem System abgeführt werden.
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Zweistufige Belebungsanlagen zur Beseitigung sowohl von Kohlenstoffverbindungen
als auch von Stickstoffverbindungen aus Abwasser sind aus der US-PS 3 764 923 bekannt;
sie erlaubten es jedoch nicht, eine zweckentsprechende Kolonie an Ammoniak oxidierenden
Bakterien für den Abbau von Stickstoff-Sauerstoffbedarf verläßlich aufrechtzuerhalten.
Ammoniak oxidierende Bakterien benötigen eine längere Wachstumsdauer als Kohlenstoff
verzehrende Bakterien. Für die Auslegung der Anlage ist daher die Populationsdynamik
der Nitrifikation bewirkenden Mikroorganismen entscheidend. Bei der aus der US-PS
3 764 923 bekannten Anlage wird eine gemischte Kolonie aus Kohlenstoff verzehrenden
Bakterien und Ammoniak oxidierenden Bakterien in der zweiten oder Nitrifikationsstufe
aufrechterhalten. Dadurch wird die Leichtigkeit der Aufrechterhaltung einer geeigneten
Kolonie an Ammoniak oxidierenden Bakterien wesentlich begünstigt. Entsprechend der
Lehre der US-PS 3 764 923 verbessert das Vorhandensein der Kohlenstoff verzehrenden
Bakterien die Absetzeigenschaften der Nitrifikation bewirkenden Mikroorganismen,
wodurch ein besseres Verweilen dieser Bakterien innerhalb der Anlage erreicht wird,
so daß ihr Verlust in dem zweiten abgehenden Strom entsprechend vermindert wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der zweite anoxische Denitrifikationsbehälter
321 als Eindickzone betrieben.
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Diese Zone wird unter anaeroben oder halbaeroben Bedingungen gehalten,
so daß in dem Schlamm enthaltene Bakterien den Nitrat-Nitrit-Gehalt (im folgenden
kurz als Nitratgehalt bezeichnet) herabsetzen. Der an Nitrat verarmte überstehende
Anteil wird über eine Leitung 375 zu der Belüftongszone zurückgeleitet, während
der an Nitrat verarmte, phosphat reiche Schlamm über eine Leitung 325 zu einem Phosphatstripper
326 geht. Durch Betreiben des Denitrifikationsbehälters 321 als Eindicker kann ein
kleiner bemessener Stripperbehälter verwendet werden. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß die Größe des Stripperbehälters in erster Linie von dem Verhältnis zwischen
der einströmenden Phosphatkonzentrat-ion und der Konzentration an flüchtigen Schwebstoffen
in dem dem Stripperbehälter zugehenden Schlamm bestimmt ist. Durch Verwendung eines
Eindickbehälters vor dem Stripper läßt sich die flüchtige Schwebstoffkonzentration
des Schlamms wesentlich erhöhen.
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Infolgedessen wird bei gleicher Verweildauer für die Phosphatfreisetzung
der Stripper wesentlich kleiner.
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Der Phosphatstripperbehälter 326 wird vorzugsweise in der aus der
US-PS 4 042 493 bekannten Weise betrieben. Der von der Leitung 325 kommende Schlammstrom
wird nach unten in den Behälter 326 gegen einen nach oben strömenden Spülmittelstrom.
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eingeleitet, der in den unteren Bereich des Behälters 326 über
eine
Leitung 334 eingespeist wird. Mindestens der untere Bereich des Behälters 326 wird
unter anaeroben Bedingungen gehalten, um die Löslichmachung von Phosphaten einzuleiten.
Der Spülmittelstrom läßt sich als ein Strom mit niedriger Feststoffkonzentration
und geringer Phosphatkonzentration kennzeichnen. Wenn dieser Strom sich durch den
Behälter 326 hindurch nach oben bewegt, verdrängt er lösliche Phosphate in die Uberstehende
Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit wird aus dem Behälter 326 über eine Leitung 328 abgezogen
und anschließend mit Kalk gemischt, der über eine Leitung 374 in einen Schnellmischbehälter
329 eingebracht wird. Die Phosphat-Fällmittel enthaltende Flüssigkeit geht dann
über eine Leitung 331 zu einer Absetzzone 332, von wo ein chemischer Schlamm üSer
eine Leitung 333 abgeführt wird. Überstehende Flüssigkeit mit niedrigem Phosphatgehalt
und niedrigem Feststoffgehalt wird bei die Leitung 334 abgezogen. Bei dieser Ausführungsform
wird der letztgenannte Strom als das erläuterte Spülmittel benutzt. Der in dem Phosphatstripper
326 anfallende, an Phosphat verarmte Schlamm strömt dann über eine Leitung 327;
er bildet einen Teil des Rückloufschlamms für den Nitrifikationsabschnitt 370.
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Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform. Rohabwasser,das zuvor in
konventioneller Weise gesiebt, von Kies befreit und vorgeklärt sein kann, wird mit
Rücklaufschlamm von einer Leitung 425 sowie mit zurückgeleiteter, denitrifizierter,
oxygenierter Mischflüssigkeit von einer Leitung 424 gemischt und über eine
Leitung
410 in die Belüftungszone (oxische Zone) 411 eingebracht. Luft oder Sauerstoff wird
in die Belüftungszone 411 über eine Leitung 412 in bekannter Weise eingespeist.
Das Abwasser und der belebte Schlamm werden beispielsweise mittels eines mechanischen
Rührwe4rt2s gemischt und für eine ausreichende Zeitdauer belüftet, um das in dem
einströmenden Abwasser vorhandene Ammoniak im wesentlichen in Nitrat umzuwandeln.
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Nachdem die Belüftung abgeschlossen ist, wird die nitrifizierte, oxygenierte
Mischflüssigkeit aus der Belüftungszone 411 über eine Leitung 414 abgezogen. Ein
kleinerer Teil der Mischflüssigkeit wird über eine Leitung 480 zu einer anoxischen
Denitrifikationszone 421 als das dbgezogene, nitrifizierte, oxygenierte FlUssigkeits-Feststoff-Ge.misch
abgeleitet, während der Hauptteil der Mischflüssigkeit über eine Leitung 414a zwecks
Feststoffkonzentration an eine Klärzone 415 geht.
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Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens ist das Volumendurchflußmengenverhältnis
des Stroms 480 zum Strom 414c kleiner als 0,5; die Größe des Denitrifikationsbehälters
421 wird minimal gehalten. Die der Zone 421 -zugeleitete Mischflüssigkeit wird dort
für eine Zeitspanne von mindestens 0,4 Stunden, beispielsweise 3 Stunden, unter
anoxischen Bedingungen gehalten. Der denitrifizierte MischflUssigkeitsanteil in
der anoxischen Zone 421 geht dann über die Leitung 424 entweder unmittelbar oder
über die Abwasserspeiseleitung 410 zu der Belüftungszone 411. Gase, beispielsweise
elementarer
Stickstoff und Stickoxydul, werden in dem Behälter
421 gebildet und über eine Leitung 423 abgelassen.
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Die nichtabgeleitete, nitrifizierte, oxygenierte MischflUssigkeit
in der Leitung 414a geht der Klärzone 415 zu, wo ein belebter Schlamm von einem
gereinigten abgehenden Strom abgetrennt wird. Der gereinigte abgehende Strom ist
an Nitrat und Ammoniak im wesentlichen verarmt. Er verläßt das System in üblicher
Weise über eine Leitung 416. Der belebte Schlamm wird von der Feststoffkonzentrationszone
415 über eine Leitung 417 abgezogen. Ein Teil dieses Schlamms geht über die Leitung
425 und wird mit dem zuströmenden Abwasser in der Leitung 410 gemischt, während
ein weiterer Teil intermittierend oder kontinuierlich über eine Leitung 419 aus
dem System in solcher Menge ausgebracht werden kann, daß die mittlere Feststoffgesamtverweildauer
auf über 2 Tagen gehalten wird.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit Kontaktstabilisierung.
Das Kontaktstabilisierungsverfahren stellt eine Anpassung des konventionellen Belebungsverfahrens
dar, die entwickelt wurde, um die Absorptionseigenschoften von belebtem Schlamm
auszunutzen. Es wurde davon ausgegangen, daß die BSB-Beseitigung bei dem Belebungsverfahren
in zwei Phasen erfolgt. Die erste Stufe ist die Absorptionsphase, während deren
die kolloidalen, feinsuspendierten und gelösten organischen Stoffe von dem belebten
Schlamm adsorbiert werden. Dann
erfolgt die zweite Phase, d.h.
die Oxidationsphase; die absorbierten organischen Stoffe werden metabolisch assimiliert.
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Während bei konventionellen Belebungsverfahren beide Phasen in einem
einzigen Behälter ablaufen, sieht das Kontcktstabilisationssystem einen gesonderten
Behälter für jede Phase vor, so daß diese Phasen weitgehend unabhängig voneinander
ablaufen können. Die Belüftungsvolumenerfordernisse eines Kontaktstabilisationssystems
sind etwa 50 % derjenigen eines konventionellen Systems; zuweilen ist es möglich,
das Fassungsvermögen einer vorhandenen konventionellen Anlage zu verdoppeln, indem
die Anlage auf Kontaktstabilisierung umgestellt wird.
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Bei dieser Ausführungsform wird Rohabwasser, das konventionellen Vorbehandlungsstufen
unterworfen sein kann, mit Rücklaufschlamm aus einer Leitung 524 gemischt und dem
Kontaktabschnitt 511 der oxischen Zone über eine Leitung 510 zugeführt.
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Sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, wird in den Abschnitt
511 in bekannter Weise über eine Leitung 512 eingespeist. In dem Kontoktabschnitt
511 wird das Gemisch aus Abwasser und belebtem Schlamm (Mischflüssigkeit) unter
Verwendung eines mechanischen Rührwerks 562 gemischt und während einer ausreichenden
Zeitdauer belüftet, um den Ammoniakgehalt der Mischflüssigkeit im wesentlichen zu
Nitrat zu oxidieren und die Absorption von gelösten organischen Stoffen zu fördern.
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Nachdem die Belüftung in der Zone 511 abgeschlossen ist, wird die
teiloxygenierte Flüssigkeit über ein Leitung 514 einem Klärbecken 515 zugeführt.
In dem Klärbecken 515 wird ein belebter Schlamm von der Mischflüssigkeit abgetrennt.
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Ein abgehender Strom mit vermindertem Nitrat- und Ammoniakgehalt wird
in konventioneller Weise über eine Leitung 516 aus dem System abgeführt.
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Der im Becken 515 abgesetzte belebte Schlamm verläßt das Becken über
eine Leitung 517. Ein Teil dieses Schlamms kann aus dem System über eine Leitung
519 abgeführt werden, während der restliche Teil über eine Leitung 520 zu dem Stabilisationsabschnitt
580 der oxischen Zone geht. In dem Stabilisationsbehälter wird der belebte Schlamm
für eine ausreichende Dauer belüftet, um die metabolische Assimilation der absorbierten
organischen Stoffe zu fördern. Sauerstoffhaltiges Gas, z.B. Luft, wird in den Behälter
580 in bekannter Weise über eine Leitung 581 eingespeist. Nachdem das Belüften und
Mischen im Behälter 580 abgeschlossen sind, wird der nitrifizierte belebte Schlamm
über eine Leitung 540 zu einem Denitrifikationsbehölter 521 gebracht. In dem Denitrifikationsbehälter
wird der Schlamm unter anoxischen Bedingungen gehalten. Die Organismen setzen die
Aspiration unter Verminderung des Nitratgehalts des Schlamms fort. Gase, beispielsweise
elementarer Stickstoff und Stickoxydul, werden in dem Denitrifikationsbehälter 521
gebildet; sie verlassen
das System über einen Abzug 523. Ein Schlamm
mit vermindertem Nitratgehalt wird aus dem Behälter 521 als das denitrifizierte
Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch abgezogen und gelangt über die Leitung 524, um den
belebten Schlamm zu bilden, der in den Kantaktabschnitt 511 einströmt.
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Die Erfindung sei im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
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Beispiel 1 Ein kombiniertes einstufiges Nitrifikations-DenitrifikGtions-und
Phosphorbeseitigungs-Pilotsystem wurde 3 Monate lang ähnlich der Ausführungsform
nach Fig. 2 betrieben. Der Stripperbehälter 126 arbeitete jedoch in der aus der
US-PS 4 042 493 bekannten und in Verbindung mit dem Behälter 326 der Fig. 4 erläuterten
Weise, d.h. mit einem Spülmittelstrom mit niedrigem Feststoffgehalt und niedrigem
Phosphatgehalt zum Strippen von löslichen Phosphaten. Während dieser Zeit hatte
das einströmende Abwasser in der Leitung 110 eine Temperatur zwischen etwa 170C
und 23 0C. Die BelUftungszone 111 bestand aus entweder drei oder sechs Stufen von
je 38 1. Jeder dieser Stufen wurde über Diffusionseinrichtungen 113 Luft in einer
Menge von etwa 8 1/min zugeführt. Der Gehalt der Mischflüssigkeit an gelöstem Sauerstoff
wurde zwischen etwa 2,0 und 7,0 mg/l gehalten. Die oxygenierte Flüssigkeit
wurde
in einen 53 l-Klärbehälter 115 eingeleitet, wo ein Schlammunterstrom mit einem Schwebstoffgehalt
zwischen 12 000 und 22 000 mg/l in der Leitung 117 von einem geklärten abgehenden
Flüssigkeitsstrom in der Leitung 116 abgetrennt wurde. Der phosphatreiche Schlammstrom
in der Leitung 117 machte zwischen etwa 15 und 25 % des Volumens des einströmenden
Abwassers in der Leitung 110 sowie zwischen etwa 13 und 20 % des Volumens der oxygenierten
Flüssigkeit in der Leitung 114 aus. Zwischen etwa 40 und 60 % des Schlamms in der
Leitung 117 wurden über die Leitung 118 und die Leitung 130 der Belüftungszone 111
unmittelbar zugeführt. Der restliche Teil (der zwischen etwa 5 und 12 Vol.
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des oxygenierten Flüssigkeitsstroms in der Leitung 114 ausmachte)
wurde über die Leitung 140 in die anoxische Denitrifikationszone 121 eingespeist.
Die Denitrifikationszone 121 bestand aus einem gut durchmischten Behälter mit einem
Fassungsvermögen von entweder 19 1 oder 11 1. Während dieses Versuchs variierte
die Verweildauer in dem anoxischen Denitrifikationsbehälter zwischen etwa 3 und
6 Stunden. Der denitrifizierte abgehende Strom vom Behälter 121 gelangte über die
Leitung 125 unmittelbar zu der Phosphatstripperzane 126. Der an Phosphat und Nitrat
verarmte Schlamm durchlief die Leitung 127, um mit dem einströmenden Abwasser in
der Leitung 110 gemischt zu werden. Schlamm wurde aus der Klärzone 115 über die
Leitung 119 periodisch in ausreichender Menge abgezogen, um die Feststoffgesamtverweildauer
während des Versuchs zwischen etwa 6 Tagen und 40 Tagen zu halten.
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Die vorliegend erzielten Vorteile lassen sich leicht verstehen, wenn
man eine typische zweiwöchige Arbeitsdauer des oben erläuterten Systems überprüft.
Während dieser Zeit schwankten der Gesamtphosphorgehalt, der Gesamtkjeldahl-Stickstoffgehalt
und der chemische Sauers'toffbedarf des zugehenden Abwasserstroms zwischen etwa
20 mg/l, 25 mg/l bzw.
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175 mg/l und etwa 34 mg/l, 37 mg/l bzw. 265 mg/l. Das Verfahren zum
Messen des Gesamtphosphorgehalts, der alle Orthophosphate sowohl in löslicher und
nichtlöslicher Form als auch in organischer und anorganischer Form umfaßt, findet
sich in den Abschnitten 223C und 223F von "Standard Methode" American Public Health
Association, 15. Ausgabe (1971). Die Werte des abgehenden Stroms schwankten zwischen
etwa 0,7 mg/l, 1,8 mg/l bzw. 18 mg/l und etwa 1,9 mg/l, 2,5 mg/l bzw. 37 mg/l.
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Diese Werte entsprechen einer mittleren Verringerung des Phosphorgehalts,
des Gesomtkjeldahl-Stickstoffgehalts und des chemischen Sauerstoffbedarfs von etwa
91 %, 92 % bzw.
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86 %. Der abgehende Strom wurde auch hinsichtlich seiner Konzentration
an Nitrat-Stickstoff und Nitrit-Stickstoff überprüft. Diese Gehalte logen als Summe
zwischen etwa 7 mg/l und 10 mg/l. Nimmt man an, daß die Gesamtmenge an Ammoniak-Stickstoff,
die zu Nitrat-Stickstoff und Nitrit-Stickstoff oxidiert wird, aus der Differenz
zwischen dem insgesamt einströmenden Kjeldahl-Stickstoff und dem insgesamt
abströmenden
Kjeldahl-Stickstoff berechnet werden kann, und berücksichtigt man die Menge an Nitrat-Stickstoff
und Nitrit-Stickstoff in dem abgehenden Strom, läßt sich aufgrund der folgenden
Gleichung die mittlere prozentuale Denitrifikation (Beseitigung von oxidiertem Stickstoff)
leicht bestimmen, die während dieser zweiwöchigen Dauer auftrat.
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Sie betrug etwa 73 %.
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Prozentuale Denitrifikation =
Dieses Ergebnis ist in hohem Maße überraschend, weil der anoxische Denitrifikationsspeicherbehälter
nur einen Rückaufstrom mit einer Durchflußmenge von nur etwa 10,0 ° der Durchflußmenge
des dem Nachklärbecken zugehenden oxygenierten Flüssigkeitsstroms aufnahm.
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In den Tabellen I und II sind die Daten zusammengestellt, die während
der gesamten dreimonatigen Versuchsdauer der Anlage nach Fig. 2 ermittelt wurden.
Die Versuchsdauer wurde in vier Phasen von jeweils 18 Tagen unterteilt. Die wesentlichen
mittleren Arbeitsparameter fur jede Phase sind in den Tabellen aufgeführt. Während
der ersten drei Phasen wurde ein Beluftungsvolumen von 114 1 (d.h. drei Belüftungsstufen)
benutzt, während in der vierten Phase mit einem Beluftungsvolumen von 227 1 (d.h.
sechs Belüftungsstufen) gearbeitet vzurde.
Es ist zu erkennen,
daß für den gesamten dreimonatigen Betrieb die gesamte Kjeldahl-Stickstoffbeseitigung,
die Phosphatbeseitigung und die Beseitigung des chemischen Sauerstoffbedarfs einen
Mittelwert von mehr als 87 %, 94 % bzw.
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87 % erreichten. Während jeder Arbeitsphase sorgte das System ferner
für eine Denitrifikation des oxidierten Ammoniakstickstoffs von etwa 71 %, 68 %,
54 % und 25 %. Diese Ergebnisse sind völlig überraschend, weil während jeder Betriebsphase
ein Strom von nur 10,0 /%, 9,2 %, 8,1 % und 10,9 % der Mischflüssigkeitsdurchflußmenge
zu dem Denitrifikationsspeicherbehälter geleitet wurde. Die relativ schlechte Gesamtstickstoftbeseitigung
während der Phase vier war zum Teil auf die extrem lange Feststoffgesamtverweildauer
von 39 Tagen zurückzuführen. Bei langen Verweildauern wird die Stoffwechselrate
der nitratreduzierenden Bakterien wegen des niedrigen Wertes an oxidierbarem Substrat
klein. Außerdem führte die lange Belüftungsdauer vermutlich zu einer Rückumwandlung
von einigen der nitrdtreduzierenden Bakterien zu bevorzugt Sauerstoff als endgültigen
Elektronenakzeptor verwendenden Bakterien.
Tabelle I Parameter
Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 zuströmendes Abwasser Durchflußmenge (1/h) 24,8
24,7 24,8 25,3 pH 7,2 7,4 7,4 7,5 Temperatur (°C) 17,5 17,5 19 20 chemischer Sauerstoffbedarf
(mg/l) 207 270 213 165 Gesamtkjeldahlstickstoff (mg/l) 31 40,9 41 41,7 Gesamt P
(mg/l) 12,9 16,5 10,5 11,0 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 86 105 77 69 Gehalt an
flüchtigen Schwebstoffen (mg/1) 77 70 45 56 biologischer Sauerstoffbedarf (mg/l)
155 168 125 162 Belüftungszone Volumen (1) 114 114 144 227 Verweildauer (h) 4,6
4,6 4,6 9,0 Gehalt an flüchtien Schwebstoffen in der Mischflüssigkeit (mg/l) 3127
2860 2750 2406 Gehalt an gelöstem Sauerstoff (mg/l) 5,0 5,0 4,5 4,5 pH 7,0 7,1 7,0
6,9 abgehender Strom Durchflußmenge (1/h) 24,8 24,7 24,8 25,3 pH 6,9 7,1 7,1 7,2
chemischer Sauerstoffbedarf (mg/l) 29 26 30 21 Gesamtkjeldahlstickstoff (mg/l) 2,3
2,5 2,4 1,4 NH3-N (mg/l) 0,5 1,0 0,7 0,8 NO3-N (mg/l)* 8,3 12,0 18,7 30,1 Gesamt
P (mg/l) 1,1 1,5 0,7 2,7 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 7 11 16 11 Gehalt an flüchtigen
Schwebstoffen (mg/l) 6 8 11 7 biologischer Sauerstoffbedarf (mg/l) 19 19 20 16
Tabelle
I Parameter Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 mittlere Feststoffgesamtverweil- 6,8
6,9 8,5 39,0 dauer (Tage) * gemessen als NO3-N und NO2-N
Tabelle
II Parameter Phase I Phase 2 Phase 3 Phase 4 oxygenierte Flüssigkeit zum Klärbecken
(1/Tag) 31,0 30,6 29,7 31,2 belebter Schlamm vom Klärbecken (1/Tag) 6,2 5,9 4,9
5,9 anoxischer Denitrifikationsbehälter Speisestrom (1/h) 3,1 2,8 2,4 3,4 Behältervolumen
19 19 19 11 Verweildauer (h) 6,1 6,1 7,9 3,3 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 19540
19510 21380 16730 Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 14330 14310 16400 12760
Strömungsverhältnis zur oxygenierten Flüssigkeit 0,10 0,092 0,081 0,109 Phosphorstripperbehälter
Speisestrom (1/h) 3,1 2,8 2,4 3,4 Gesamt P (mg/l) 935 1050 990 675 Verweildauer
(h) 16,4 16,5 11,8 16,8 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 19540 19510 21380 16730 Gehalt
an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 14330 14310 16400 12760 Spülmittelstrom zum Stripper
(1/h) 4,7 4,9 5,1 3,92 Flüssigkeit vom Stripper 4,7 4,9 4,8 4,7 Durchflußmenge (1/h)
52 50 42 50 Gesamt P (mg/l) 6,7 6,7 7,0 7,0 pH
Tabelle II Parameter
Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Schlamm vom Stripper Durchflußmenge (l/h) 3,1 2,8
2,7 2,65 Gesamt P (mg/l) 807 904 800 820 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 19740 19700
18910 19290 Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mgl/l) 15010 14400 14500 14790 pH
6,6 6,7 6,8 6,8
Beispiel 2 In einer weiteren Versuchsreihe wurde
eine Nitrifikations-Denitrifikations-Anlage gemäß Fig. 3 in Verbindung mit einem
synthetischen Abwasserstrom getestet. Es wurde das gleiche Belüftungssystem (mit
zwischen drei und sechs Beluftungsstufen während jedes Versuchs) und der Klärbehälter
des oben erläuterten Beispiels 1 benutzt. An Stelle von gesonderten Denitrifikations-
und Phosphorstripperbehältein wurde ein einziger 110 l-Behälter vorgesehen, der
beide Funktionen Ubernahm.
-
Die Versuchsdauer erstreckte sich über elf Monate; sie war in 15 Phasen
für die Erfassung von Versuchsdaten unterteilt.
-
Die Tabellen III und IV geben die mittleren Daten für 3 representative
Betriebsphasen an. Wie beim Beispiel 1 führte die Anlage zu einer ausgezeichneten
Verminderung des Gesamt kjeldahl-Stickstoffs, des Gesomtphosphors und des chemischen
Sauerstoffbedarfs von im Mittel mehr als 69 %, 89 % bzw. 89.
-
In ähnlicher Weise wird für die 3 Phasen eine mittlere Stickstoffbeseitigung
von 72 % erreicht, während ein Strom von weniger als 16 % des zufließenden Stromes
oder weniger als 12,3 % der Durchflußmenge der oxygenierten Flüssigkeit dJrch den
kombinierten Denitrifikations/Strippertank hindurchgeleitet wurde.
-
Obwohl dieses sogenannte Einbehältersystem für eine ausgezeichnete
Stickstoff- und Phosphorbeseitigung sorgt, wird die Anlage mit gesonderten Behältern
für jede Funktion aufgrund
des Fassungsvermögens der Behälter bevorzugt.
Es ist festzuhalten, daß in den 3 angegebenen Phasen des Einbehältersysterns der
kombinierte Denitrifikations/Phosphorstripperbehälter Verweildauern von 29,9 Stunden,
29,0 Stunden und 28,3 Stunden notwendig machte. Im Vergleich dazu betrugen die kombinierten
Verweildauern für den Denitrifikationsbehälter und den davon getrennten Stripperbehälter
im Falle der 4 Phasen des Beispiels gemäß den Tabellen I und II nur 22,5 Stunden,
22,6 Stunden, 19,7 Stunden und 20,1 Stunden. Alle diese Verweildauern basieren auf
der Schlammdurchflußmenge zu dem Denitrifikationsbehälter.
-
Tabelle III Parameter Phase 1 Phase 2 Phase 3 zuströmendes Abwasser
Durchflußmenge (1/d) 598 598 596 pH 7,4 7,4 7,2 Temperatur (°C) 11,2 9,2 9,6 chemischer
Sauerstoffbedarf (mg/l) 176 207 202 Gesamtkjeldahlstickstoff (mg/l) 28,0 25,4 24,8
Gesamt P (mg/l) 9,5 8,9 9,8 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 50 35 37 Gehalt an flüchtigen
Schwebstoffen (mg/1) 33 21 30 Belüftungszone Volumen (1) 114 114 114 Verweildauer
(h) 4,6 4,6 4,6 Gehalt an flüchtien Schwebstoffen in der Mischflüssigkeit (mg/l)
4130 4600 4380 Gehalt an gelöstem Sauerstoff (mg/l) 9,0 10,6 9,5 pH 7,3 7,2 7,2
abgehender Strom Durchflußmenge (1/d) 598 598 596 pH 7,4 7,3 7,2 chemischer Sauerstoffbedarf
(mg/l) 17 22 19 Gesamtkjeldahlstickstoff (mg/l) 3,3 7,6 10,7 NH3-N (mg/l) 2,0 5,3
7,8 NO3-N (mg/l)* 9,2 5,4 3,7 Gesamt P (mg/l) 1,0 0,62 0,64 Gesamtschwebstoffgehalt
(mg/l) 8 5 5 Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 5 3 4 mittlere Festoffgesamtverweildauer
(Tage) 9,5 9,6 7,4 * gemessen als NO3-N und NO2-N
Tabelle IV Parameter
Phase 1 Phase 2 Phase 3 oxygenierte Flüssigkeit zum Klärbehälter (l/Tag) 759 759
757 belebter Schlamm vom Klärbehälter (l/Tag) 161 161 164 anoxischer Denitrifikations-
und Phosphorstripperbehälter Speisestrom (l/Tag) 88 91 93 Volumen (1) 110 110 110
Verweildauer (h) 29,9 29,0 28,3 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 18520 20320 24480
Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 12220 12400 19830 Gesamt P (mg/l) 647
599 753 Durchflußmengenverhältnis zur oxygenierten Flüssigkeit 0,116 0,120 0,123
Spülmittelstrom (l/Tag) 121 121 122 Flüssigkeit vom Stripper Durchflußmenge (l/Tag)
128 129 131 Gesamt P (mg/l) 36,3 34,6 31,5 pH 7,1 7,1 6,8 Schlamm vom Stripper Durchflußmenge
(l/Tag) 81 83 84 Gesamt P (mg/l) 683 594 738 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 17340
19800 26270 Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 11440 12080 21280 pH 6,7 6,9
6,6
Beispiel 3 Bei einem weiteren Versuch wurde ein Kontaktstabilisationssystem
der in Fig. 6 veranschaulichten Art benutzt. Die dabei für zwei repräsentative Zeitspannen
erhaltenen Daten sind in den Tabellen V und VI zusammengestellt. Zusammenfassend
ist festzuhalten, daß die Beseitigung des chemischen Sauerstoffbedarfs während dieser
Zeitspannen im Mittel 81,4 % bzw. 71,7 % betrug. Die Beseitigung an Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff
belief sich während dieser Zeiträume im Mittel auf 62,3 % bzw. 41,9 %.
-
In unerwarteter Weise sorgte das Verfahren für eine Beseitigung von
oxidiertem Stickstoff (prozentuale Denitrifikation) von 66,1 % und 58,1 %, während
Ströme von nur 30 % und 40 % der Menge der nitrifizierten, oxygenierten FlUssigkeit
zu dem Klerbehälter tatsächlich durch den Denitrifikationstonk hindurchgeleitet
wurden. Es zeigt sich, daß die prozentuale Denitrifikationsphase II geringer als
die Phase I trotz des Umstandes war, daß ein höherer Prozentsatz des nitrifizierten,
oxygenierten Flüssigkeitsstroms in die anoxische Zone eingeführt wurde.
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Dies ist auf die niedrigere Verweildauer in der anoxischen Zone, d.h.
0,43 Stunden gegenüber 1,35 Stunden, zusückzuführen.
Tabelle V
Parameter Phase I Phase II einströmendes Abwasser Durchflußmenge (l/h) 3,39 3,45
pH 6,8 6,9 Temperatur (°C) 22 22 chemischer Sauerstoffbedarf (mg/l) 220 184 Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff
(mg/l) 28,4 27,9 Kontaktbehälter Volumen (1) 2 2 Verweildauer (h) 0,59 0,58 Gehalt
an flüchtigen Schwebstoffen in der Mischflüssigkeit (mg/l) 6030 3260 gelöster Sauerstoff
(mg/l) 14 14 pH 6,8 6,9 abgehender Strom Durchflußmenge (l/h) 3,39 3,45 pH 6,8 6,9
chemischer Sauerstoffbedarf (mg/l) 41 52 Gesamt-Kjeldahl-Stickstoff (mg/l) 10,7
16,2 NH3-N (mg/l) 7,3 -NO3-N (mg/l) * 6,0 4,9 Gesamtschwebstoffgehalt (mg/l) 15
21 Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 11 15 Feststoffgesamtverweildauer (Tage)
13 7 * gemessen als NO3-N und NO2
Tabelle VI Parameter Phase I
Phase II belebter Schlamm vom Klärbehälter (l/h) 1,47 2 Stabilisationsbehälter Behältervolumen
(1) 1 2 Speisestrom (l/h) 1,47 2@ Verweildauer (h) 0,68 0,@ pH 6,3 6 gelöster Sauerstoff
(mg/l) 8,1 11 Gehalt an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 11070 5600 anoxischer Denitrifikationsbehälter
Behältervolumen (l) 2 1 Speisestrom (l/h) 1,47 2@ Verweildauer (h) 1,35 0,@ Gehalt
an flüchtigen Schwebstoffen (mg/l) 9132 5640 Durchflußmengenverhältnis zum Kontaktbe-
0,20 0,@ hälter
Obwohl vorstehend bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung im einzelnen beschrieben sind, versteht es sich für den Fachmann,
daß zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Beispielsweise brauchen die stromabwärts
der oxischen Zone vorgesehenen Feststoffkonzentrationszonen keine mit Schwerkraft
arbeitenden Absetzzonen zu sein; unter anderem lassen sich auch Filtrationssysteme
vorsehen. Ferner kann das sauerstoffhaltige Belüftungsgas bei den Ausführungsformen
nach den Fign. 1, 2, 5 und 6 als sauerstoffreiches Gas eingespeist werden. In diesem
Fall sind die oxischen Zonen vorzugsweise abgedeckt; es sind Mittel vorgesehen,
um an Sauerstoff verarmtes Belüftungsgas entsprechend Fig. 4 abzuführen.