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Verfahren zur biochemischen Stoffumsetzung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biochemischen Stoffumsetzung,
insbesondere zur Abwasserbehandlung, wobei Abwasser bzw. Klärschlamm einer Aerobbehandlungsstufe
zur aeroben Behandlung und einer Anaerobbehandlungsstufe für einen Faulungsprozeß
zugeführt wird.
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Bei der Abwasserreinigugn ist es bekannt, eine Schlammbehandlung sowohl
in einer aeroben Stufe als auch in einer anaeroben Stufe durchzuführen, um durch
die verschiedenen Prozesse unterschiedlich zugängliche Stoffe im Substrat abzubauen.
Hierbei werden zum Beispiel zunächst die aerob abbaubaren Stoffe in die Aerobbehandlungsstufe
aufgeschlossen, während die anaerob aufschließbaren Stoffe des Substrats in dieser
Behandlungsphase noch nicht zugänglich sind. Die anaerob aufschließbaren Stoffe
werden erst nach erfolgter Weiterleitung des Substrats von der Aerobbehandlungsstufe
zur Anaerobbehandlungsstufe in letzterer zugänglich.
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Bei diesem anaeroben Aufschließvorgang werden zudem weitere aerob
leichter abbaubare Stoffe gebildet, die zuvor aufgrund der höheren Oxidationsstufe
des Moleküls einem oxidativen Abbau schwerer zugänglich waren. Die nunmehr gebildeten
aerob abbaubaren Stoffe können jedoch hier in der Anaerobbehandlungsstufe nicht
mehr abgebaut werden, da ein aerober Vorgang nicht vorliegt, sondern nur ein anaerober
Prozeß abläuft, so daß ein nicht unwesentlicher Stoffabbauvorgang beim bekannten
Verfahren nicht genutzt wird, wodurch die Aufbereitung beeinträchtigt
bzw.
verzögert ist. Ebenso ist auch die Umkehrung gegeben, daß nämlich der Teil der anaerob
abbaubaren Stoffe, der nur im aeroben Bereich bzw. in der Aerobbehandlungsstufe
aufgeschlossen werden kann, in der sie aber ebenfalls nicht abgebaut werden können,
da hier ausschließlich ein aerober Behandlungsprozeß vollzogen wird.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur
Abwasserbehandlung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß eine intensivere
Behandlung erzielt und ein Aufschluß der im jeweilig entgegengesetzten Behandlungsprozeß
bis dahin nicht aufgeschlossenen Stoffanteile für einen entsprechenden Abbau möglich
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eine
Teilrückführung des zu behandelnden Substrats wie Abwasser bzw. Klärschlamm von
der Anaerobbehandlungsstufe zur Aerobbehandlungsstufe und/oder zumindest eine Teilrückführung
des Substrats von der Aerobbehandlungsstufe zur Anaerobbehandlungsstufe erfolgt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein höherer Wirkungsgrad
und somit eine Leistungssteigerung erreicht, da durch die Teilrückführung in die
entsprechende Behandlungsstufe auch die Stoffanteile aufgeschlossen werden können,
die bis dahin einem biochemischen Abbau unzugänglich waren, wobei zudem in der Aerobbehandlungsstufe
eine leistungssteigernde selbsttätige Temperaturerhöhung durch die Teilrückführung
des Substrats und in der Anaerobbehandlungsstufe eine energiegewinnsteigernde Gasausbeute
(Methangas) möglich ist.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
den Merkmalen der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung
zu entnehmen, die in schematischer Darstellung hevorzugte Ausführungsformen als
Beispiel zeigt. Es stellen dar: Fig. 1 ein Verfahrensschema mit einer Voreindickung
und einer Nacheindickung sowie einer direkten Teilrückführung von der Anaerobbehandlungsstufe
zur Aerobbehandlungsstufe, Fig. 2 ein Verfahrensschema mit einem Kontaktbecken,
in das die Teilrückführung eingeleitet wird, Fig. 3 ein Verfahrensschema mit einer
Umgehungsmöglichkeit der Substratzuführung um die Aerobbehandlungsstufe unmittelbar
zur Anaerobbehandlungsstufe, Fig. 4 ein Verfahrensschema mit einer zwischen der
Aerobbehandlungsstufe und der Anaerobbehandlungsstufe vorgesehenen Zwischenklärung,
Fig. 5 ein Verfahrensschema nach Fig. 4 mit einer weiteren Teilrückführung des Substrats
von der Zwischenklärung zur Aerobbehandlungsstufe, Fig. 6 ein Verfahrensschema ähnlich
Fig. 5, jedoch mit einer Nacheindickung und von dieser ausgehender Teilrückführung
des Substrats zur Aerobbehandlungsstufe,
Fig. 7 ein Verfahrensschema
ähnlich Fig. 6, jedoch mit einer Teilrückführung des Substrats von der Anaerobbehandlungsstufe
zur Zwischenklärung und von dieser zur Aerobhehand-1 ungsstufe, Fig. 8 ein Verfahrensschema
ähnlich Fig. 5, jedoch mit vorgeschaltetem Kontaktbecken, in das die Teilrückführung
des Substrats sowohl aus der Anaerobbehandlungsstufe als auch aus der Zwischenklärung
und der Aerobbehandlungsstufe erfolgt, Fig. 9 ein Verfahrensschema mit einem die
Aerobbehandlungsstufe beinhaltenden Außenrundbecken und einem die Anaerobbehandlungsstufe
beinhaltenden Anaerobbehandlungsbecken, Fig. 10 ein Verfahrensschema ähnlich Fig.
9, mit einem Außenrundbecken, in dem eine Horizontalströmung erzeugender Propeller
gelagert ist, und einem aus zwei verschiedenen Halbschalen gebildeten Innenrundbecken
der Anaerobbehandlungsstufe, Fig. 11 ein Verfahrensschema ähnlich der Fig. 10, jedoch
mit nachgeschalteter Nacheindickung und von dieser abgeleiteter Teilrückführung
des Substrats und Fig. 12 ein Verfahrensschema ähnlich der Fig. 10, jedoch mit einem
abgedeckten Innenrundbecken und somit geschlossener Anaerobbehandlungsstufe.
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Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensablauf zur Abwasserreinigung
erfolgt zunächst eine Voreindickung des zugeführten Substrats in der Voreindickungsstufe
VD, von der aus das Substrat in die Aerobbehandlungsstufe AE gelangt, in der der
aerobthermophile Schlammbehandlungsprozeß erfolgt, wobei eine Belüftung bzw. Sauerstoffbegasung
vorgenommen wird und durch den biologischen Ablauf eine selbsttätige Temperaturerhöhung
eintritt. Es werden hier die aerob zugänglichen Stoffe des Substrats aufgeschlossen
und ganz oder teilweise abgebaut.
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Von der aeroben Behandlungsstufe AE gelangt das Substrat zur anaeroben
Behandlungsstufe AN, in der ein anaerober Faulungsprozeß mit einer Heizung und unter
Bildung von nlethangas abläuft. Hier werden die anaerob zugänglichen Stoffe des
Substrats aufgeschlossen und abgebaut.
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Gleichzeitig werden in der Anaerobbehandlungsstufe AN bis dahin aerob
nicht abbaubare Stoffe des Substrats gebildet. Durch eine Rückführung RF des Substrats
werden die in der Aerobbehandlungsstufe A# nachträglich gebildeten Stoffe in die
Aerobbehandlungsstufe AE zuriickgeftihrt, in der sie nunmehr abgebaut werden können,
wodurch eine weitgehend optimale Auslastung gegeben ist. Von der Anaerobbehandlungsstufe
AN gelangt das so aufbereitete Substrat in eine Nacheindickungsstufe ND, aus der
es in bekannter Weise weitergeleitet wird.
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Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Verfahrensschema wird das zugeführte
Substrat zunächst in ein Kontaktbecken geleitet. Von hier aus gelangt es zur Aerobbehandlungsstufe
AE und anschließend zur Anaerobbehandlungsstufe AN. Die Rückführung AF des Substrats
von der Anaerobbehandlungsstufe Al erfolgt zurück in das Kontaktbecken KR. Hier
erfolgt eine gute Durchmischung des rückgeführten Substrats mit dem frisch zugeführten
Substrat. Dabei können eventuell störende Einfliisse der Methanbakterien der Anaerobbehandlungsstufe
AN auf die Biologie in der Aerobbehandlungsstufe AE unterbunden bzw. ausgeschaltet
werden.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist eine Umgehung UG vorgesehen,
die vor der Aerobbehandlungsstufe AE abgezweigt ist. Sollte die Zusammensetzung
des zugeführten Substrats so sein, daß bei direkter Zuführung in die Aerobbehandlungsstufe
AE ein zu großer Substratabbau erfolgen würde und damit zu wenig Methangas in der
Anaerobbehandlungsstufe AN erzielbar wäre, so besteht bei dieser Ausführung die
Möglichkeit, mindestens einen Teil des zugeführten Substrats über die Umgehung UG
direkt der Anaerobbehandlungsstufe AN zuzuführen, von der eine Rückführung RF zur
Aerobbehandlungsstufe AE vorgesehen ist.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist eine Zwischenklärstufe ZK
vorgesehen, die sich zwischen der Aerobbehandlungsstufe AE und der Anaerobbehandlungsstufe
AN befindet. Das zugeführte Substrat gelangt somit zunächst in die Aerobbehandlungsstufe
AE und von dort in die Zwischenklärstufe ZK, von der ein Teil zu einer Kläranlage
KA abgeleitet werden kann. Von der Zwischenklärstufe ZK wird das Substrat in die
Anaerobbehandlungsstufe AN geführt. Die Rückführung RF des Substrats von der Anaerobbehandlungsstufe
AN erfolgt unter Ausschaltung der Zwischenklärstufe ZK wieder unmittelbar in die
Aerobbehandlungsstufe AE. In der Zwischenklärstufe ZK erfolgt eine Volumenreduzierung
für die Anaerobbehandlungsstufe AN, wodurch eine Verfahrensbeschleunigung durch
einen schnelleren anaeroben Prozeßablauf erzielt werden kann, da ein Teil des Abwassers
bereits von der Zwischenklärstufe ZK abgezogen wird und somit auch weniger Ballastsstoffe
in die Anaerobbehandlungsstufe AN gelangen.
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Der in der Fig. 5 dargestellte Verfahrensablauf ist ähnlich wie der
in der Fig. 4 dargestellte Verfahrensablauf ausgeführt, doch erfolgt nicht nur eine
Rückführung RF des Substrats von der Anaerobbehandlungsstufe AN zur Aerobbehandlungsstufe
AE, sondern atißerdem noch zusätzlich eine Teilrückfiihrung TRF des Substrats von
der 7wischenklä'rstufe ZK zur Aerobbehandlungsstufe AE. Es kann damit eine Sel bstkonzentri
erung in der Aerobbehandlungsstufe #E erzielt werden, wobei zudem eine Reduzierung
von Ballaststoffen aufgrund des von der Zwischenklärstufe ZK abgezogenen Balastwassers
und eine Konzentrierung der Anaerobhakterien gegeben ist.
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Der Fig. 6 ist zu entnehmen, daß das zugeführte Substrat von der Aerobbehandlungsstufe
AE über die Zwischenklärstufe ZK und die Anaerobbehandlungsstufe AN in eine Nacheindickungsstufe
ND gelangt, von der ebenso wie von der Zwischenklärstufe ZK Abwasser zur Kläranlage
KA abgeführt werden kann. Von der Nacheindickungsstufe Nfl wird der Klärschlamm
über einen Abgang zu einer Schlammeindickung sr geführt. Die Rückführung RF des
Substrats ist von dem zur Schlammeindickung SE fiihronden Abgang der Nacheindickungsstufe
ND abgezweigt und fiihrt in die Aerobbehandlungsstufe AE, in die auch eine weitere
Rückführung RF des Substrats aus der Zwischenklärstufe ZK gelangt. lurch die Rückführung
RF des Substrats hinter der Anaerobbehandlungsstufe AN aus der Nacheindickungsstufe
ND wird ein hohes Schlammkonzentrat erzielt, wodurch der Vorteil einer großen Volumenreduzierung
für die übrigen Reaktoren erreicht wird.
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Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 7 erfolgt die Rückführung RF von
der Anaerobbehandlungsstufe AN zur Zwischenklärstufe ZK; Von dieser Zwischenklärstufe
ZK erfolgt weiterhin die Rückführung RF zur Aerobbehandlungsstufe AE. Der Klärschlamm
kann aus der Anaerobbehandlungsstufe AN zur Schlammeindickung SE abgeführt werden.
Ebenso ist es möglich, Klärschlamm von der Zwischenklärstufe ZK zur Schlammeindickung
SE abzuführen. Es ist hierbei somit eine gemeinsame Zwischenklärstufe ZK für die
Aerobbehandlungsstufe AE und die Anaerobbehandlungsstufe AN gegeben. Dabei kann
die gestrichelt dargestellte Nacheindickungsstufe ND hinter der Anaerobbehandlungsstufe
AN entfallen oder entsprechend klein ausgeführt werden.
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Bei dem in der Fig. 8 dargestellten Verfahrensschema erfolgt die Rückführung
RF des Substrats aus dcr Anaerobbehandlungsstufe AN direkt in das der Aerobbehandlungsstufe
AS vorgeschaltete Kontaktbecken KB.
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Weiterhin erfolgt eine Rückführung RF des Substrats aus der zwischen
der Aerobbehandlungsstufe AE und der Anaerobbehandlungsstufe AN angeordneten Zwischenklärstufe
ZK direkt zum Kontaktbecken KB und es ist eine Rückführung RF von der Aerobbehandlungsstufe
AE zum Kontaktbecken KB vorgesehen. Hier im Kontaktbecken KB erfolgt eine optimale
Vermischung der Rückführungen RF mit dem zugeführten Substrat, wodurch eine schnelle
Reaktion aufgrund einer unmittelbaren Anbindung des Substrats an die bakteriellen
Flocken erzielt werden kann.
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Bei dem in der Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Außenrundbecken
vorgesehen, in dem koaxial ein Innenrundbecken angeordnet ist. Das Außenrundbecken
beinhaltet die Aerobbehandlungsstufe AE, während die Anaerobbehandlungsstufe AN
im Innenrundbecken vorgesehen
ist. Das zu behandelnde Substrat
wird in die Aerobbehandlungsstufe AE des Außenrundbeckens eingetragen, in dem eine
Kreisstrhmung vorherrscht. Nach erfolgter Behandlungsdauer in der Aerohhehandlungsstufo
AE wird das Substrat in das Innenrundbecken zur Anaerobbehandlungsstufe geleitet,
die ebenfalls eine Kreisströmung aufweist. Eine Rückführung RF des Substrats zur
biologischen Leistungssteigerung kann von der inneren Anaerobbehandlungsstufe AN
zur äußeren Aerobbehandlungsstufe AE vorgenommen werden. Aufgrund des Kreissystems
wird eine gute Durchmischung mit geringen Strömungsverlusten bei optimalen Reaktionsabläufen
erzielt.
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In der Darstellung der Fig. lfl ist im Außenrundbecken der Aerobbehandlungsstufe
AE ein Propeller vorgesehen, der eine Kreisrundströmung erzeugt. Das Innenrundbecken
der Anaerobbehandlungsstufe AN ist gegenüber der Aerobbehandlungsstufe AE durch
zwei halbschalenförmige Wandungsteile begrenzt, die verschiedene Radien haben, so
daß ein Teil der Strömung von der Aerobbehandlungsstufe AE in die Anaerobbehandlungsstufe
AN gelangt, wodurch in letzterer auch eine Kreisrundströmung ohne zusätzliche Antriebsmittel
gegeben ist. Dazu gelangt das Substrat von der Aerobbehandlungsstufe AE gleichermaßen
ohne zusatzliche Pumpen od. dgl. in die Anaerobbehandlungsstufe AN. Die Rückführung
RF des Substrats aus der Anaerobbehandlungsstufe AN erfolgt gegenüberliegend ohne
zusätzliche Pumpleistung durch einen Spalt zwischen den Halbschalenwandungen des
Innenrundbeckens.
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Die Aufbereitungsanlage der Fig. 11 weist für die Aerobbehandlungsstufe
AE wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ein Außenrundbecken und für die
Anaerobbehandlungsstufe AN ein aus zwei verschiedenen Halbschalen begrenztes Innenrundbecken
auf. Zur Aufkonzentrierung ist keine zusätzliche Pumpe erforderlich, wobei die Aufkonzentrierung
eine Verringerung des notwendigen Gesamtvolumens bewirkt. Der von der Anaerobbehandlungsstufe
AN in die Nacheindickungsstufe ND gelangende Schlamm wird von einem Abgang zur Schlammentwässerung
SE geleitet.
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Von diesem Abgang erfolgt eine Rückführung RF des Substrats in die
Aerobbehandlungsstufe AE bzw. gemäß der gestrichelten Darstellung in die Anaerobbehandlungsstufe
AN des Innenrundbeckens. Von der Nacheindickungsstufe ND kann überschüssiges Wasser
in die Kläranlage KA abgeleitet werden.
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Das Verfahrensschema der Fig. 12 weist ähnlich dem Ausführungsbeispiel
der Fig. 10 eine Aerobbehandlungsstufe AE in einem Außenrundbecken auf und besitzt
zudem eine in einem Innenrundbecken vorgesehene Anaerobbehandlungsstufe AN. Die
Anaerobbehandlungsstufe AN ist vollständig abgekapselt und besitzt somit eine hier
nicht näher dargestellte Abdeckung, die sich auch über die gesamte Beckeneinheit
zur Erzielung eines großen Gasraums erstrecken kann. Aus der Anaerobbehandlungsstufe
AN kann eine Rückführung RF des Substrats in die Aerobbehandlungsstufe AE durch
eine entsprechende Absperrung erfolgen.
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Sowohl im Außenrundbecken der Aerobbehandlungsstufe AE als auch im
Innenrundbecken der Anaerobbehandlungsstufe AN ist eine Horizontalströmung gegeben,
die durch den in der Aerobbehandlungsstufe AE vorgesehenen Propeller bewirkt wird.
Im Übergangsbereich von der Aerobbehandlungsstufe AE zur Anaerobbehandlungsstufe
AN ist eine Entgasungszone EZ vorgesehen. Die Anaerobbehandlungsstufe AN ist sowohl
im Bereich der Entgasungszone EZ als auch im Bereich des Austritts der Rückführung
RF gegenüber der Aerobbehandlungsstufe AE entsprechend abgesperrt.
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Da die Abwasserbehandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei erhöhter
Abwassertemperatur besonders wirkungsvoll ist, kann es günsti@ sein, eine Wärmerückführung
vom ablaufenden Substrat zum zulallferlderl Substrat vorzunehmen, wodurch eine wirtschaftliche
Nutzung der Abwärne erzielt wird. Dabei wird ein höheres Temperaturniveau bei der
Aerohbehandlung und somit auch eine höhere Leistung erreicht, was sich selbstverständlich
auch positiv auf den nachfolgenden Anaerobbehandlungsprozeß auswirkt, da auch hier
das Temperaturniveau dann zwangshäufig höher ist und ebenfalls eine höhere Leistung
bewirkt.
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Hierbei kann es besonders vorteilhaft sein, der Wärmerückführung vom
ablaufenden Substrat zum zulaufenden Substrat eine Wärmepumpe zuzuordnen, wodurch
eine weitere Temperaturerhöhung und somit ein noch höheres Temperaturniveau mit
einfachen Mitteln erzielt werden kann.
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Darüber hinaus kann es für einen kostensparenden Betrieb zweckmäßig
sein, sowohl die Aerobbehandlungsstufe (AE) als auch die Anaerob#eh#ndlungsstufe
(AN) und zudem die Zwischenklärstufe (ZK) so zu schlitzen, daß eine Wärmeabstrahlung
an die Umgebungsluft weitgehend vermieden wird. Dies kann zweckmäßig durch eine
isolierte Behälter- bzw. Beckenummantelung, eine isolierte Überdeckung der Behandlungsstufen
bzw. durch eine Schwimmabdeckung erzielt werden.
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Auch eine innenseitige Anordnung der Aerobbehandlungsstufe dient diesem
Ziel, wobei die Anaerobstufe die Aerobstufe kreisringförmig ummantelt.
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