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Verfahren und Vorrichtung zur biologischen
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Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen
Reinigung von Abwasser mit einem zweistufigen Reinigungsvorgang unter Zufuhr eines
sauerstoffhaltigen Gases, bei dem das Abwasser in der einen Stufe durch einen Tropfkörper
oder Filter und in der anderen Stufe durch ein Belebungsbecken geleitet wird, sowie
eine Vorrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens.
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Bei der biologischen Abwasserreinigung ist es grundsätzlich bekannt,
daß durch eine Hintereinanderschaltung von zwei Reinigungsstufen ein weit höherer
Reinigungsgrad als bei einstufigen Abwasserreinigungsanlagen erzielt werden kann,
wobei zusätzlich durch die Schaffung unterschiedlicher Lebensbedingungen in den
einzelnen Reinigungsstufen das Wachstum verschiedener Mikroorganismen gefördert
wird. Dabei ist die Kombination unterschiedlich aufgebauter Reinigungsstüfen, bei
der Belebungsbecken mit Tropfköprer oder Filter oder umgekehrt Tropfkörper oder
Filter mit Belebungsbecken und Nachklärbecken hintereinander geschaltet werden,
durchaus üblich und
richtet sich im wesentlichen nach der Belastung
des zu reinigenden Abwassers und den erforderlichen Reinigungsleistungen Zur Sauerstoffversorgung
der Mikroorganismen in beiden Stufen ist es ebenso bekannt,beiden Stufen Luft oder
auch ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas zuzuleiten, Die mit Luft arbeitenden
Verfahren haben dabei den Nachteil, daß im allgemeinen eine nur geräte Sauerst Offausnutzung
erreicht wird und der nicht verbbauchte Sauerstoffanteil zusammen mit dem Luft-Stickstoff
wieder in die Atmosphäre entweicht, wobei diese Abluft als Trägergas für flüchtige,
geruchsintensive Stoffe dient. Wenn dagegen mit reinem Sauerstoff begast wird, ergeben
sich diese Nachteile nicht in diesem Maße, da zum einen aufgrund der höheren Sauerstoffausnutzung
weniger Abgas entsteht und zum. anderen die Abwasserreinigung auch in geschlossenen
Systemen er folgt Der Nachteil des Sauerstoffeinsatzes liegt jedoch in den hohen
Herstellungskosten, die die Wirtschaftlicho keit einer mit Sauerstoff betriebenen
Abwasserreinigungeanlage beschränken, sofern der hergestellte Sauerstoff nicht weitestgehend
für den biologischen Abbau genutzt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten,
daß auf einfache und wirtschaftliche Weise hohe Reinigungswerte erzielt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einen Stufe
ein mehr Volumenprozent Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zugeführt,
das entstehen, de Abgas aus der einen Stufe in die andere Stufe übergeleitet und
die Menge des zugeführten Behandlungsgases so bemessen wird, daß das nach Durchgang
durch die beiden Stufen insgesamt abge#ogene Abgas noch 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise
nach 25 bis50 Vol-%, Sauerstoff enthält.
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Mit dieser Bemessungsgrundlage für die Menge des zuzuführenden Behandlungsgases
wird auf überraschend einfache Weise eine hohe Sauerstoffausnutzung erreicht, wobei
sich noch dazu eine einfache Regelung für die Zufuhrmenge des Behandlungsgases durch
die Möglichkeit der Messung der Sauerstoffkonzentration im abgezogenen Abgas ergibt.
Außerdem sind je nach Ausbildung der ersten und zweiten Reinigungsstufe und je nach
Gaszufuhr zur ersten oder zweiten Reinigungsstufe insgesamt vier Schaltungsmöglichkeiten
durchführbar, so daß das erfindungsgemäße Verfahren der Art des zu behandelnden
Abwassers angepaßt werden kann.
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Insbesondere für die Reinigung hochbelasteter Abwässer ist es nach
einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorteilhaft, das Abwasser in der ersten
Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter und in der zweiten Stufe durch ein Belebungsbecken
zu.leiten und die Zufuhr des Behandlungsgases in der ersten Stufe durchzuführen.
Aufgrund der Zufuhr des sauerstoffreichen Behandlungsgases in die erste Stufe kann
dann der Tropfkörper als Hochlasttropfkörper mit hoher Raumabbauleistung betrieben
werden.
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Die zum Überleiten von Abgas ins nachgeschaltete Belebungsbecken erforderliche
geschlossene Ausbildung des Tropfkörpers läßt zudem hohe Sauerstoffpartialdrücke
zu, die eine optimale Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen gewährleisten. Da
außerdem bei Hochlaststufen biochemische Prozesse nur in geringem Umfang stattfinden
und im wesentlichen eine Adsorption vor sich geht, ist der Sauerstoffbedarf entsprechend
gering, so daß in diesem Fall ein großer Abgasstrom mit hohem Sauerstoffgehalt von
60 bis 70 % aus der ersten in die zweite Stufe übergeleitet wird.
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Selbstverständlich ist es bei der vorstehend beschriebenen Hintereinanderschaltung
von Tropfkörper und Belebungsbecken auch möglich, das Behandlungsgas dem Belebungsbecken
der zweiten Stufe und das Abgas des Belebungsbeckens dem Tropfkörper#in der ersten
Stufe zuzuführen. Dabei.ist der Betrieb des Tropfkörpers in der ersten Stufe als
Hochlasttropfkörper jedoch insofern ungünstig, als dann aufgrund des verhältnismäßig
geringen Sauerstoffverbrauchs in der ersten Stufe mit 4.s-- angegebenen Bemessungsgrundlage
unter Umstanden keine atsreichen~ de Sauerstoffversorgung im Belebungsbecken der
zweiten Stufe gegeben ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens
ist es dagegen auch möglich, das Abwasser in der ersten Stufe durch ein Belebungsbecken
und nach einer Schlammabtrennung in der zweiten Stufe durch einen Tropfkörper oder
Filter zu leiten und die Zufuhr des Behandlungsgases in der ersten Stufe durchzuführen.
Diese Schaltungsvariante eignet sich insbesondere für eine Nitrifikation in der
zweiten Stufe, da mit der Anordnung eines Tropfkörpers oder Filters das aufgrund
der geringen Schlammbelastung in der zweiten Stufe ansonsten vorhandene Problem
der schlechten Absetzbarkeit des Belebtschlamms mit der Ansiedlung der nitrifizierenden
Mikroorganismen auf den Trägermaterialien des Tropfkörpers oder Filters umgangen
werden kann. Eine Nachkläreinrichtung in der zweiten Stufe kann deshalb entweder
ganz entfallen oder zumindest nur kleine Abmessungen aufweisen. Der in der zweiten
Stufe verwendete Tropfkörper oder Filter kann dabei ohne Geruchsbelästigung für
die Umwelt offen ausgebildet sein, da mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise
eine weitgehende Sauerstoffausnutzung gegeben ist und die am Ende der zweiten Stufe
abgezogene Abgasmenge entsprechend klein ausfällt.
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Selbstverständlich kann auch bei der vorstehend beschriebenen Hintereinanderschaltung
von Belebungsbecken, Machklärbecken und Tropfkörper oder Filter das Behandlungsgas
dem Tropfkörper oder Filter zugeführt und deren Abgas in das Belebungsbecken der
ersten -Stufe -übergeleitet werden. Diese Gasführung hat den Vorteil, daß in den
Tropfkörper oder Filter der zweiten Stufe kein, die Nitrifikationsvorgänge unter
Umständen behinderndes C02-haltiges Gas eingeleitet wird. Vielmehr könnterbei offener
Ausbildung des Belebungsbeckens der ersten Stufe das bei der Oxidation der Kohlenstoffverbindungen
anfallende C02 mit dem abgezogenen Abgas ausgestrippt werden.
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Falls die am Ende der zweiten Stufe abgezogene Abgasmenge relativ
groß ist, kann es unter Umständen zweckmäßig sein, das nach Durchgang durch die
beiden Reinigungsstufen abgezogene Abgas einer der beiden Reinigungsstufen wieder
zuzuführen, um eine noch höhere Sauerstoffausnutzung zu erzielen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt eine zweistufige
Abwasserreinigungsanlage mit einem Zulauf für zu behandelndes und einem Ablauf für
behandeltes Abwasser, bei der die eine Stufe ein Belebungsbecken und die andere
Stufe einen Tropfkörper oder Filter aufweist. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, daß der einen Stufe eine Zuleitung für ein mehr Volumenprozent
Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zugeordnet, zwischen den beiden
Stufen ein Gasströmungsweg zum Überführen von Abgas aus der einen in die andere
Stufe vorhanden und der anderen Stufe eine Abgasleitung zur Abführung eines Abgases
mit 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise 25 bis 50 Vol-%,Sauerstoff zugeordnet ist.
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Zur Behandlung hochbelasteter Abwässer ist es dabei zweckmäßig, wenn
in der ersten Stufe der Tropfkörper oder der Filter und in der zweiten Stufe das
Belebungsbecken mit einer Nachkläreinrichtung angeordnet ist und die Zuleitung für
das Behandlungsgas dem Tropfkörper oder dem Filter und die Abgasleitung dem Belebungsbecken
zugeordnet ist.
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Andererseits ist es für die Nitrifikation von Abwasser zweckmäßig,
wenn in der ersten Stufe das Belelsrecken mit einem nachgeschalteten ZwischenklArL<cken
und in der zweiten Stufe der Tropfkörper oder der Filter angeordnet ist und die
Zuleitung für das Behandlungsgas dem Belebungsbecken und die Abgasleitung dem Tropfkörper
zugeordnet ist.
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Damit zur vollständigen Sauerstoffausnutzung das nach Durchgang durch
die beiden Reinigungsstufen abgezogene Abgas einer der beiden Reinigungsstufen wieder
zugeführt werden kann, sollte außerdem vorteilhafter Weise die Abgasleitung über
Zweigleitungen mit der Zuleitung für Behandlungsgas und/oder mit dem Gasströmungsweg
zwischen der einen oder der anderen Stufe in Verbindung stehen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
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Es zeigt.
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Fig. 1 eine Anlage mit einem Tropfkörper in der ersten Stufe und
mit einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken in der zweiten Stufe; Fig. 2
eine Anlage mit einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken in der ersten Stufe
und mit einem Tropfkörper in der zweiten Stufe.
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Gemäß Figur 1 ist die erste Stufe der dargestellten Abwasserreinigungsanlage
mit 1 und die zweite Stufe mit 10 bezeichnet. Die erste Stufe 1 umfaßt in diesem
Fall einen gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildeten Tropfkörper 2 mit einer
im oberen Bereich angeordneten Abwasserzuleitung 3 und einer im unteren Bereich
angeordneten Abzugsleitung 4 für vorbehandeltes Abwasser. Außerdem ist im unteren
Bereich des Tropfkörpers 2 eine Gaszuleitung 5 für ein mehr Sauerstoff als Luft
enthaltendes Behandlungsgas und im oberen Bereich eine Abgasleitung 6 angeschlossen.
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Die zweite Stufe 10 umfaßt ein Belebungsbecken 11 und ein nachgeschaltetes
Nachklärbecken 12 mit einem Ablauf 13 für behandeltes Abwasser, einer Schlammrückleitung
14 für Rücklaufschlamm und mit einer Schlammableitung 15 für Überschuß schlamm,
Zur Überleitung des im Tropfkörper 2 der ersten Stufe 1 vorbehandelten Abwassers
in das Belebungsbecken 11 der zweiten Stufe 10 lst an dieses die Abzugsleitung 4
des Tropfkörpers 2 angeschlossen. In dem in diesem Fall gegen die Atmqsphäre abgeschlossenen
Belebungsbecken 12 ist eine beispielsweise als Oberflächenbelüfter ausgebildete
Begasungseinrichtung 16 angeordnet, mit der das sich unter der Abdeckung des Belebungsbekkens
11 ansammelnde Gas in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch eingetragen werden kann.
Als Behandlungsgas wird erfindungsgemäß das aus dem Tropfkörper 2 der ersten Stufe
1 abgezogene Abgas verwendet. Zu diesem Zweck ist die Abgasleitung 6 des Tropfkörpers
2 an das Belebungsbecken 11 angeschlossen. Abgas wird aus dem Belebungsbecken 11
über eine Abgasleitung 17 abgezogen.
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Zur Erzielung einer möglichst weitgehenden Sauerstoffausnützung wird
die Zufuhrmenge des Behandlungsgases in der Gaszuleitung 5 des Tropfkörpers2 so
bemessen, daß das in der Abgasleitung des Belebungsbeckens 11 der zweiten Stufe
fe 10 abgezogene Abgas einen Sauerstoffgehalt von 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise
von 25 bis 50 Vol-%, aufweist.
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Dazu kann in der Abgasleitung 17 eine nicht dargestellte Meßeinrichtung
zur Bestimmung des SaverstorxgahFlees angeordnet sein. Das Meßsignal kann dann 4
#n einer Regeleinrichtung mit einem Sollwert verglichen werden und gemäß dem Differenzwert
die Gaszufuhr in der Gaszuleitung 15 eingestellt werden.
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Zur Ausnutzung des Restsauerstoffs in dem aus der zweiten Stufe 10
abgezogenen Abgas steht die Abgasleitung 17 über Zweigleitungen 18, 19 mit der Gaszuleitung
5 und der Abgasleitung 6 des Tropfkörpers 2 in Verbindung Gemäß Figur 2 umfaßt die
erste Stufe 1 der dargestellten Abwasserreinigungsanlage ein geschlossenes Belebungsbekken
21 und ein nachgeschaltetes Nachklärbecken 22 mit einem Ablauf 23 für vorbehandeltes
Abwasser, einer Schlammrückleitung 24 und einer Schlammableitung 25 für Überschußschlamm.
Zu behandelndes Abwasser wird dem Belebungsbecken 21 über einen Zulauf 28 zugeführt,
während ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas über eine Gaszuleitung
29 in den Gasraum unter der Abdeckung des Belebungsbeckens 21 eingeleitet wird.
Als Begasungseinrichtung 26 ist über dem .Beckenboden ein Gasverteiler angeordnet,
dem über eine Saugleitung mit Lüfter das sich unter der Abdeckung sammelnde Gas
zugeführt wird. Über dem Gasverteiler 26 ist eine Rühreinrichtung 27 vorgesehen.
Abgas wird über eine Abgasleitung 30 abgezogen. In der #eiten Stufe 10 ist in diesem
Fall ein Tropfkörper 31 angeordnet. Im oberen Bereich des Tropf-
körpers
31 ist der Ablauf 23 für behandeltes Abwasser aus der ersten Stufe 1 angeschlossen,
während im unteren Bereich die Abgasleitung 30 der ersten Stufe 1 sowie ein Ablauf
32 für behandeltes Abwasser vorgesehen ist. Abgas wird aus dem Tropfkörper über
eine oben angeordnete Abgasleitung -34 abgezogen und kann über e#ine Zweigleitung
35 eventuell der Gaszuleitung 29 der ersten Stufe 1 zugeführt werden.
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Die Regelung der Gaszufuhrmenge zu dem Belebungsbecken der ersten-Stufe
kann in gleicher Weise erfolgen, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.
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Zahlenbeispiel: Ein hochbelastetes Abwasser der Milchindustrie wird
in einer Anlage gemäß Figur 1 behandelt. Dieses Abwasser wird in einer Menge von
1000 m3/d und mit einer BSB5-Belastung von 2000 mg/l einem mit Kunststoffelementen
gefüllten Tropfkörper aufgegeben. Die Füllung hat ein Volumen von 666 m3, so daß
eine BSB5-Raumbelastung von 3 kg/m# .d entsteht. Die Füllung wird außerdem mit Rücklauf
des Tropfkörperablaufes beaufschlagt. Dem Tropfkörper wird reiner Sauerstoff in
einer Menge von 1200'kg/dzugeleitet.Von dieser Menge werden im Tropfkörper 600 kg/d
verbraucht. Der den Tropfkörper verlassende Ablauf hat in der sedimentierten Probe
noch eine BSB5-Belastung von 500. mg/l, entsprechend einem Abbauwirkungsgrad von
75 %. Dieser Ablauf wird in der Belebungsanlage mit 250 m3 Belebungsbeckenvolumen
weiter gereinigt, so daß im Endablauf des nachgeschalteten Klärbeckens noch eine
BSB5-Belastung von nur 15 mg/l verbleibt. Das den Tropfkörper verlassende und dem
Belebungsbecken zugeleitete Abgas enthält noch 600 kg/d an Sauerstoff. Dieser wird
bis auf einen geringen Rest von 35 kg/d, welcher mit dem Abgas das Belebungsbecken
verläßt, im Belebungsbecken verbraucht. Eine Rückführung von Abgas in die erste
oder zweite Stufe erscheint in diesem Fall bei einer Ausnutzung p797 % weicht mehr
lohnend.