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Verfahren und Vorrichtung zum bio-
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logischen Reinigen von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum biologischen Reinigen von Abwasser,. bei dem das Abwasser in zumindest einem
Reaktor in Gegenwart von Rücklaufschlamm behandelt wird und bei dem das aus dem
Reaktor abgezogene Abwasser-Schlamm-Gemisch in einer Nachklärung durch Sedimentation
zu behandeltem Wasser und Schlamm aufgeteilt und der Schlamm mindestens teilweise
in den Reaktor zurückgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Solche Abwasserreinigungsverfahren können aerob oder anaerob durchgeführt
werden. Bei der aeroben Arbeitsweise wird in den Reaktor, der üblicherweise als
voll durchmischtes Becken ausgebildet ist, Luft und/oder Sauerstoff als Behandlungsgas
eingeleitet und mit Abwasser und Rücklaufschlamm vermischt. Durch die Tätigkeit
der im Rücklaufschlamm enthaltenen Mikroorganismen werden die in gelöster oder kolloidäler
Form vorliegenden organischen Schmutzstoffe des Abwassers zum Teil in Bakteriensubstanz
umgewandelt und zum Teil zu C02 und Wasser umgesetzt. Bei genügender Sauerstoffzufuhr,
ausreichender Wassertemperatur und geeigneter Schlammbelastung werden daneben außerdem
die im
Abwasser vorhandenen organischen Stickstoffverbindungen zunächst
in einem Hydrolyseschritt mit Hilfe heterotropher Bakterien in Ammoniak umgesetzt
und anschließend durch im Schlamm vorhandene autotrophe Bakterien zu Nitrit und
Nitrat oxidiert. Enthält dann das aus dem Reaktor ablaufende Abwasser-Schlamm-Gemisch
eine hohe Konzentration an Nitraten, besteht im nachgeschalteten Sedimentationsbecken
bei Auftreten anoxischer Bedingungen die Gefahr, daß Denitrikationsvorgänge mit
einer Nitratreduktion zu molekularem Stickstoff ablaufen. Zusammen mit den über
das Abwasser-Schlamm-Gemisch in das Sedimentationsbecken gelangenden C02-Gasblasen
bewirken die entstehenden Stickstoffgasblasen aufgrund der Flotationswirkung aufsteigender
Gasblasen auf größere Schlammflocken eine Schwimmschlammbildung im Sedimentationsbecken,
in deren Folge es im Ablauf aus dem Sedimentationsbecken zu Schlammabtrieb verbunden
mit einer Überschreitung der Ablaufgrenzwerte und einem Verlust an aktiver Biomasse
kommen kann. Dadurch ist aber die Reinigungsleistung stark vermindert.
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Die geschilderten Probleme können auch bei zweistufigen Belebtschlammreinigungsverfahren,
bei denen die Oxidation von organischen Kohlenstoffverbindungen und organischen
Stickstoffverbindungen in getrennten Reaktoren ablaufen, in den den Reaktoren jeweils
nachgeschalteten Sedimentationsbecken auftreten, wobei im Sedimentationsbecken der
ersten Stufe im wesentlichen aufsteigende C02-Gasblasen und im Sedimentationsbecken
der zweiten Stufe im wesentlichen aufsteigende Stickstoffgasblasen für die Schwimmschlammbildung
verantwortlich sind.
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Bei der anaeroben Arbeitsweise, die hauptsächlich zur Reinigung organisch
hochverschmutzter Abwässer aus Betrieben der Nahrungs- und Genußmittelindustrie
eingesetzt wird, werden hochmolekulare Nahrungsstoffe, wie Kohle-
hydrate,
Fette und Eiweiße, in insgesamt vier Abbauphasen, der Hydrolyse-, Verseuerungs-,
Acetat- und Methanphase, durch verschiedene spezifische anaerobe Bakterien zu CO2
und Methan umgewandelt. Durch das Ausgasen von CO2 und Methan kann dabei bereits
im Reaktor selbst aufgrund der Flotationswirkung der aufsteigenden Gasblasen eine
Schwimmschlammdecke gebildet werden, die insofern eine Behinderung des anaeroben
Abbaus darstellt, als die in der Schwimmschlammdecke eingeschlossenen Bakterien
nicht mehr für den anaeroben Abbau zur Verfügung stehen. Da das aus dem Reaktor
abgezogene Abwasser-Schlamm-Gemisch in der Regel noch einen gewissen Anteil an Faulgas
mit sich führt, kann es bei einem solchen Verfahren in einem dem Reaktor nachgeschalteten
Sedimentationsbecken ebenso zur Schwimmschlammbildung kommen.
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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 eine hohe Reinigungsleistung mit guten
Ablaufwerten sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der durch Flotationseffekt
in der Nachklärung sowie gegebenenfalls im Reaktor auftretende Schwimmschlamm schonend
soweit zerteilt wird, daß die den Auftrieb der Schlammflocken bewirkenden Gasblasen
freigesetzt werden.
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Mit dieser Verfahrensweise wird erreicht, daß die zerteilten Schlammflocken
wieder sedimentieren und dadurch die aktive Biomasse bei einem aeroben Abbau über
den Schlammrücklauf oder bei einem anaeroben Abbau durch direktes Absinken im Reaktor
oder über den Schlammrücklauf für die Abbauvorgänge erhalten bleibt, wodurch die
Reinigungsleistung erhöht wird. Außerdem können die ansonsten
zur
Schwimmschlammbeseitigung notwendigen Maßnahmen, wie die Installation eines Schwimmschlammräumers
sowie Einrichtungen zur Behandlung des abgetrennten Schwimmschlamms, zumindest weitgehend
entfallen.
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Mit Vorteil wird dabei die Zerteilung des Schwimmschlamms auf mechanische
Weise durchgeführt. Der erforderlich Energieaufwand für die Schwimmschlammzerteilung
kann damit besonders gering gehalten werden.
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Um sicherzustellen, daß überhaupt kein Schwimmschlamm in den Ablauf
abtreibt, ist es des weiteren vorteilhaft, die Zerteilung des Schwimmschlamms vor
einer nachfolgenden Schwimmschlammräumung durchzuführen. Sich nach einer Zerteilung
nicht gleich absetzende Schwimmschlammflocken können dann mit einem Schwimmschlammräumer
erfaßt und so vor einem Abtrieb in den Ablauf bewahrt werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt mindestens
einen Reaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser und ein dem Reaktor nachgeschaltetes
Sedimentationsbecken, von dem eine Schlammrückleitung zum Reaktor führt. Erfindungsgemäß
ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sedimentationsbecken
und/oder gegebenenfalls in dem Reaktor eine Einrichtung zur Zerteilung des durch
Flotationseffekte auftretenden Schwimmschlamms vorgesehen ist.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Einrichtung
zur Zerteilung des Schwimmschlamms ein unter die Wasseroberfläche eintauchendes
Maschenwerk oder Kammwerk sowie eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Maschenwerkes
oder des Kammwerkes parallel zur Wasseroberfläche auf. Abhängig von der Tauchtiefe
sowie von der Maschenweite des Maschen-
werkes bzw. von der Spaltbreite
des Kammwerkes und abhängig von der Geschwindigkeit der Bewegungseinrichtung ist
mit einer solchen Vorrichtung eine schonende Zerteilung der flotierten Schlammflocken
in kleine Schlammflocken ohne anhängende Gasblasen zu erreichen.
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Um die mechanische Beanspruchung der Schlammflocken so gering halten
zu können, daß eine für die Sedimentation günstige Flockenstruktur erhalten bleibt,
ist es zweckmäßig, wenn das Maschenwerk bzw. Kammwerk eine Tauchtiefe von 10 bis
20 cm unter die Wasseroberfläche und eine Maschenweite bzw. eine Spaltbreite von
0,1 bis 1 cm aufweist, und die Geschwindigkeit der Bewegungseinrichtung bei einem
Rechteckbecken auf 10 bis 60 mm/sec und bei einem Rundbecken in Bezug auf die Randgeschwindigkeit
auf 0,1 bis 0,2 m/sec einstellbar ist. Bei Einhaltung dieser Abmessungen und Geschwindigkeitswerte
werden außerdem nur geringe lokale Turbulenzen erzeugt, die die Sedimentation nicht
nachteilig beeinflussen. Die Tauchtiefe des Maschen- bzw.
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Kammwerkes von 10 bis 20 cm bis unter die Oberfläche ist im allgemeinen
zur Erfassung des gesamten Schwimmschlamms ausreichend.
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Insbesondere in Sedimentationsbecken, in denen an der Bekkensole ein
Schlammräumer vorhanden ist, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Bewegungseinrichtung
eine auf dem oberen Beckenrand verfahrbare Räumerbrücke ist. An dieser können dann
sowohl das Maschen- bzw. Kammwerk zur Zerteilung des Schwimmschlamms als auch der
an der Beckensole bewegte Schlammräumer befestigt sein. Zusätzlich kann an der Räumerbrücke
auch noch mit Abstand von dem Maschen-bzw. Kammwerk ein Schwimmschlammräumer angehängt
sein, mit dem nach der Zerteilung immer noch aufschwimmende Schlammflocken vor einem
Abtrieb in den Ablauf gesammelt werden. Um in einem Rechteckbecken bei einer Rückwärts-
bewegung
der Räumerbrücke eine Schwimmschlammzerteilung vor dem Schwimmschlammräumer zu erhalten,
sollten in diesem Fall beidseitig des Schwimmschlammräumers entsprechende Maschen-
bzw Rammwerke vorhanden sein. Die Verwendung einer Räumerbrücke als Bewegungseinrichtung
erlaubt eine einfache und kostengünstige Konstruktion und einen kaum mit Kosten
verbundenen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Bei Vorliegen von festen, zusammenhängenden Schwimmschlammflocken
kann die Flockenzerteilung noch verbessert werden, wenn das Maschen- bzw. Kammwerk
zusätzlich zu der Bewegung parallel zur Wasseroberfläche eine weitere Bewegung ausführt.
Dazu kann nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Maschen- bzw. Kammwerk
speichenförmig auf einer horizontal in Höhe der Wasseroberfläche rotierenden Achse
angeordnet sein. Zum gleichen Zweck kann dem Maschen-bzw. Kammwerk jedoch auch eine
Schwingungseinrichtung zugeordnet sein, die dem Maschen- bzw. Kammwerk eine Schwingung,
vorzugsweise mit einer Schwingungsfrequenz von 10 -40 min 1 und einer Schwingungsamplitude
von 5-15 cm, auferlegt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit einem Sedimentationsbecken
schematisch dargestellt.
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Es zeigt: Figur 1 einen Längsschnitt, Figur 2 einen Querschnitt eines
rechteckigen Sedimentationsbeckens.
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In den Figuren 1 und 2 ist das Sedimentationsbecken mit 1 bezeichnet.
An dem Sedimentationsbecken 1 ist an einem Ende ein Zulauf 2 für ein Abwasser-Schlamm-Gemisch
aus einem nichtdargestellten aeroben oder anaeroben Reaktor, am anderen Ende eine
Uberlaufrinne 3 mit Ablauf 4 für gerei-
nigtes Abwasser und an
einer sich über die gesamte Breite des Sedimentationsbeckens 1 erstreckendenVertiefung
5 des Beckenbodens eine Schlammabzugsleitung 6 angeschlossen. Die Schlammabzugsleitung
6 steht zur Schlammrückführung in den aeroben oder anaeroben Reaktor mit diesem
über eine Zweigleitung 7 in Verbindung. Auf dem oberen Beckenrand ist eine das Sedimentationsbecken
1 in der Breite überspannende Räumerbrücke 8 in Längsrichtung hin- und herbewegbar.
An die Räumerbrücke 8 ist ein über die Beckensole bewegter Schlammräumer 9 angehängt,
mit dem der sich auf den Beckenboden absetzende Schlamm zur Vertiefung 5 und der
Schlammabzugsleitung 6 geschoben werden kann.
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Zur Zerteilung des sich durch Flotationseffekte als Folge von Denitrifikationsvorgängen
bildenden Schwimmschlamms ist an die Räumerbrücke 8 ein unter die Wasseroberfläche
10 bis 20 cm tief eintauchendes Maschen- bzw. Kammwerk 10 mit einer Maschen- bzw.
Spaltbreite von 0,1 bis 1 cm befestigt, das bei der Hin- und Herbewegung der Räumerbrücke
8 auf dem Beckenrand senkrecht zur Eintauchrichtung durch das Wasser bewegt wird.
Durch die Hin- und Herbewegung des Maschen- bzw. Kammwerkes 10 mit der Räumerbrücke
8 werden die flotierten Schlammfladen entsprechend der Maschen- bzw.
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Spaltweite in kleine Schlammflocken ohne anhängende Gasblasen zerteilt
und können dadurch wieder sedimentieren.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, ein entsprechendes Maschen-
oder Kammwerk mit einer von einer Räumerbrücke eines Sedimentationsbeckens unabhängigen
Bewegungseinrichtung auszustatten, indem beispielsweise das Maschen- oder Kammwerk
an Führungsseilen oder Führungsschienen aufgehängt wird, und an das Maschen- oder
Kammwerk ein von einem Elektromotor angetriebenes Zugseil befestigt wird.
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Eine solche Konstruktion ist vor allem für den Einsatz in anaeroben
Reaktoren geeignet.
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Außerdem ist die Verwendung eines entsprechenden Maschen-oder Kammwerkes
nicht auf den Einsatz nur in Rechteckbecken beschränkt, sondern kann auch in Rundbecken
eingebaut werden.
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