DE3327032A1 - Process for the anaerobic treatment of highly organically polluted effluent - Google Patents

Process for the anaerobic treatment of highly organically polluted effluent

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Abstract

In the process, the highly organically polluted, in particular calcium-containing-effluent is anaerobically degraded. The effluent is combined with other industrial effluents which contain ions which can be precipitated by calcium. After settling of solids, the effluent is denitrified together with prepurified other effluents and aerobically nitrified. The resulting sludges can be essentially combined in such a manner that on the one hand fertiliser and on the other hand combustible compositions are formed without loss of energy. Resulting substances which must be stored in land fills are relatively clean and inert.

Description

Verfahren zur anaeroben Behandlung Method of anaerobic treatment

organisch hochbelasteter Abwässer Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur anaeroben Behandlung organisch hochbelasteter Abwässer. highly organic wastewater The present invention relates to a process for the anaerobic treatment of organically highly polluted wastewater.

Sie betrifft weiterhin die Reinigung weiterer industrieller und sonstiger Abwässer.It also affects the cleaning of other industrial and other Sewage.

Der Abbau insbesondere langkettiger organischer Substanzen unter strengem Luftabschluß in anaeroben Bioreaktoren zu kürzerkettigen Molekülen und der anschließende Abbau bis zum Methan (Biogas) erfordert wegen der relativ geringen Abbaugeschwindigkeit große Reaktoren mit mittleren Verweilzeiten des Abwassers von in der Praxis bis zu über 20 Tagen.The degradation of long-chain organic substances in particular under strict Air exclusion in anaerobic bioreactors to form shorter-chain molecules and the subsequent Degradation down to methane (biogas) is required because of the relatively low rate of degradation large reactors with mean residence times of the wastewater from in practice to to over 20 days.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, das Reinigungsverfahren zu beschleunigen und damit das benötigte Reaktorvolumen deutlich zu senken.The present invention has set itself the task of the cleaning process to accelerate and thus significantly reduce the required reactor volume.

Dies gelingt erfindungsgemäß überraschenderweise dadurch, daß man das organisch hochbelastete Abwasser vor dem anaeroben Abbau einer kurzzeitigen Vorsäuerung unterwirft.Surprisingly, according to the invention, this is achieved by the organically highly polluted wastewater before the anaerobic degradation of a short-term Subjects to acidification.

Diese Vorsäuerung kann in einem Vorreaktor durchgeführt werden, der gleichzeitig als Frachtausgleichsbehälter dienen kann. Der hierin ablaufende Abbau zu kurzkettigen Substanzen verläuft spontan, d.h. ohne gezielte Fermentation,mit Hilfe eingeschleppter, in schwach saurem Milieu wirksamer Bakterien, die sich ausreichend schnell vermehren, um die mittlere Verweilzeit des Abwassers auf ca. 6 Stunden beschränken zu können.This pre-acidification can be carried out in a pre-reactor which can also serve as a freight compensation container. The degradation taking place here Substances that are too short-chain take place spontaneously, i.e. without specific fermentation Help introduced bacteria that are effective in a weakly acidic environment and that are sufficiently multiply quickly in order to limit the mean residence time of the wastewater to approx. 6 hours to be able to.

Das Abwasser gelangt danach in den die methanogenen Bakterien enthaltenden Bioreaktor, der ein schwach alkalisches Milieu aufweist.The wastewater then reaches the one containing the methanogenic bacteria Bioreactor with a weakly alkaline environment.

Auf diese Weise gelingt es, die Bakterien optimal auszunutzen und die Verweilzeit im Bioreaktor und damit auch sein Volumen deutlich zu senken.In this way it is possible to optimally exploit the bacteria and to significantly reduce the residence time in the bioreactor and thus also its volume.

Eine weitere erhebliche Reduzierung der mittleren Verweilzeit gelingt dadurch, daß in der Vorsäuerungsstufe die Temperatur soweit gesenkt wird, daß organischer Primärschlamm ausfällt.A further considerable reduction in the mean residence time is achieved in that in the pre-acidification stage the temperature is lowered to such an extent that it is more organic Primary sludge fails.

Dieser Schlamm stellt ein wertvolles Produkt dar, das einen ausreichend hohen Heizwert besitzt um verbrannt zu werden.-Der Primärschlamm braucht im nachgeschalteten Bioreaktor nicht mehr abgebaut zu werden, wodurch die erforderliche mittlere Verweilzeit in diesem weiter erheblich sinkt.This sludge is a valuable product that is sufficient for one has a high calorific value to be incinerated.-The primary sludge needs in the downstream The bioreactor does not have to be broken down any more, which results in the required mean residence time in this further decreases considerably.

Die Effektivität des Bioreaktors kann letztlich noch dadurch erhöht werden, daß man ihm die beim Abbau anfallenden Inertstoffe gezielt entzieht, Klarwasser abzieht, mit Hilfe von Schlammabscheidern eindickt und mit rückgeführtem abbaubarem Schlamm im Reaktor hohe Konzentrationen aufrecht erhält, ohne daß die Inertstoffe mengenmäßig zunehmen und die relative Konzentration an Bakterien und abbaubarer Substanz senken. Dies kann durch Abfiltrieren bewirkt werden.The effectiveness of the bioreactor can ultimately be increased as a result that one removes the inert substances resulting from the degradation in a targeted manner, clear water withdraws, thickened with the help of sludge separators and with recycled degradable Sludge in the reactor maintains high concentrations without the inerts increase in quantity and the relative concentration of bacteria and degradable Lower substance. This can be done by filtering off.

Es ist aber auch möglich, durch eine Umlaufbewegung des Reaktorinhalts die Inertstoffe, die ein höheres spezifisches Gewicht aufweisen als die Schlammteilchen mit Hilfe des "Teetasseneffektes" gezielt im mittleren Bereich des Behälterbodens zu sedimentieren und das Sediment von dort vorzugsweise nach unten abzuziehen.It is also possible, however, by circulating the contents of the reactor the inert substances, which have a higher specific weight than the sludge particles with the help of the "teacup effect" targeted in the middle area of the container bottom to sediment and to withdraw the sediment from there, preferably downwards.

Durch die Kombination der vorerwähnten Maßnahmen läßt sich die mittlere Verweilzeit im Bioreaktor auf bis zu unter 7 Tagen senken.By combining the aforementioned measures, the mean Reduce the dwell time in the bioreactor to less than 7 days.

Gleichzeitig wird die spezifische Methanausbeute gesteigert.At the same time, the specific methane yield is increased.

Vorteilhaft läßt sich das oben genannte Verfahren auf Abwässer anwenden, die einen hohen Anteil an Calciumionen besitzen.The above-mentioned method can advantageously be applied to wastewater, which have a high proportion of calcium ions.

Diese werden als Calciumcarbonat gefällt und adsorbieren einen wesentlichen Anteil abgestorbener Bakterien und schleusen diese mit aus.These are precipitated as calcium carbonate and adsorb a substantial amount Share of dead bacteria and remove them with them.

Mit großem Vorteil läßt sich derart die Submersablauge aus der Citronensäureherstellung aufarbeiten.The submerged waste liquor from citric acid production can be used with great advantage in this way work up.

Eine separate Aufarbeitung calciumhaltiger hochbelasteter organischer Abwässer stellt einen weiteren wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung dar.A separate processing of calcium-containing highly contaminated organic Wastewater represents a further essential part of the present invention.

Stand der Technik ist bisher, sämtliche Abwässer aus der chemischen Produktion mit den sonstigen, unter anderem Fäkalien enthaltenden Abwässern zu vereinigen und gemeinsam aufzuarbeiten. Dabei entstehen hohe Aufkommen an nichtverwertbaren Abfällen, die deponiert werden müssen. The state of the art is so far, all wastewater from the chemical To unite production with the other wastewater containing, among other things, faeces and work through it together. This creates a high volume of unusable Waste that needs to be landfilled.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher weiterhin die Aufgabe gestellt, den zu deponierenden Abfall durch gezielte und getrennte Aufarbeitung zu verringern. The present invention has therefore also set itself the task of to reduce the waste to be dumped through targeted and separate processing.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß man anaerob aufgearbeitetes, Calciumionen enthaltendes Klarwasser - das z.B. noch Nitrate enthält - mit einem Abwasser vereinigt, das mit Calciumionen fällbare Anionen, wie z.B. Phosphationen besitzt, wobei natürlich bedarfsweise ein Calciumunterschuß ausgeglichen werden kann. The solution to this problem is that anaerobically processed, Clear water containing calcium ions - which e.g. still contains nitrates - with a Wastewater combines the anions that can be precipitated with calcium ions, such as phosphate ions possesses, with a calcium deficit being compensated, of course, if necessary can.

Es wird daher vorgeschlagen, das Abwasser aus der anaeroben Stufe mit einem solchen, insbesondere Phosphat enthaltenden Abwasser zu vereinigen, zu mischen und über einen Feststoffabscheider das gebildete Salz, insbesondere Dicalciumphosphat auszuschleusen. Dicalciumphosphat ist ein wertvoller Düngemittel-Hilfsstoff. It is therefore proposed that the wastewater from the anaerobic stage to unite with such, in particular phosphate-containing wastewater to mix and use a solids separator to remove the salt formed, in particular dicalcium phosphate eject. Dicalcium phosphate is a valuable fertilizer additive.

Man kann Dicalciumphosphat auch mit einem Teil des in den dem vorgenannten Bioreaktor der anaeroben Stufe nachgeschalteten Separatoren eingedickten Schlamms vereinigen und direkt als Düngemittel einsetzen. One can also use dicalcium phosphate with part of the above Bioreactor of the anaerobic stage downstream separators of thickened sludge combine and use directly as fertilizer.

Der flüssige Überstand aus der Calciumfällung kann dann vorteilhaft mit den sonstigen, z.B. Fäkalien enthaltenden Werksabwässern nach deren Vorreinigung vermischt werden, wobei die vereinigten sauren Abwässer aus der anaeroben Stufe und der Calcium(phosphat) Fällung neutralisiert werden. The liquid supernatant from the calcium precipitation can then be advantageous with the other plant wastewater, e.g. containing faeces, after it has been pre-cleaned are mixed, with the combined acidic waste water from the anaerobic stage and the calcium (phosphate) precipitation are neutralized.

Der dadurch entstehende Vorklärschlamm enthält verbrennbare Produkte. Er kann insbesondere mit dem bei der Vorsäuerung der anaeroben Stufe anfallenden Primärschlamm vereinigt, entwässert und wegen des dadurch entstehenden ausreichenden Heizwertes energieverlustlos verbrannt werden.The resulting primary sludge contains combustible products. In particular, it can be compared with that which occurs during the pre-acidification of the anaerobic stage Primary sludge combined, dewatered and because of the resulting sufficient Calorific value can be burned without loss of energy.

Das der Vorklärung entstammende Abwasser kann dann einem Stickstoffabbau in einem Denitrifikations/Nitrifikationskreislauf in einer aeroben Stufe unterworfen werden, wobei ein Teil des die Nitrifikation verlassenden Abwassers ausgeschleust und aus diesem aerobe tJberschußschlamm abgetrennt werden kann.The wastewater from the primary treatment can then undergo nitrogen degradation subjected in a denitrification / nitrification cycle in an aerobic stage part of the wastewater leaving the nitrification is discharged and from this aerobic excess sludge can be separated.

Auch dieser aerobe Überschuß schlamm kann mit den vorgenannten Schlämmen aus der Vorsäuerung (organische Primärschlämme) und dem bei der Vorklärung vor der Denitrifikation ausfallenden Vorklärschlamm vereinigt und mit dem oben geschilderten Vorteil verbrannt werden.This aerobic excess sludge can also be mixed with the aforementioned sludge from the pre-acidification (organic primary sludge) and the pre-clarification before the Denitrification precipitating primary sewage sludge combined and with the above Benefit to be burned.

An deponiepflichtigem Abfall entstehen somit gegebenenfalls lediglich die relativ sauberen inerten Substanzen aus der anaeroben Fermentation. Das derart gereinigte Werksabwasser entspricht den gesetzlichen Anforderungen im hohen Maße.Waste that is subject to landfill may therefore only arise the relatively clean inert substances from anaerobic fermentation. That kind of thing Treated factory wastewater meets the legal requirements to a high degree.

Anhand des beiliegenden Fließbildes wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.The process according to the invention is illustrated using the attached flow diagram explained in more detail.

Dargestellt sind drei Abwasserströme, - das organisch hochbelastete Abwasser (z.B. aus der Citronensäureherstellung) - mit Calciumionen fällbare Anionen aufweisendes zweites Abwasser (phosphathaltige Abwässer) - sonstiges Werks- oder auch kommunales Abwasser.Three wastewater streams are shown, - the organically highly polluted one Wastewater (e.g. from citric acid production) - anions that can be precipitated with calcium ions second wastewater (phosphate-containing wastewater) - other plant or also municipal wastewater.

Das organisch hochbelastete Abwasser wird zunächst vorgesäuert. Der hierzu eingesetzte Behälter dient gleichzeitig dem Frachtausgleich. Hierin befinden sich in leicht saurem pH schnellwachsende Bakterien; Der Behälterinhalt wird zur Ausfällung eines organischen Primärschlammes gekühlt, wonach der Schlamm am Boden abgezogen wird. Die überstehende Lösung gelangt in den Bioreaktor, in dem im leicht alkalischen Bereich wirksame ~anaerobe Bakterien vorgelegt sind.The organically highly polluted wastewater is first pre-acidified. Of the The container used for this also serves to balance the freight. Located in it Bacteria that grow rapidly in slightly acidic pH; The contents of the container become Precipitation of an organic primary sludge is cooled, after which the sludge is at the bottom is deducted. The supernatant solution gets into the bioreactor, in which im easily alkaline range effective ~ anaerobic bacteria are presented.

Der Behälterinhalt wird z.B. mit Hilfe des dargestellten tangential eingestellten Rührers in Bewegung gesetzt, wodurch sich spezifisch schwereres Inertmaterial im mittleren Bereich des Behälterbodens sammelt, von welchem es abgezogen wird.The container content is e.g. tangential with the help of the set stirrer in motion, which specifically heavier inert material collects in the middle area of the container bottom, from which it is withdrawn.

Am Kopf des Reaktors wird Methan gewonnen und z.B. für Heizzwecke eingesetzt.Methane is extracted at the top of the reactor, e.g. for heating purposes used.

Vom Badspiegel wird Klarablauf abgeleitet und Schlammabscheidern zugeführt. Eingedickter Schlamm wird in den Bioreaktor zurückgegeben, um dort die Konzentration zu optimieren.Clear drainage is diverted from the bathroom level and fed to sludge separators. Thickened sludge is returned to the bioreactor for concentration there to optimize.

Der Uberlauf aus den Schlammabscheidern wird im Mischbehälter 1 mit den hier beispielsweise eingesetzten phosphathaltigen Abwässern vereinigt und gelangt in einen Feststoffabscheider.The overflow from the sludge separators is in the mixing tank 1 with the phosphate-containing wastewater used here, for example, is combined and arrives into a solids separator.

Ausgefallenes Dicalciumphosphat wird abgetrennt. Das Abwasser gelangt weiterhin in den Mischbehälter 2, in dem es mit den über Sieb und Sandfang geführten sonstigen Abwässern vereinigt wird.Precipitated dicalcium phosphate is separated off. The sewage gets there continue into the mixing container 2, in which it is passed through the sieve and sand trap other wastewater is combined.

Durch die Zugabe der sonstigen (alkalischen) Abwässer werden die sauren vorgenannten neutralisiert, in der dem Mischbehälter 2 nachgeschalteten Vorklärstufe fällt dadurch ein brennbarer (oder auch deponiefähiger) Vorklärschlamm an.When the other (alkaline) wastewater is added, the acidic the aforementioned neutralized in the primary clarification stage downstream of the mixing tank 2 this results in a combustible (or also suitable for landfill) primary sewage sludge.

Das Überstehende Abwasser gelangt zum Stickstoff - und zum Abbau der restlichen Kohlenwasserstoffe in eine hier als zweistufig dargestellte Denitrifikationseinheit, in der unter Sauerstoffabspaltung eine Reduktion von Nitraten zu N2 vorgenommen wird. Nicht abgebauter gebundener Stickstoff wird nachfolgend - hier vierstufig dargestellt - oxidiert und nach Rückführung von Stickoxiden zu N2 denitrifiziert.The excess wastewater reaches the nitrogen - and the degradation of the remaining hydrocarbons in a denitrification unit shown here as a two-stage, in which a reduction of nitrates to N2 is carried out with elimination of oxygen will. Bound nitrogen that has not been degraded is subsequently - here in four stages shown - oxidized and denitrified to N2 after recycling of nitrogen oxides.

Der überwiegende Teil des Wassers wird dabei im Kreislauf geführt, der geringere wird nachgeklärt und von aerobem Überschußschlamm befreit.The majority of the water is circulated, the lower one is clarified and freed from aerobic excess sludge.

Claims (10)

Patentansprüche Verfahren zur Behandlung organisch hochbelasteten Abwassers in einem anaeroben Bioreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abwasser einer kurzzeitigen Vorsäuerung unterwirft und es anschließend in den Bioreaktor überführt. Method for the treatment of organically highly polluted Waste water in an anaerobic bioreactor, characterized in that the waste water subject to a brief pre-acidification and then put it in the bioreactor convicted. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man aus der Vorsäuerung organischen Primärschlamm durch Kühlung ausfällt und abzieht und den Uberstand in den Bioreaktor leitet.2. The method according to claim 1, characterized in that from the pre-acidification precipitates and removes organic primary sludge by cooling and directs the supernatant into the bioreactor. 3. Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vorsäuerung bei mittleren Verweilzeiten von etwa 6 Stunden durchführt und die anaerobe Behandlung im Bioreaktor bei mittleren Verweilzeiten von etwa 7 Tagen vornimmt.3. The method according to claim 1-2, characterized in that the Carries out pre-acidification with average residence times of about 6 hours and the anaerobic Treatment in the bioreactor with mean residence times of about 7 days. 4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Bioreaktors mittels Rührorganen in eine Umlaufbewegung versetzt wird, wodurch sich die beim anaeroben Abbau entstehenden spezifisch schwereren inerten, gegebenenfalls calciumcarbonathaltigen Produkte sedimentieren und im mittleren Bereich des Behälterbodens sammeln, von diesem abgezogen werden und daß der überstehende Inhalt in Schlammabscheidern eingedickt wird, wobei man den Schlamm in den Bioreaktor rezirkuliert.4. The method according to claim 1-3, characterized in that the content of the bioreactor is set in a rotating motion by means of agitators, whereby the specifically heavier inert, possibly occurring during anaerobic degradation containing calcium carbonate The products sediment and collect in the middle area of the bottom of the container this are drawn off and that the excess content is thickened in sludge separators is, recirculating the sludge in the bioreactor. 5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man die beim anaeroben Abbau entstehenden inerten, gegebenenfalls calciumcarbonathaltigen Stoffe anstelle der Sedimentierung mit Hilfe von Filtern ausschleust und das Filtrat eindickt.5. The method according to claim 1-4, characterized in that the Inert, possibly containing calcium carbonate, formed during anaerobic degradation Substances instead of sedimentation are discharged with the help of filters and the filtrate thickens. 6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das organisch hochbelastete Abwasser Submersablauge aus der Citronensäureherstellung ist.6. The method according to claim 1-5, characterized in that the organic highly contaminated wastewater is submerged waste liquor from citric acid production. 7. Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß man das die Schlammabscheider verlassende, Calciumionen aufweisende Abwasser mit anderen Abwässern, die mit Calcium fällbare Anionen enthalten, insbesondere mit phosphathaltigen Abwässern vereinigt, gefällte Stoffe und Feststoffe abscheidet und den Uberstand mit vorgereinigten sonstigen industriellen Abwässern vereinigt, vorklärt, den Vorklärschlamm abzieht und die vorgeklärte Flüssigkeit gegebenenfalls wiederholt denitrifiziert und aerob nitrifiziert.7. The method according to claim 1-6, characterized in that the calcium ion-containing wastewater leaving the sludge separator with others Wastewater containing anions which can be precipitated with calcium, especially those containing phosphate Waste water combined, precipitated substances and solids separated and the supernatant combined with other pre-treated industrial wastewater, pre-clarified, the primary sewage sludge is withdrawn and the pre-clarified liquid is denitrified repeatedly if necessary and aerobically nitrified. 8. Verfahren nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß man das bei der Nitrifikation entstehende Abwasser nachklärt und teils in die Denitrifikationsstufe zurückführt, teils ableitet und aus der Nachklärstufe aeroben Schlamm abzieht.8. The method according to claim 1-7, characterized in that the Wastewater resulting from the nitrification is clarified and partly in the denitrification stage returns, partly discharges and removes aerobic sludge from the secondary clarification stage. 9. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man aus den dem Bioreaktor nachgeschalteten Schlammabscheidern anaeroben Uberschußschlamm abzieht und mit dem Fällprodukt aus dem phosphathaltigen Abwasser und gegebenenfalls mit dem organischen Primärschlamm zur Herstellung eines Düngemittels vereinigt.9. The method according to claim 1-8, characterized in that one from the sludge separators downstream of the bioreactor anaerobic excess sludge withdraws and with the precipitation product from the phosphate-containing wastewater and possibly combined with the organic primary sludge to produce a fertilizer. 10. Verfahren nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man den vor der Denitrifikation anfallenden Vorklärschlamm zur Erhöhung des Heizwertes mit dem aeroben überschußschlamm und gegebenenfalls mit dem organischen Primärschlamm vereinigt, entwässert und gemeinsam verbrennt.10. The method according to claim 1-8, characterized in that the pre-sewage sludge accumulating before denitrification to increase the calorific value the aerobic excess sludge and optionally with the organic primary sludge united, drained and burned together.
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