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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren für die
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Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, wobei
das zu reinigende Abwasser zuerst in eine als Adsorptionsstufe betriebene Hochlast-Belebungsstufe,
danach über eine Zwischenklärung mit Schlammabzug sowie im Anschluß daran in eine
Schwachlaststufe eingeführt wird, an die eine Nachklärstufe mit Schlammabzug anschließt,
wobei in der Adsorptionsstufe fakultativ-anaerobe Mikroorganismen arbeiten und der
Schlamm mit Hilfe des Schlammabzuges aus der Zwischenklärstufe in der Einarbeitungsphase
gehalten wird, wobei in der Schwachlaststufe eine Nitrifikation sowie im Anschluß
daran eine Denitrifikation durchgeführt werden, wobei fernerhin Schlamm aus der
Zwischenklärung als Rückführschlamm in die Adsorptionsstufe und Schlamm aus der
Nachklärstufe als Rückführschlamm in die Schwachlaststufe einführbar ist und wobei
außerdem Überschußschlamm abgezogen und eingedickt wird. - Adsorptionsstufe bezeichnet
eine billogische Stufe, die als Hochlast-Belebungsstufe eingerichtet ist, z. B.
mit folgenden Parametern: Raumbelastung BR = 2 - 20 kg BSB /m3 d, Trockensubstanzgehalt
TSR = 1 - 10 kg/m3 und einer Schlammbelastung BTS gleich oder größer 2 kg BSB5/kg
TS . d Die Schwachlaststufe arbeitet demgegenüber mit den Parametern Raumbelastung
BR = 0,50 - 1,50 kg BSB5/m3 ~ d, Trockensubstanzgehalt TSR = 2 - 5 kg/m3 und einer
Schlammbelastung BTS gleich oder kleiner 0,50 kg BSB5/kg TS d vorzugsweise BTS =
0,15 kg BSB5,/kg TS ~ d
Insoweit geht die Erfindung aus von den
in der Praxis der A-Technologie bekannten Maßnahmen#(DE-PS 26 40 875). Die Schwachlaststufe
kann ein Belebungsbecken, sie kann aber auch eine Tropfkörperstufe plus Belebungsbecken
sein. Regelmäßig, aber nicht zwingend, arbeitet man dabei mit einer Trennung der
Biozönosen zwischen Adsorptionsstufe und Schwachlaststufe, und zwar insbesondere
in der Weise, daß Schlamm aus der Schwachlaststufe in die Adsorptionsstufe nicht
zurückgeführt wird. - Der Ausdruck "Stufe" umfaßt auch Aggregate mit mehreren Becken,
mehreren Tropfkörperanlagen und dergleichen, die in den einzelnen Stufen jedoch
gleich oder praktisch gleich betrieben werden.
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Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (DE-OS 26 40 875) wird
bereits eine Phosphorelimination erreicht. Sie liegt bei einem Phosphorgehalt in
der Trockenmasse - des abgezogenen Überschußschlammes, der 1 bis 4 % ausmacht, was
als konventionelle Phosphoreliminationsrate der A-Technologie angesehen wird. Wenn
höhere Phosphoreliminationsraten verlangt werden, wird in der Praxis anders gearbeitet.
So kennt man das sogenannte Phostrip-Verfahren (US-PS 32 36 766, US-PS 40 42 493,
US-PS 41 41 822), bei dem ein Teil des Rücklaufschlammes über ein anaerobes Becken
geführt wird, wo mit Waschwasser die Phosphate gestrippt werden. Aus diesem Waschwasser
wird durch Kalkfällung der Phosphor entfernt. Die Belebungsstflfe muß hierbei nicht
notwendig schwach belastet sein, obwohl sie in der Praxis regelmäßig schwach belastet
gefahren wird. Im übrigen kennt man den sogenannten Bardenpho-Prozeß (US-PS 39 64
998). Hier handelt es sich um ein Verfahren zur biologischen Stickstoff- und Phosphorbeseitigung.
Das Verfahren arbeitet mit fünf hintereinander geschalteten Stufen in Form von differenzierten
Becken oder Beckenzonen. Die für die Phosphorelimination notwendigen anaeroben Bedingungen
liegen in der ersten Stufe vor. Da in die erste Stufe auch der Rückführschlamm
geleitet
wird, muß dafür gesorgt werden, daß dieser kein Nitrat enthält Die im ersten aeroben
Becken gebildeten Nitrate werden mit dem Rücklauf in das erste anoxische Becken
geleitet, wo sie denitrifiziert werden, danach erfolgt die Weiterführung in die
anaerobe Stufe. Die Rückführungsrate beträgt etwa 400 %. Nach diesem Kreislauf wird
das Abwasser/Belebtschlamm-Gemisch in die zweite anoxische Stufe geführt, wo die
restlichen Nitrate denitrifiziert werden. Um anaerobe Zustände in der Nachklärung
zu vermeiden, die Absetzbarkeit des Schlammes zu verbessern und anhaftende Stickstoffbläschen
zu entfernen, ist noch eine zweite Belüftungsstufe notwendig. - Bei einer aeroben
Verfahrensweise ist bekanntlich gelöster Sauerstoff im zu behandelnden Abwasser
vorhanden. - Bei anoxischer Betriebsweise findet sich im zu behandelnden Abwasser
zwar kein gelöster Sauerstoff mehr, jedoch ist Sauerstoff in gebundener Form, nämlich
als NO3 - oder als NO2 - vorhanden. Anaerobe Verhältnisse liegen vor, wenn weder
gelöster Sauerstoff noch in Form von NO3-oder NO2 gebundener Sauerstoff vorhanden
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
so zu führen, daß eine gegenüber der konventionellen Phosphoreliminationsrate wesentlich
erhöhte Phosphorelimination durchgeführt werden kann, wobei die für die Phosphorelimination
erforderlichen speziellen Anlagen, wie sie zum Phostrip-Verfahren bzw. zum Bardenpho-Verfahren
gehören, entweder ganz entfallen oder auf die Anlage zur P-Fällung des im Trüb-
bzw. Filtratwasser enthaltenen Phosphors beschränkt sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Abwasser/ Belebtschlamm-Gemisch
in der; Adsorptionsstufe zuerst unter anaeroben Bedingungen sowie vor dem Ablauf
in die Zwischenklärstufe unter aeroben Bedingungen behandelt wird und daß die Mikroorganismen
sowohl den anaeroben als auch den aeroben Bedingungen ausgesetzt werden. Die Mikroorganismen,
die im Rahmen der Erfindung in der Adsorptionsstufe arbeiten, sind vorzugsweise
und in der Hauptsache Protocyten (DE-OS 33 17 371) und zwar fakultativ-anaerobe
oder fakultativ-aerobe Mikroorganismen. Anaerobe Bedingungen meint eine Verfahrensweise
bei der eine Umwälzung des Abwasser/Belebtschlamm-Gemisches zwar stattfindet, jedoch
kein gelöster und kein an NO3 oder NO2 gebundener Sauerstoff vorliegt. Aerobe Bedingungen
meint im Rahmen der Erfindung eine Verfahrensweise, bei der ein deutlich über null
liegender Gehalt von zumindest 0,2 mg/l Sauerstoff bzw. im Mittel von 1,0 mg 02/1
aufweist. Es versteht sich, daß das in die Adsorptionsstufe einlaufende Abwasser
Stickstoffverbindungen mitführen kann. Es stellen sich jedoch nach dem Einlauf alsbald
die anaeroben Bedingungen ein, die im Rahmen der Erfindung verfahrensbestimmend
sind.
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Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß Phosphor in einer Kläranlage
nicht abgebaut, sondern nur mit dem Schlamm ausgetragen werden kann. Eine hohe Phosphorelimination
kann also nur erreicht werden durch einerseits eine möglichst große Schlammenge,
andererseits einen möglichst hohen Phosphorgehalt im Schlamm. Die bei einem biologischen
Abwasserreinigungsverfahren entstehende Überschußschlammmenge ist abhängig vom Reinigungsverfahren
und vom Gehalt des zulaufenden Abwassers an C-Verbindungen. Die Erfindung nutzt
insoweit die Tatsache, daß die A-Technologie in der A-Stufe mit einem sehr hohen
Überschußschlammanfall, bezogen auf die BSB5-Eliminierung, arbeitet. Tatsächlich
erreicht man einen Überschußschlammanfall
im Bereich von 2 bis
3 kg TS/kg BSB5 (abgebaut). Bei zahlreichen Anlagen liegt der Überschußschlammanfall
bei 2,6 bis 2,7 kg TS/kg BSB5. Es versteht sich, daß in der nachgeschalteten Schwachlaststufe
der Überschußschlammanfall demgebenüber geringer ist. Die Erfindung beruht auf der
Erkenntnis, daß gegenüber den bekannten Maßnahmen in der A-Stufe eine weitergehende
biologische Phosphorelimination verwirklicht werden kann. Unter den erfindungsgemäßen
Bedingungen werden die Mikroorganismen in der A-Stufe dazu gebracht, mehr Phosphor
als für den Stoffwechsel notwendig in der Zelle zu speichern. Die für den Zellaufbau
erforderliche Phosphormenge liegt bei mindestens 1 g Phosphor pro 100 g BSB5, was
einem Phosphorgehalt in der Trockenmasse des Belebtschlammes von etwa 1 % entsprechen
würde Demgegenüber liegt die konventionelle Phosphoreliminationsrate der A-Technologie,
wie angegeben, schon bei 1 bis 4 % Phosphorgehalt in der Trockenmasse des abgezogenen
Überschußschlammes. Überraschenderweise reagieren die Mikroorganismen in der A-Stufe
auf die beschriebene Streßsituation in Form von wechselnden anaeroben und aeroben
Bedingungen dergestalt, daß sie unter den aeroben Bedingungen in erhöhtem Maße Polyphosphate
einlagern. Die biologische Deutung dieses Sachverhaltes geht davon aus, daß die
Mikroorganismen diese eingelagerten Polyphosphate in den anaeroben Zonen zu ATP
umbilden, mit dessen Hilfe sie ihren Stoffwechsel aufrechterhalten. Erfindungsgemäß
wird ein Teil des Schlammes jedoch abgezogen, nachdem das Abwasser einige Zeit den
aeroben Bedingungen ausgesetzt worden ist, und in die Zwischenklärstufe eingeführt
worden ist. Folglich wird der von den Mikroorganismen im Überschuß aufgenommene
Phosphor auf diese Weise aus dem System entfernt. Es lassen sich Phosphoreliminationsraten
erreichen, bei denen der Phosphorgehalt in der Trockenmasse des abgezogenen Überschußschlammes
bis zu 8 % ausmacht.
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Die erfindungsgemäße Verfahrensweise, die zunächst mit anaeroben Bedingungen
und danach mit aeroben Bedingungen arbeitet, läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen.
Eine Ausführungsform der Erfindung, die sich durch Einfachheit auszeichnet, ist
dadurch gekennzeichnet, daß in der Adsorptionsstufe ein in Strömungsrichtung des
Abwassers erster Bereich anaerob und ein zweiter Bereich aerob betrieben werden.
Die beiden Bereiche folgen in der Durchflußrichtung des Abwassers aufeinander. Die
Grenze zwischen den Bereichen kann variabel sein und unterschiedlichen Betriebsbedingungen
angepaßt werden.
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Man kann aber auch so vorgehen, daß die Adsorptionsstufe in abwechselnder
zeitlicher Folge anaerob und aerob betrieben wird, und zwar mit der Maßgabe, daß
im Anschluß an den aeroben Betrieb, gegebenenfalls mit Wiedereinsetzung des anaeroben
Betriebes, die Überführung in die Zwischenklärung erfolgt. Im allgemeinen wird man
das Abwasser für eine Zeitspanne von etwa 1/3 bis 2/3 der gesamten Aufenthaltszeit
den anaeroben Bedingungen und für den Rest der Aufenthaltszeit den aeroben Bedingungen
im Hochlastbecken aussetzen.
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Die Aufenthaltszeit des Abwassers in der Adsorptionsstufe liegt im
Mittel bei etwa 30 Minuten. Das Schlammalter in der Adsorptionsstufe soll zwischen
2 bis 12 Stunden liegen, wobei bei sehr kurzem Schlammalter ein hoher Anfall an
Überschußschlamm zu erreichen ist.
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Arbeitet man nach Lehre der Erfindung, so entsteht ein Überschußschlamm,
der den Phosphor weitgehend gebunden enthält, so daß der Phosphor aus dem Abwasserstrom
entfernt wird. Wird der Überschußschlamm eingedickt und kann das Trübwasser aus
der Eindickung nicht ohne weiteres abgeführt werden, so empfiehlt die Erfindung
insoweit, das Trübwasser aus der Eindickung und das Filtratwasser in ein Reaktionsbecken
einzuführen und mit Mitteln zur Phosphatfällung zu behandeln und daß der flüssige
Ablauf aus den Reaktionsbecken zum Abwasserzulauf der A-Stufe wieder zugeführt wird.
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Die erreichten Vorteile sind zusammengefaßt darin zu sehen, daß mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren im Rahmen einer Anlage, die dere A-Technologie entspricht,
mit sehr hoher Eliminationsrate auch Phosphor ausgetragen werden kann. Das beruht
auf dem kurzen Schlammalter in der A-Stufe mit hohem Anfall an Überschußschlamm.
Das geschieht, weil erfindungsgemäß in der A-Stufe Streßsituationen für die dort
arbeitenden Mikroorganismen geschaffen werden, die zu einem hohen Phosphorgehalt
in Schlamm führen, wenn dieser wie angegeben abgezogen wird. Man findet in der A-Stufe
in einer Menge von über 5 % und mehr Acinetobacter-Bakterien, wenn erfindungsgemäß
gearbeitet wird, was die erhöhte biologische Phosphorelimination verständlich macht.
Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß Probbleme der Nitrifikation und Denitrifikation
nicht auftreten. Die Stickstoffelimination geschieht vielmehr in der Schwachlaststufe,
wo das notwendige hohe Schlammalter vorhanden ist. Die Aufgaben der P-Elimination
und der N-Elimination werden erfindungsgemäß auf die verschiedenen Biozönosen der
Hochlast- und Schwachlaststufe verteilt.
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Zur optimalen biologischen P-Elimination und für eine bevorzugte Förderung
dere Herausbildung adaptierter und mutierter Bakterienstämme muß die Hochlaststufe
eine Belebungsstufe sein, während die Belebungsstufe auch ein Tropfkörper sein kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Die einzige Figur zeigt das Schema
einer Anlage, die für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens eingerichtet
ist.
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In dem Schema erkennt man zunächst die grundsätzliche Führung des
Abwassers vom Zulauf bis zum Ablauf, gemäß Pfeil 1. Es handelt sich um eine Anlage
zur Reinigung von kommunalem Abwasser. Man erkennt eine Adsorptionsstufe 2, die
als Hochlast-Belebungsstufe betrieben ist, eine Zwischenklärstufe 3 und eine Schwachlaststufe
4. Der Schwachlaststufe 4 folgt eine Nachklärstufe 5. Vorgeschaltet sind der Adsorptionsstufe
2 ein Rechen 6 und ein Sandfang 7. Die Zwischenklärstufe 3 besitzt einen Schlammabzug
8, die Nachklärstufe 5 besitzt einen Schlammabzug 9. Die Biozönosen zwischen Adsorptionsstufe
2 und Schwachlaststufe 4 sind getrennt, d. h. es wird kein Überschußschlamm oder
Rückführschlamm aus der Schwachlaststufe 4 in die Adsorptionsstufe 2 zurückgeführt.
In der Adsorptionsstufe 2 sind fakultativ-anaerobe Mikroorganismen tätig. In der
Schwachlaststufe 4 kann eine Nitrifikation, im Anschluß daran kann eine Denitrifikation
durchgeführt werden. Die Schwachlaststufe 4 ist im Ausführungsbeispiel ein Belebungsbecken.
Schlamm aus der Zwischenklärstufe 3 kann als Rückführschlamm in die Adsorptionsstufe
2 zurückgeführt werden, und zwar über die Leitung 10. Schlamm aus der Nachklärstufe
5 kann als Rückführschlamm in die Schwachlaststufe 4 wieder eingeführt werden, und
zwar über die Leitung 11. Außerdem ist über 12 Überschußschlamm abziehbar. Das Abwasser
wird in der Adsorptionsstufe 2 zuerst anaeroben Bedingungen und vor dem Ablauf in
die Zwischenklärstufe 3 aus den angegebenen Gründen aeroben Bedingungen ausgesetzt.
Im Ausführungsbeispiel der Figur ist die Anordnung so getroffen, daß in der Adsorptionsstufe
2 ein in Strömungsrichtung des Abwassers erster Bereich 2a anaerob und ein zweiter
Bereich 2b aerob betrieben werden. In beiden Bereichen arbeiten die fakultativ-anaeroben
Mikroorganismen. Die Grenze zwischen den beiden Bereichen ist variabel, wie im Schema
durch Doppelpfeil 13 angedeutet wurde. Die Grenze kann, je nach den Betriebsbedingungen,
verlagert werden.
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Im Ausführungsbeispiel werden der Überschußschlamm aus der Adsorptionsstufe
2 sowie der Überschußschlamm aus der Schwachlaststufe 4 gemeinsam oder auch getrennt
einem Eindicker 14 zugeführt, und zwar über die Leitungen 12 und 15. Das Trübwasser
aus den Eindickem wird über die Leitung 16 in ein Reaktionsbecken 17 eingeführt
sowie dort mit Fällmitteln zur Phosphatfällung behandelt. Der flüssige Ablauf aus
diesem Reaktionsbecken 17 wird über die Leitung 18 zum Abwasserzulauf zurückgeführt.
Im Ergebnis werden einerseits Belebtschlamm und andererseits chemischer Schlamm
mit hohem Gehalt an Phosphor über 19 bzw. 20 abgeführt. Der in dem Faulbehälter
21 ausgefaulte Schlamm muß entwässert werden. Das geschieht in der Entwässerungsstation
22. Der so entwässerte Schlamm wird bei 23 abgezogen und geht entweder in die Landwirtschaft
oder zur Deponie. Das bei der Entwässerung anfallende Filtrat wird über die Leitung
24 dem Reaktionsbecken 17 zugeleitet. Zwischen dem Faulbehälter 21 und der Entwässerung
22 ist ein Nacheindicker 26 angeordnet. Die hier abgezogene Flüssigkeit geht über
die Leitung 27 zum Reaktionsbecken zurück. Der Ablauf 20 des Reaktionsbeckens kann
über die Leitung 25 ebenfalls zurückgeführt werden.