DE3524029A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abwasser in wasserspeichern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Abwasser in Wasserspeichern unter anaeroben und/oder aeroben Bedingungen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Organisch hoch belastete Abwässer, wie z. B. Zuckerfabrik­ abwasser, werden heute überwiegend auf anaerobem Weg in sogenannten Stapelteichen gereinigt. An warmen windstillen Tagen, wenn über die Wasseroberfläche zu wenig Luftsauer­ stoff aufgenommen wird, treten dabei häufig starke Ge­ ruchsemissionen auf, da dann die Sauerstoffkonzentration im Oberflächenwasser auf Null absinkt. Infolgedessen können Substanzen, wie z. B. Dimethylsulfid, Methylmercap­ tan, Schwefelwasserstoff oder Buttersäure, die beim an­ aeroben Abbau in den unteren Wasserschichten entstehen, ungehindert in die Atmosphäre entweichen.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es auch bekannt, in solchen Stapelteichen mittels Lufteintragssystemen, wie z. B. Tauchbelüftern oder Oberflächenrührern, einen aeroben Abbau durchzuführen. Aufgrund der hohen Sauerstoffzehrung ist dazu jedoch ein enormer Energieaufwand erforderlich. Außer­ dem sind bei ungünstigen Witterungsverhältnissen häufig auch leistungsfähige Lufteintragssysteme nicht mehr in der Lage, einen aeroben biologischen Reinigungsprozeß in allen Zonen einer Teichanlage aufrechtzuerhalten. Auch hier kann deshalb die Emission der obengenannten Substanzen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Behandeln von insbesondere hochbelasteten Abwässern der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise unter Einhaltung geringer Investi­ tions- und Betriebskosten Geruchsbelästigungen und Emissionen giftiger Substanzen vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem Abflußbereich des Wasserspeichers Oberflächenwasser entnommen, dieses mit einem mehr Sauerstoff als Luft ent­ haltenden Gas begast, zum Zulaufbereich des Wasserspeichers zurückgeführt und dort in die obere Wasserschicht entlas­ sen wird.

Mit dieser Verfahrensweise wird der Oberfläche von Wasser­ speichern zur Abwasserreinigung gezielt Sauerstoff zuge­ führt. Auf diese Weise wird eine sogenannte aerobe Ober­ flächenversiegelung erreicht. Dabei werden durch den gelösten Sauerstoff einerseits im Wasser gelöste anaerobe Abbaupro­ dukte auf dem Transportweg vom Ablaufbereich zum Zulaufbe­ reich auf oxidativem Weg beseitigt. Andererseits wird mit dem zurückgeführten und mit Sauerstoff angereicherten Oberflächenwasser die Sauerstoffkonzentration in der obe­ ren Wasserschicht des Wasserspeichers angehoben, so daß in tieferen Zonen des Teiches gebildete anaerobe Abbaupro­ dukte beim Aufsteigen durch die obere Wasserschicht oxidiert werden.

Wird dabei in vorteilhafter Weise die Begasung mit technisch reinem Sauerstoff durchgeführt, kann eine Sauerstoffkonzen­ tration im Kreislaufwasser erreicht werden, die über dem Sättigungswert mit Luftsauerstoff liegt. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß verhältnismäßig nur wenig Kreislauf­ wasser mit entsprechend geringem Energieaufwand umgepumpt werden muß und daß bei der Entnahme des Wassers aus dem Was­ serspeicher bzw. bei der Rückführung des Wassers in den Wasserspeicher aufgrund der kleinen Wassermenge nur geringe Turbulenzen auftreten und damit ein Durchmischen von unte­ ren und oberen Wasserschichten vermieden wird, was ansonsten ein Entweichen anaerober Abbauprodukte zur Umgebung nach sich ziehen würde.

Aus diesem Grund ist es auch zweckmäßig, die Begasung mög­ lichst bis zur Sauerstoffsättigungskonzentration durchzu­ führen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt einen Wasserspeicher mit einem Zulauf für zu behandelndes Abwasser und einen Ablauf für behandeltes Abwasser. Der Wasserspeicher kann dabei z. B. aus einem Teich, Behälter oder Absetzbecken bestehen. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß im Ablaufbereich des Wasserspeichers zusätzlich zum Ablauf für behandeltes Abwasser eine Rohrleitung zum Abziehen von Oberflächenwas­ ser angeordnet ist, diese Rohrleitung zum Zulaufbereich des Wasserspeichers zurückführt und im Zulaufbereich in der oberen Wasserschicht des Wasserspeichers endet und der Rohrleitung eine Pumpe sowie eine Einrichtung zum Ein­ tragen eines mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Be­ handlungsgases mit einer Meß- und Dosiereinheit zugeordnet ist. Die Meß- und Dosiereinheit kann dabei den Sauerstoff­ eintrag zum einen in Abhängigkeit der Pumpenlaufzeit und der Pumpenleistung und zum anderen in Abhängigkeit des gemessenen und erforderlichen Sauerstoffgehaltes im Kreis­ laufwasser bzw. Speicherwasser einstellen.

Vorteilhafterweise ist dabei die Einrichtung zum Eintragen des Behandlungsgases in der Wand der Rohrleitung ausge­ bildet. Diese kann beispielsweise eine Kugelkopfdüse oder eine Sintermetallplatte aufweisen. Mit der Anordnung der Gaseintragseinrichtung in der Rohrwand werden Druckverluste durch das Eintragssystem sowie Verlegungen der Rohrleitung vermieden. Außerdem erfordert eine solche Einrichtung nur geringe Investitionskosten.

Ebenso zweckmäßig ist es jedoch auch, wenn die Einrichtung zum Eintragen des Behandlungsgases einen in der Rohrlei­ tung angeordneten Druckbehälter aufweist. Dabei kann der Sauerstoffeintrag entweder in die Rohrleitung zum Druck­ behälter oder im Gegenstrom zum Wasser direkt im Druckbehäl­ ter erfolgen. Mit solchen Druckbehältern sind auch bei kurzer Rohrleitung zwischen Ablaufbereich und Zulaufbereich des Wasserspeichers hohe Sauerstoffkonzentrationen im Kreislaufwasser sowie eine quantitative Sauerstoffausnutzung möglich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrich­ tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 1 als Wasserspeicher eine Teich­ anlage bezeichnet, die im dargestellten Fall drei hinter­ einander geschaltete einzelne Stapelteiche aufweist. Dem ersten Stapelteich ist eine Zuleitung 2 für zu behandelndes Abwasser zugeordnet, während der dritte Stapelteich einen Ablauf 3 für behandeltes Abwasser aufweist. Solche Stapel­ teiche werden in der Regel zur Behandlung saisonal an­ fallender, oft hochkonzentrierter Abwässer, z. B. aus der Zuckerrüben- und Konservenindustrie, verwendet. Dabei bauen direkt nach der Abwassereinleitung in der Hauptsache anaerobe Bakterien einen großen Teil der organischen Stoffe ab. Der Nachteil solcher Stapelteilche ist dabei, wie be­ reits erwähnt, daß bei ungünstigen Witterungsverhältnissen die Sauerstoffkonzentration im Oberflächenwasser auf Null absinkt und damit die in tieferen Zonen des Teiches gebil­ deten anaeroben Abbauprodukte in die Umgebung entweichen können.

Um deshalb die obere Wasserschicht eines solchen Stapel­ teiches ausreichend mit Sauerstoff versorgen zu können, ist bei der dargestellten Vorrichtung eine Rohrleitung 4 vorgesehen, die vom Ablaufbereich zum Zulaufbereich der Teichanlage 1 führt und der eine Einrichtung 6 zum Ein­ tragen eines mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Be­ handlungsgases zugeordnet ist. Die Enden der Rohrleitung 4 sind dabei in der Teichanlage jeweils so angeordnet, daß sie in die Oberflächenwasserschicht hineinragen. Zur Aufrechterhaltung der Kreislaufführung des Oberflächen­ wassers durch die Rohrleitung 4 ist diese mit einer Um­ wälzpumpe 5 ausgestattet. Die Einrichtung 6 zum Eintragen des Behandlungsgases ist entweder als ein Gasdiffusor in der Wand der Rohrleitung 4 oder als Druckbehälter in der Rohrleitung 4 ausgebildet. Die Einrichtung 6 ist mit einer O₂-Meß- und Dosiereinheit 7 versehen, über die das Behandlungsgas in Abhängigkeit der Pumpenleistung 5 und in Abhängigkeit des gemessenen und erwünschten Sauerstoff­ gehaltes im Kreislaufwasser der Gaszufuhreinrichtung 6 zugeführt wird. Wird als Behandlungsgas technisch reiner Sauerstoff verwendet, kann die Meß- und Dosiereinrichtung mit einem Sauerstofftank oder mit Druckflaschen für Sauerstoff in Verbindung stehen.

Durch den Sauerstoffeintrag in die Rohrleitung 4, der zweckmäßigerweise unter Einsatz von technischem Sauerstoff durchgeführt wird, da dann eine weit über dem Sättigungs­ wert mit Luftsauerstoff liegende Sauerstoffkonzentration erreicht werden kann, werden in der Rohrleitung im Wasser gelöste anaerobe Abbauprodukte auf oxidativem Wege besei­ tigt. Durch das Einleiten dieses mit Sauerstoff angereicher­ ten Wassers in das Oberflächenwasser des Zulaufbereiches wird dann anschließend die Sauerstoffkonzentration im Oberflächenwasser angehoben, so daß die in tieferen Zonen des Teiches gebildeten anaeroben Abbauprodukte nicht mehr in die Umgebung entweichen können.

Nachfolgend ist ein Zahlenbeispiel angegeben: In der Teich­ anlage 1 mit drei Stapelteichen sind insgesamt ca. 25 000 m³ Abwasser mit einer mittleren Verweilzeit von ca. 20 Tagen gestapelt. Über die Rohrleitung 4 werden aus dem Ablauf­ bereich der Teichanlage 1 50 m³/h Oberflächenwasser ent­ nommen, in der Einrichtung 6 zum Gaseintrag mit 1 m³ Sauer­ stoff/h versetzt und mit einem Sauerstoffgehalt von ca. 26 mg/l im Zulaufbereich der Teichanlage 1 in das Ober­ flächenwasser abgegeben. Die Länge der Rohrleitung be­ trägt etwa 800 m.

Bei einer CSB-Belastung in allen Teichen von ca. 3600 mg/l wären für den aeroben Abbau der organischen Inhaltsstoffe ca. 90 t Sauerstoff erforderlich. Über die Einrichtung 6 werden aber lediglich 33 kg/Tag zugeführt, während über die Wasseroberfläche (ca. 4,5 ha) im Mittel ca. 100 kg/Tag eintragen werden. Diesen Zahlen ist zu entnehmen, daß das praktizierte Verfahren keinen wesentlichen Beitrag zum Abbau leistet. Die Ausnutzung des eingetragenen Sauerstoffs erfolgt offensichtlich mangels adaptierter Bakterien erst im Teich, da von der theoretischen Kon­ zentration von 28 mg/l noch 26 mg/l am Auslauf der Rohr­ leitung wiedergefunden werden.

Anders liegen die Verhältnisse bei den Geruchsstoffen, da diese in wesentlich geringerer Konzentration vor­ liegen. Messungen der Konzentration an Schwefelwasser­ stoff ergaben, daß bei einem pH-Wert um 7,5 der Anfangs im Auslaufbereich der Teichanlage 1 gemessene H₂S-Ge­ halt mit 6,2 mg/l im Zulaufbereich der Teichanlage 1 auf 1,7 mg/l reduziert werden konnte.

Claims (6)

1. Verfahren zum Behandeln von Abwasser in Wasserspeichern unter anaeroben und/oder aeroben Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Abflußbereich der Wasser­ speicher Oberflächenwasser entnommen, dieses mit einem mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Gas begast, zum Zulaufbereich der Wasserspeicher zurückgeführt und dort in die obere Wasserschicht entlassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasung mit technisch reinem Sauerstoff durchge­ führt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Begasung bis zur Sauerstoffsättigungs­ konzentration durchgeführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Wasserspeicher mit einemZulauf für zu behandelndes Abwasser und einem Ab­ lauf für behandeltes Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablaufbereich des Wasserspeichers (1) zusätzlich eine Rohrleitung (4) zum Abziehen von Oberflächenwasser angeordnet ist, diese Rohrleitung (4) zum Zulaufbereich des Wasserspeichers (1) zurückführt und im Zulaufbereich in der oberen Wasserschicht des Wasserspeichers (1) endet und der Rohrleitung (4) eine Pumpe (5) sowie eine Einrichtung (6) zum Eintragen eines mehr Sauerstoff als Luft enthaltenden Behandlungsgases mit einer Meß- und Dosiereinheit (7) zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zum Eintragen des Behandlungs­ gases in der Wand der Rohrleitung (4) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zum Eintragen des Behandlungs­ gases einen in der Rohrleitung (4) angeordneten Druck­ behälter aufweist.