DE3703203A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von abwasser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwässern, insbesondere städtischen Abwässern, und Schlamm, der im Verlauf dieser Behandlung anfällt.

Die herkömmlichen Reinigungsverfahren erfordern für ihre Durchführung eine Reihe spezieller Anlagen, die nacheinan­ der eine Filterung, eine Sinkstoffbeseitigung, eine Ent­ fettung, einen ersten Klärprozeß, eine biologische Behand­ lung im engeren Sinne durch Belebtschlamm in einem Be­ lüftungsbecken, eine Trennung der behandelten Flüssigkeit vom Schlamm in einer Kläranlage, eine Rückführung des Schlamms in das Belüftungsbecken und eine weitere Behand­ lung des gereinigten Wassers bewirken. Der Überschuß an Schlamm, der die Vorkläranlage und die Kläranlage verlässt, ist zuerst dickflüssig und zäh. Danach wird er einer Zer­ setzung in einem oder in mehreren Schritten sowie einer Dehydrierung unterzogen. Die so verwendeten Anlagen sind sehr umfangreich. Eine lange Verweildauer im Belüftungs­ becken ist notwendig, um die Reinigung zu bewirken. Eine Behandlungszeit von mindestens 2 h wird allgemein als Minimum angesehen.

Entsprechend dem Volumen des Beckens kann man versuchen, eine Verringerung dieser Verweildauer zu erreichen, indem man, wenn nötig, einen Teil der Reinigung in bestimmte nachgeschaltete Anlagen verlagert. Dies betrifft zum Bei­ spiel die Eliminierung von Stickstoff-Komponenten durch Nitrifizierung und Denitrifizierung. Aber dabei ist man durch die Leistung der Kläranlage eingeschränkt. Um die Ver­ weildauer im Belüftungsbecken bei unverändertem Schlamm­ einsatz, der zur Reinigung notwendig ist, zu reduzieren, ist es nämlich notwendig, die Konzentration des Schlammes heraufzusetzen. Dies bedeutet, daß man am Ausgang der Klär­ anlage eine Erhöhung der Schlammkonzentration in umgekehr­ tem Verhältnis zur Verringerung der Verweildauer im Belüf­ tungsbecken erhält.

Ebenso erfordert die Zersetzung des Schlamms einen bedeuten­ den Zeitaufwand und umfangreiche Anlagen, da die Reinigung des organischen gärbaren Anteils des Schlamms und der Zwischenflüssigkeit durch das Vorhandensein eines bedeuten­ den Volumenanteils nicht gärbarer feinverteilter Partikel erschwert wird.

Es ist daher der Zweck der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung,bestehend aus einer Kombination von Anlagen zu liefern, die es zum einen ermöglichen, die Verweildauer in den verschiedenen Phasen der Behandlung zu verkürzen, so­ wie den Umfang der ganzen Anlage, bestehend aus der Vor­ richtung zur Behandlung des Wassers und des Schlamms, zu reduzieren und zum anderen den Energieverbrauch, der zur Sauerstofferzeugung notwendig ist, zu verringern.

Gemäß einem charakteristischen Merkmal der Erfindung wird der Anlagenteil, der aus einer Vorkläranlage und dem Be­ lüftungsbecken besteht, durch ein einziges Belüftungs­ becken mit hohem Masseneinsatz ersetzt, bei dem die Ver­ weildauer zur Behandlung des Wassers gering ist, etwa 15 min, wobei diesem einzigen Belüftungsbecken eine kombi­ nierte Klär- und Schlammeindickanlage angeschlossen ist, die mit parallelen Platten oder Röhren versehen ist, die die Klärung des Schlammes begünstigen und eine Produktion von Schlamm, der mit einer erhöhten Konzentration, die durch die verringerte Verweildauer im Belüftungsbecken notwendig wird, in das Belüftungsbecken zurückgeführt werden kann, sicherstellen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Über­ schuß an Schlamm, der in der kombinierten Klär- und Schlamm­ eindickanlage anfällt, einer biologischen Behandlung in zwei Schritten, nämlich einer Hydrolyse und einer Methani­ sierung, unterzogen. Diese Behandlungen laufen in zwei unterschiedlichen speziellen Anlagen ab, wobei durch die Hydrolyse der gärbare Anteil des Schlammes verflüssigt wird. Der restliche nicht reaktionsfähige Anteil des Schlammes wird in einem geeigneten Verfahren, wie beispielsweise durch Zentrifugieren oder Mikrofiltration, abgetrennt, bevor die Methanisierung der klaren Restflüssigkeit, befreit von den feinverteilten Partikeln, die den Stoffaustausch be­ hindern, in einer geeigneten Anlage, beispielsweise einem anaeroben Fließbett, stattfindet.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die klare Flüssigkeit, die durch die Abtrennung des Schlammes entsteht, in eine Anlage zur Denitrifizierung gegeben, die eine Einrichtung zur Beschickung mit kohlen­ stoffhaltigem Material, das zum Betrieb notwendig ist, auf­ weist. Diese Vorgehensweise, die besonders interessant ist, ermöglicht es, die Zugabe von Methanol, das normalerweise dafür verwendet wird, zu verringern oder sogar einzustellen und zudem die Ausmaße zu verringern oder sogar das Fließ­ bett für die Methanisierung, das für die Behandlung der Flüssigkeit vorgesehen ist, wegzulassen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Schlamm, der den Separator verlässt, teilweise in eine An­ lage zur Hydrolyse zurückgeführt, um die Dauer der Einwir­ kung der Hydrolyse zu erhöhen.

Entsprechend einem Merkmal der Erfindung fließt allein Wasser, das vom Fließbett der Methanisierungsanlage stammt, von den Anlagen zur Behandlung des Schlammes zum Eingang der Vorrichtung zurück, wobei trotz der Methanisierung dieser Rückstrom lediglich ein Minimum kohlenstoffhaltiger Verschmutzung mit sich führt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellenden Bei­ spiels genauer beschrieben.

Die Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügte Zeichnung, deren einzige Fig. 1 das Blockdiagramm einer solchen Anlage zeigt.

Das zu behandelnde Wasser wird durch den Kanal 1 in das Becken 2 eingeleitet, wo es mit Belebtschlamm behandelt wird, der aufgrund der darin enthaltenen aeroben Bakterien die kohlenstoffhaltige Verschmutzung beseitigt. Das Becken wird mit Luft oder mit Sauerstoff, entsprechend den Be­ dürfnissen der aeroben Reinigungsbakterien, versorgt.

Entsprechend der Erfindung gibt es nur ein einziges Be­ lüftungsbecken 2, wobei dieses einen sehr hohen Massenein­ satz aufweist. Dementsprechend kann man durch diesen Massen­ einsatz das Verhältnis zwischen dem Massendurchsatz der täglichen Verschmutzung, ausgedrückt in BSB5, und der Menge der Trockenmasse, die im Belüftungsbecken vorhanden ist, re­ gulieren.

Entsprechend dem Zweck der Erfindung ist es von Vorteil, den Zahlenwert dieses Masseneinsatzes auf ungefähr 1,5 kg BSB5/kg MS/Tag einzustellen.

Ebenfalls gemäß der Erfindung ist dem Belüftungsbecken eine kombinierte Klär- und Schlammeindickanlage 3 zugeordnet, welcher das Wasser aus dem Belüftungsbecken durch den Kanal 2 a zugeführt wird.

Diese kombinierte Klär- und Schlammeindickanlage ist von an sich bekannter Art. Darin wird die Abscheidung des Schlammes durch den Durchfluß der Flüssigkeit aus dem Becken 2 durch geneigte Röhren oder zwischen geneigten Platten hindurch ermöglicht. Man erhält so in dieser kom­ binierten Klär- und Schlammeindickanlage eine besonders hohe Schlammkonzentration, wovon ein Teil durch den Kanal 4 in das Belüftungsbecken zurückgeführt wird.

Aufgrund dieser Vorrichtungen gemäß der Erfindung erhält man im Becken 2 eine große Masse von Reinigungsbakterien, die für die Funktion des Beckens bei einem sehr großen Masseneinsatz erforderlich sind.

Das von der kohlenstoffhaltigen Verschmutzung gereinigte Wasser wird vorteilhafterweise einer Anlage zur Nitrifi­ zierung 6 zugeführt, von der es dann in eine Anlage zur Denitrifizierung 7 gelangt, um schließlich in eine Kläran­ lage 8 zu münden, von wo aus es in den Kanal 9 geleitet wird.

Der Überschuß an Schlamm wird einer anaeroben Behandlung unterzogen, die eine Umwandlung der organischen Substanz in Gas (CH₄+CO₂) durch anaerobe, genau genommen Methan erzeugende, Bakterien zum Ziel hat. Diese Reaktion verläuft in zwei Schritten. Das organische Material wird zuerst durch sogenannte acidophile Bakterien in instabile Fett­ säuren umgewandelt. Dann verwenden die Methan erzeugenden Bakterien die instabilen Fettsäuren, indem sie diese in Gas umwandeln. Die anaerobe Zersetzung kann in einem oder in zwei Schritten stattfinden. Dadurch, daß man diese beiden Schritte trennt, kann man jeden für sich optimieren und so unter optimalen Betriebsbedingungen arbeiten.

Um diese anerobe Zersetzung zu erreichen, wird der Überschuß an Schlamm durch den Kanal 5 in eine Anlage zur Hydrolyse 10 umgeleitet. Diese Anlage zur Hydrolyse mündet über den Ka­ nal 11 in einen Separator 12, der von beliebiger Art sein kann, beispielsweise eine Zentrifuge, eine Membran oder der­ gleichen, und der die Trennung der flüssigen von der festen Phase ermöglicht.

Die Trockenmasse, die die feste Phase bildet, wird entweder durch den Kanal 13 in die Anlage zur Hydrolyse 10 zurück­ geleitet oder durch den Kanal 14 entnommen.

Die von den feinverteilten Partikeln gereinigte flüssige Phase wird zum Teil durch den Kanal 15 zur Anlage zur De­ nitrifizierung 7 geleitet, der sie den Kohlenstoff, der zur Denitrifizierung des Filtrats aus der Anlage zur Ni­ trifizierung 6 nötig ist, liefert. Dies bedeutet, daß man die Anlage zur Denitrifizierung nicht zusätzlich mit Koh­ lenstoff, beispielsweise in Form von Methanol, beschicken muß. Entsprechend der Erfindung, wird der andere Teil der flüssigen Phase auf ein anaerobes Fließbett 16 gegeben. Von dort wird er, nur noch sehr gering verschmutzt, durch den Kanal 17 in den Kanal 1 geleitet und mit dem zu behandelnden Wasser in das Belüftungsbecken geführt.

Gemäß der Erfindung bewirkt die Wahl der wesentlichen Pro­ zeßgrößen, die eng mit den kennzeichnenden Vorrichtungen der Erfindung verknüpft sind, gleichzeitig eine Energieein­ sparung und eine Ermäßigung des Platzbedarfs.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen, die einen Wirkungs­ grad von 80 bis 90% aufweisen, wählt man hier bei der Ent­ fernung von Kohlenstoff einen Wirkungsgrad in der Größen­ ordnung von 60 bis 80%. Dies ermöglicht einen Massendurch­ satz in der Größenordnung von 1,5 BSB5/kg MS/Tag (anstelle von 0,1 bis 1 kg).

Andererseits ermöglicht es die Verwendung einer kombinierten Klär- und Schlammeindickanlage, eine hohe Konzentration von Belebschlamm im biologischen Becken zu erreichen, das heißt, einen Volumendurchsatz im Bereich von 10 bis 15 kg BSB5/m³ und Tag (anstelle von üblicherweise 0,5 bis 2,5 kg). Die Kombination dieser Merkmale erlaubt es, aufgrund des Volumendurchsatzes eine Platzeinsparung und gleichzeitig eine erhöhte Wirtschaftlichkeit aufgrund des Wirkungsgrades und des Massendurchsatzes zu erreichen.

Die kennzeichnenden Anlagen zur Behandlung des Schlammes, dessen Herstellung mit zunehmendem Masseneinsatz wächst, wirken zur Erreichung der oben dargestellten Ergebnisse zusammen.

Die Durchführung der Hydrolyse und der Methanisierung in zwei getrennten hochspezialisierten Anlagen verbessert die Kompaktheit und den Wirkungsgrad jeder einzelnen Anlage.

Die Abscheidung der reaktionsunfähigen Stoffe verringert das zu methanisierende Volumen und erhöht den Wirkungsgrad der Methanisierung. Dadurch ist die Mehrbelastung für die biologische Behandlung durch die Rückführung der methani­ sierten Flüssigkeit, die als einzige rückgeführt wird, ge­ ringer als 2,5% des Einstromes. Dieser Wert beträgt bei herkömmlichen Anlagen 10 bis 20%.

Dieses Ergebnis trägt zu einer Energieeinsparung bei der biologischen Behandlung und zurErreichung eines erheblich geringeren Platzbedarfs der Anlage bei. Die Energieeinspa­ rung beträgt etwa 30% und die Platzeinsparung etwa 50% im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Behandlung von Abwässern, insbesondere städtischen Abwässern, durch Belebtschlamm, bei dem das zu behandelnde Wasser, das zuvor auf herkömmliche Art durch zum Beispiel Filtern, Sinkstoffbeseitigung, Ent­ fetten und ggf. durch eine Vorklärung behandelt wurde, in ein Belüftungsbecken geführt wird, von wo aus es in eine kombinierte Klär- und Schlammeindickanlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das Belüftungsbecken, wo das Wasser eine kürzere Zeit verbleibt, unter hohem Masseneinsatz betrieben wird, wobei der Schlamm, der in der kombinierten Klär- und Schlammeindickanlage anfällt, bedingt durch die kürzere Verweilzeit des Wassers im Belüftungsbecken, mit einer erhöhten Konzentration in das Belüftungsbecken zurück­ geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseneinsatz im Belüftungsbecken, ausgedrückt in BSB5, einen Wert von ungefähr 1,5 kg BSB5 /kg/MS/Tag annimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschuß an Schlamm, der in der kombinierten Klär- und Schlammeindickanlage anfällt, einer biologi­ schen Behandlung in zwei Schritten unterzogen wird, nämlich einer Hydrolyse und einer Methanisierung, die in zwei verschiedenen speziellen Apparaten durchgeführt werden, wobei bei der Hydrolyse der gärbare Anteil des Schlammes verflüssigt wird, worauf der restliche nicht mehr reaktionsfähige Schlamm durch zum Beispiel Zentri­ fugieren oder Mikrofiltration abgetrennt wird, bevor die Methanisierung der klaren Restflüssigkeit, frei von fein verteilten Partikeln, die den Stoffaustausch behin­ dern, in einer geeigneten Anlage, wie beispielsweise einem anaeroben Fließbett, stattfindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit, die das Fließbett zur Methanisierung verlässt, mit dem zu behandelnden Wasser vermischt wird, bevor dieses in das einzige Belüftungsbecken eingespeist wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einem einzigen Be­ lüftungsbecken mit hohem Masseneinsatz, einer kombinier­ ten Klär- und Schlammeindickanlage, von der der Schlamm in das Belüftungsbecken zurückgeführt wird, einer Nitri­ fizierungsanlage, einer Denitrifizierungsanlage, einer Kläranlage und einer Anlage zur Hydrolyse zur Behandlung des Schlammes, die mit der kombinierten Klär- und Schlamm­ eindickanlage in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Behandlung des Schlamms ein Sepa­ rator (12) zum Trennen von Flüssigkeit und Schlamm und eine Anlage zur Methanisierung (16), der diese Flüssig­ keit zugeführt wird, vorhanden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage zur Methanisierung (16) mit dem Kanal (1) verbunden ist, um die klare Restflüssigkeit zusammen mit dem Wasser in das Belüftungsbecken (2) einzuspeisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Separator (12) mit der Denitrifizierungsanlage (7) verbunden ist, um die klare Restflüssigkeit des Schlammes vor der Einleitung in die Methanisierungsanlage (16) dort­ hin weiterzuleiten.