DE3716782C2

DE3716782C2 -

Info

Publication number: DE3716782C2
Application number: DE19873716782
Authority: DE
Inventors: Robert Janos Dipl.-Biol. Adam; Laszlo Asoth; Laszlo Dipl.-Masch.-Ing. Haraszti; Gyoergy Dipl.-Masch.-Ing. Kalman; Laszlo Kercsmar; Rudolf Dipl.-Masch.-Ing. Korda; Sandor Dipl.-Chem. Kubo; Laszlo Palocz; Istvan Dipl.-Umweltschutz-Ing. Tatabanya Hu Zsirai
Original assignee: TATABANYAI SZENBANYAK TATABANYA HU
Current assignee: TATABANYAI SZENBANYAK TATABANYA HU
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1992-09-17
Also published as: PL158608B1; DE3716782A1; HUT44746A; ATA117387A; EG18700A; CS275878B6; SU1688787A3; AT395845B; HU205330B; PL265770A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von organische Substanzen enthaltenden Abwässern, insbesondere zur Verringerung von Phosphor und Stickstoff.

Die Eutrophierung lebender Gewässer stellt ein immer größeres Problem dar, das durch eine Anreicherung von pflanzlichen Nährstoffen (Phosphor, Stickstoff) in den Gewässern hervorgerufen wird. Bei den herkömmlichen Systemen zur biologischen Abwasserreinigung ist wegen des geringen Wirkungsgrades der Phosphor- und Stickstoffentfernung die Einführung einer dritten Stufe der Reinigung erforderlich. Während dieser dritten Reinigungsstufe wird das aus der zweiten Stufe abfließende Wasser in einem gesonderten Objekt einem Denitrifikationsvorgang unterworfen, wobei eine gesonderte Kohlenstoffquelle mit Hilfe von Alkohol, Melasse usw. gewährleistet werden muß.

Der Phosphor wird durch Zugabe von Kalzium-, Aluminium- oder Eisensalz und Behandlung des Niederschlages entfernt.

Die Reinigung mit einer dritten Stufe erfordert den Einbau und das Inbetriebnehmen von weiteren Objekten, die Zugabe von Chemikalien und eine weitere Behandlung des Schlammes.

Die neueren mikrobiologischen Abwasserreinigungsverfahren zeichnen sich durch eine Kombination von anaeroben, semianaeroben und aeroben Systemen aus, wie sie z. B. in US-PS 44 31 543 und US-PS 44 60 470 beschrieben sind.

Gemäß der DE-34 27 310 wird ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser durch die Aktivschlammethode offenbart, wobei das Abwasser in zwei Behandlungszonen in Berührung mit Mikroorganismen gebracht wird, in denen das Abwasser abwechselnd in die eine und die andere Behandlungszone geführt und in diesen Zonen abwechselnd unter anoxischen und aeroben Bedingungen behandelt wird, und das so behandelte Abwasser zum Abscheiden von Schlamm, der rezirkuliert und mit anoxischen und aeroben Bedingungen zu unterwerfenden Abwasser vermischt wird, in eine Klärzone geführt wird. Bei diesem Verfahren wird das Abwasser unter anaeroben Bedingungen in Berührung mit Mikroorganismen gebracht, bevor es den anoxischen und aeroben Behandlungen unterworfen wird. Das Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Abwassers in jeder Behandlungszone, in der es abwechselnd unter anoxischen und aeroben Bedingungen behandelt wird, im Vergleich zur Dauer dieser Behandlungen lang ist, und daß der Schlamm in das Abwasser rezirkuliert wird, welches unter anaeroben Bedingungen behandelt wird. In der vorzugsweisen Ausführung des obigen Verfahrens wird das Abwasser aus der anaeroben Behandlungszone einer anoxischen Behandlungszone zugeführt. Weiterhin wird der Schlamm vorzugsweise durchschnittlich mindestens 2 Stunden in der Klärzone gehalten.

Das der vorliegende Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, ein technisch einfach realisierbares, ohne Zugabe einer gesonderten Kohlenstoffquelle arbeitendes und mikrobiologisch leicht beherrschbares Verfahren zur Reinigung von organischen Substanzen enthaltenden Abwässern zu schaffen, das zudem eine wirksamere Entfernung von Stickstoff und Phosphor gegenüber den oben genannten Verfahren ermöglicht.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem das Abwasser mit Mikroorganismen gemischter Population unter anaeroben, anoxischen und aeroben Bedingungen behandelt wird, und bei dem ein Teil des am Ende der Behandlung abgetrennten Belebtschlamms in das primäre Abwasser zurückgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Einführen des mit dem rückgeführten Belebtschlamm vermischten Abwassers in eine anaerobe Behandlungszone (2) mit einem Sauerstoffgehalt von höchstens 0,1 mg/l bei einer Verweilzeit von nicht mehr als 2,5 Stunden,
(b) Weiterleiten des Abwassers in eine aerobe Behandlungszone (3), in der die spezifische Schlammbelastung unter 0,25 kg BSB₅/kg Schlamm/Tag gehalten wird und die einen Sauerstoffgehalt von mindestens 2 mg/l aufweist,
(c) anschließende Behandlung von 60 bis 100% des Abwassers aus der aeroben Behandlungszone (3) in einer mit dieser Zone (3) durch eine Zwangsströmung verbundenen, durch eine Trennwand in zwei Abschnitte geteilten Behandlungszone (4) für 30-50 Minuten derart, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im ersten Abschnitt der Zone (4) über 0,1 mg/l bis unter 0,4 mg/l beträgt und im zweiten Abschnitt kein gelöster Sauerstoff vorliegt,
(d) Zurückführen des Abwassers von der Behandlungszone (4) in die aerobe Behandlungszone (3) über eine oben liegende Entnahmeeinrichtung,
(e) Weiterleiten des Abwassers in eine Nachabsetzzone (5), die so dimensioniert ist, daß eine Schlammverweilzeit in deren Eindickraum von nicht mehr als 30 Minuten eingehalten wird und
(f) Überführen des überschüssigen Schlammes in einen Schlammbehandlungsbehälter (9), wo der Schlamm unter anaeroben Bedingungen dekantiert wird, wonach
(g) das Phosphat gefällt und abgetrennt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird gleichzeitig mit der Entfernung der organischen Abfallstoffe auch die wirksame Reduzierung von Phosphor und Stickstoff erreicht, wobei sich auch die Abbaugeschwindigkeit der organische Substanzen enthaltenden Abfallstoffe erhöht und sich die gesamte Verweilzeit des Abwassers verringert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der Figur näher veranschaulicht.

Das Abwasser (1) gelangt in den Mischraum (2a). Hierher kommt auch der im Nachabsatzbehälter abgetrennte Belebtschlamm, die Biomasse (7). Der in der Regel veränderliche Sauerstoffgehalt des Abwassers wird von den im Mischraum (2a) rezirkulierten Belebtschlamm (7), der eine Sauerstoffatmung besitzt, verbraucht. Das keinen gelösten Sauerstoff enthaltende Abwasser fließt in das völlig durchmischte anaerobe Becken (2), dessen Konzentration an gelösten Sauerstoff unter 0,1 mg/l liegt. Im anaeroben Becken (2) findet die anaerobe Zersetzung der organischen Substanzen, die Bildung wasserlöslicher Verbindungen aus dem organisch gebundenen Phosphor und Stickstoff statt, weiterhin gibt der Belebtschlamm den im aeroben Becken (3) akkumulierten Phosphor ab. Das Abwasser befindet sich im anaeroben Becken (2) nicht mehr als 2,5 Stunden. Mit Hilfe dieser Verweilzeit kann auf einfache Weise die Vermehrung der methanproduzierenden Bakterien (CH₄) und damit der lockerstrukturierten, sich schwer absetzenden und sich im aeroben Becken (3) vermehrenden Fadenbakterien verhindert werden.

Das Abwasser gelangt in das aerobe Becken (3), dessen Gehalt an gelöstem Sauerstoff den Wert von 2 mg/l überschreitet. Der Belebtschlammgehalt des Beckens liegt über 3 g/l, was durch das praktische Fehlen von methanproduzierenden Bakterien und Fadenbakterien und durch die den Wechsel von aerober zu anaerober Zone vertragende aerobe und semianaerobe Bakterienflora ermöglicht wird.

Die Belastung des aeroben Beckens (3) wird so dimensioniert, daß seine spezifische Schlammbelastung unter einem Wert von 0,25 kg BSB₅/kg Schlamm/Tag (BSB₅=Biologischer Sauerstoffbedarf) liegt.

An das aerobe Becken (3) schließt sich unmittelbar das semianaerobe Becken (4) an.

Aus dem aeroben Becken (3) wird ein Teil des Abwassers in das semianaerobe Becken (4) geleitet. Zwischen den beiden Becken besteht eine Zwangströmung, wobei die in das Becken (4) eingeleitete Menge des Schlammes 60-100% der in das Becken (3) mit dem Abwasser eingeleiteten Schlammengen beträgt. Die Verweilzeit im semianaeroben Becken (4) beträgt 30 bis 50 Minuten. Der in das Becken geleitete Schlamm kommt mit einer Menge an gelöstem Sauerstoff von 2-3 mg/l dort an, d. h. die Konzentration an gelöstem Sauerstoff übersteigt im ersten Abschnitt des Beckens einen Wert von 0,1 mg/l, erreicht aber einen Wert von 0,4 mg/l nicht. Der zweite Abschnitt des semianaeroben Beckens enthält bereits keinen gelösten Sauerstoff mehr.

Aus dem aeroben Becken (3) gelangt der Dünnschlamm in den Nachabsetzbehälter (5), wo die Trennung von Flüssigkeit und Belebtschlamm erfolgt. Der Belebtschlamm gelangt in den Eindickungsraum des Nachabsetzbehälters. Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Eindickraum ist niedrig, in vielen Fällen erreicht er nur einen Wert von weniger als 0,1 mg/l. Da der Belebtschlamm den akkumulierten Phosphor (PO₄^3-) unter anaeroben Bedingungen abgibt, hängt der Phosphorgehalt des abfließenden gereinigten Wassers (6) auch von der Verweilzeit im schlammeindickenden Raum ab. Es wurde festgestellt, daß eine Verweilzeit des Belebtschlammes im Eindickungsraum von mehr als 30 Minuten bei 100%iger Rezirkulation den Phosphorgehalt des abfließenden Wassers meßbar erhöht. Der Belebtschlamm kann in einer gut funktionierenden Anlage im Eindickraum etwa auf das 2,5fache seiner Dichte eingedickt werden.

Der sich gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ergebende überschüssige Belebtschlamm (8) besitzt die Eigenschaft, daß er etwa 60% des gesamten Phosphors unter anaeroben Bedingungen in Form von Orthophosphat abgibt. Ein Rückleiten des Schlammwassers in das frisch ankommende Abwasser hätte eine Überbelastung der Vorrichtung mit Phosphor zur Folge. Um dies zu vermeiden, ist eng mit dem Nachabsetzbehälter ein den Schlamm aufnehmender, den überschüssigen Belebtschlamm behandelnder Behälter (9) verbunden, in dem der Belebtschlamm unter anaeroben Bedingungen gehalten werden kann, und nach einstündiger Verweilzeit das freigesetzte Phosphat durch Zugabe von Ca²⁺-, Al³⁺- oder Fe²⁺-Salz in einen wasserunlöslichen Niederschlag überführt werden kann. Nach Absetzen des Niederschlages und des Belebtschlammes kann das überstehende Schlammwasser praktisch phosphorfrei in das Abwasser zurückgeleitet werden.

Eine für die Durchführung des obigen Verfahrens geeignete Vorrichtung läßt sich wie folgt beschreiben.

Das anaerobe Becken (2) ist ein geschlossenes Becken, das oben mit einem Zustrom und einem Abfluß versehen ist, und das in der Mitte durch eine Wand in zwei Teile geteilt wird. Die Trennwand hat ihr Ende 60-100 cm über der Bodenplatte. Die in dem Mischraum (2a) befindliche Mischvorrichtung ist so bemessen, daß für den Belebtschlamm und das Abwasser in den Beckenecken eine vertikal gerichtete Strömung von mindestens 10 mm/sec gewährleistet ist.

Im ersten Fach des Beckens auf der Abwasserseite oder an der mit diesem gemeinsamen Außenwand befindet sich der vom Durchmischraum abgetrennte Mischraum (2a) für eine Verweilzeit von 5 Minuten (Aufgeben + Rezirkulation). Die Aufgabe des Mischraumes besteht darin, zu gewährleisten, daß der anaerobe Raum frei von gelöstem Sauerstoff ist. Dies wird dadurch bedingt, daß der Belebtschlamm den mit dem Abwasser ankommenden Sauerstoff oder bei ausbleibendem Ableiten den Restgehalt an gelöstem Sauerstoff des Schlammwassers des Belebtschlammes in dem abgetrennten und von der Außenluft abgeschlossenen Raum zur aeroben Atmung verbraucht.

Das semianaerobe Becken (4) stimmt mit dem Becken der anaeroben Zone (2) überein, mit dem Unterschied, daß es keinen Mischraum besitzt.

Beim Errichten der Objekte muß in jedem Fall die Wasserentnahme von oben am Objekt gewährleistet werden. Das Verbinden der Becken der verschiedenen Zonen in geringerer Höhe ist nicht einmal zum Zwecke des Entleerens ratsam. Die Trennung der einzelnen Zonen kann ohne bedeutende Verringerung des Wirkungsgrades nur so befriedigend abgesichert werden.

Die Anforderung an das Becken des Nachabsetzbehälters (5) besteht darin, daß der Raum für den Schlamm im Absetzbecken so zu bemessen ist, daß eine 30minütige Schlammverweilzeit eingehalten werden kann.

In dem folgenden Versuch werden die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbaren Meßergebnisse mit denen einer herkömmlichen Betriebsweise zur Reinigung von Abwasser verglichen.

Mit der oben dargestellten Versuchsvorrichtung wurden im Abwassersystem einer Kleinstadt mit 1000 Einwohnern Messungen durchgeführt. Die Vorrichtung wurde mit nicht vorher abgesetztem Abwasser betrieben, zuerst in der herkömmlichen Betriebsweise mit Totaloxydation, dann wurde der Belüftungsraum gemäß dem beschriebenen Verfahren in drei Zonen aufgeteilt. Bei der Betriebsweise mit der Totaloxydation war das Belüftungsbecken 18,6 m³ groß.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren betrug das Volumen des zur anaeroben Zone gehörenden Mischraumes und Beckens 4,4 m³, das Volumen des zur semianaeroben Zone gehörenden Beckens 1,8 m³, das des zur aeroben Zone gehörenden Belüftungsbeckens 12,4 m³.

Die Versuchsvorrichtung wurde weiterhin in das Abwassersystem einer Großstadt eingesetzt. Dort wurde vorher abgesetztes Wasser benutzt und eine ständige Betriebsweise angewendet. Die Durchschnittswerte der einzelnen technologischen Betriebsweisen innerhalb von jeweils zwei Monaten waren die folgenden (die Angaben umfassen den mit eingearbeiteter Biomasse betriebenen Zeitraum).

Betriebsweise mit Totaloxydation

Aufgegebenes Abwasser Q=36 m³/Tag

Betriebsweise mit der erfindungsgemäßen Technologie

Aufgegebenes Abwasser Q=52,7 m³/Tag

Betriebsweise mit vorher abgesetztem Abwasser und der erfindungsgemäßen Technologie

Aufgegebenes Abwasser Q=74,6 m³/Tag

Die Zahlenangaben in der obigen Tabelle zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren in dem gleichen Objektvolumen (ausgenommen das Volumen des Nachabsetzbehälters) bei gleichem Wirkungsgrad für den Abbau der organischen Substanzen die Aufarbeitung einer bedeutend größeren Menge Abwassers gewährleistet. Bei einer pro Zeiteinheit größeren spezifischen Stickstoff- und Phosphorbelastung ändert sich der Wirkungsgrad der Nitrifikation nicht, und der Wirkungsgrad für die Entfernung von Stickstoff und Phosphor verdoppelt sich. Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet, daß der Nitrit- bzw. Nitratstickstoffgehalt des Wassers den Wert von 2 mg/l nicht überschreitet.

Claims

Verfahren zur Reinigung von organische Substanzen enthaltendem Abwasser zur Verringerung von Stickstoff und Phosphor, bei dem das Abwasser mit Mikroorganismen gemischter Population unter anaeroben, semianaeroben und aeroben Bedingungen behandelt wird, und ein Teil des am Ende der Behandlung abgetrennten Belebtschlamms in das primäre Abwasser zurückgeführt wird, gekennzeichnet durch
- (a) Einführen des mit dem rückgeführten Belebtschlamm vermischten Abwassers in eine anaerobe Behandlungszone (2) mit einem Sauerstoffgehalt von höchstens 0,1 mg/l bei einer Verweilzeit von nicht mehr als 2,5 Stunden,
- (b) Weiterleiten des Abwassers in eine aerobe Behandlungszone (3), in der die spezifische Schlammbelastung unter 0,25 kg BSB₅/kg Schlamm/Tag gehalten wird und die einen Sauerstoffgehalt von mindestens 2 mg/l aufweist,
- (c) anschließende Behandlung von 60 bis 100% des Abwassers aus der aeroben Behandlungszone (3) in einer mit dieser Zone (3) durch eine Zwangsströmung verbundenen, durch eine Trennwand in zwei Abschnitte geteilten Behandlungszone (4) für 30-50 Minuten derart, daß die Konzentration an gelöstem Sauerstoff im ersten Abschnitt der Zone (4) über 0,1 mg/l bis unter 0,4 mg/l beträgt und im zweiten Abschnitt kein gelöster Sauerstoff vorliegt,
- (d) Zurückführen des Abwassers von der Behandlungszone (4) in die aerobe Behandlungszone (3) über eine oben liegende Entnahmeeinrichtung,
- (e) Weiterleiten des Abwassers in eine Nachabsetzzone (5), die so dimensioniert ist, daß eine Schlammverweilzeit in deren Eindickraum von nicht mehr als 30 Minuten eingehalten wird und
- (f) Überführen des überschüssigen Schlammes in einen Schlammbehandlungsbehälter (9), wo der Schlamm unter anaeroben Bedingungen dekantiert wird, wonach
- (g) das Phosphat gefällt und abgetrennt wird.