DE3737030C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum biologischen
Entfernen von Phosphaten aus Abwasser, wonach Mikroorganismen,
die Phosphat über den eigenen Bedarf hinaus aufnehmen
und speichern können (Bio-P-Organismen) in einem
SBR-betriebenen Reaktor angesiedelt werden und in den
Reaktor in periodischem Wechsel organische Substanzen
enthaltendes Abwasser ohne Sauerstoffzufuhr zur Erzeugung
einer anaeroben Phase eingeführt wird, wonach ferner
unter Anreicherung der Bio-P-Organismen durch periodischen
Wechsel von Verfügbarkeit und Mangel an
organischen Substanzen und Sauerstoff in der anaeroben
Phase Phosphat unter Zunahme der Phosphatkonzentration
im Abwasser freigesetzt und in der aeroben Phase die
Phosphatkonzentration im Abwasser unter Phosphataufnahme
durch die Bio-P-Organismen reduziert wird, und die Phosphate
durch Trennung von Biomasse und gereinigtem Abwasser
entfernt werden.
Um die Eutrophierung von Oberflächengewässern zu vermeiden,
ist eine weitgehende Entfernung von Phosphaten
aus Abwasser erforderlich. Dazu kennt man das Verfahren
der chemischen Fällung. Als Alternative stehen Verfahren
zur biologischen Phosphat-Entfernung zur Verfügung.
Die biologische Phosphat-Entfernung beruht auf der Fähigkeit
von Mikroorganismen, Phosphat über den eigenen Bedarf
hinaus aufzunehmen und in Form von Polyphosphat zu
speichern. Die dazu geeigneten Spezialisten werden im
folgenden als Bio-P-Organismen bezeichnet.
Nach bisherigen Erkenntnissen nehmen Bio-P-Organismen
Phosphat vorzugsweise dann auf, wenn gelöster Sauerstoff
zur Verfügung steht, d. h. wenn aerobe Bedingungen gegeben
sind. Unter Sauerstoffmangel, wenn also anaerobe
Bedingungen gegeben sind, scheiden die Bio-P-Organismen
Phosphat aus. Durch periodischen Wechsel dieser beiden
Grenzbedingungen können Bio-P-Organismen in einer
heterogen zusammengesetzten, mikrobiellen Lebensgemeinschaft
angereichert werden.
Zur biologischen Phosphat-Entfernung wird bisher das Belebtschlammverfahren
eingesetzt. Praktische Bedeutung
haben zwei Verfahrensvarianten. Nach dem Hauptstromverfahren
werden Belebungsbecken mit belüfteten und unbelüfteten
Zonen verwendet. Die Entfernung von Phosphaten
erfolgt letztlich durch Abtrennung von Bio-P-Organismen
mit Überschußschlamm. - Nach dem Nebenstromverfahren
durchläuft in das Belebungsbecken zurückgeführter Rücklaufschlamm
ein unbelüftetes Becken, in welches organische
Substrate zur Stimulation der Bio-P-Organismen
zugegeben werden. Von den Bio-P-Organismen wird Phosphat
ausgeschieden, dann chemisch gefällt und schließlich abgetrennt.
Um eine wirkungsvolle biologische Phosphat-Entfernung zu
erzielen, müssen bei diesem bekannten Verfahren die
Bio-P-Organismen im Belebtschlamm angereichert werden.
Das geschieht praktisch dadurch, daß der in der Belebtschlammanlage
zirkulierende Belebtschlamm periodisch
aeroben und anaeroben Bedingungen ausgesetzt wird. In
vielen Fällen resultiert aus der Anreicherung von Bio-P-Organismen
jedoch ein Verlust der Absetzbarkeit des Belebtschlamms.
Die Schlammabsetzbarkeit nimmt ab, wenn der
Belebtschlamm durch fädige Mikroorganismen überwuchert
wird. Dann bildet sich Blähschlamm. Ungünstige Schlammabsetzbarkeit
kann schließlich zum Zusammenbrechen des
gesamten Reinigungssystems führen.
Unabhängig davon ist als Modifikation des Belebtschlammver
fahrens das SBR-Verfahren bekannt. SBR steht für
"sequencing batch reactor". Danach wird Abwasser nur
während eines begrenzten Zeitraumes, nämlich in der Füllphase,
in den Reaktor eingeleitet. Ein vorgegebener Teil
des Reaktorinhalts wird nach Abschluß der Behandlung
innerhalb einer begrenzten Zeitspanne, nämlich der Abzugsphase,
aus dem Reaktor entnommen. Während des Zeitraumes,
der durch den Beginn der Füllphase und das Ende
der Abzugsphase gekennzeichnet ist, nämlich in der Behandlungsphase,
werden in vorgegebener Reihenfolge und
zeitlich begrenzt verschiedene äußere Betriebsbedingungen
wie Mischphase, Belüftungsphase, Sedimentationsphase usw.
eingestellt. Die einzelnen Phasen wiederholen sich
zyklisch. Die Zyklusdauer ist identisch mit der Dauer der
Behandlungsphase. Die aufeinanderfolgenden Zyklen können
durch Stillstandsphasen unterschiedlicher Dauer unterbrochen
werden.
Das SBR-Verfahren wurde bisher nur als SBR-Belebungsverfah
ren eingesetzt, d. h. unter Verwendung von Mikroorganismen,
die im Reaktor als Belebtschlammflocken heranwachsen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum biologischen Entfernen von Phosphaten aus Abwasser
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches sich
gegenüber dem Belebtschlammverfahren durch geringeren
Energiebedarf und einfachere Betriebsweise auszeichnet,
bei dem ferner Leistungsverluste infolge Blähschlammbildung
nicht auftreten können.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen
Verfahren dadurch, daß in einem Reaktor ein Biofilmreaktor
verwendet und dazu in dem SBR-betriebenen Reaktor
ein Biofilm mit darin angesiedelten Bio-P-Organismen erzeugt
und abgelöste Biomasse mit solchen Bio-P-Organismen
nach Sedimentation als Bakterienschlamm abgezogen wird.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird - wie
beim Belebtschlammverfahren - unter anaeroben Bedingungen
Phosphat freigesetzt, unter anaeroben Bedingungen extensiv
aufgenommen. Ein Zyklus beginnt damit, daß Abwasser
in einen zuvor ganz oder teilentleerten Biofilm-Reaktor
eingeleitet wird. Während der Füllphase und gegebenenfalls
auch über das Ende der Füllphase hinaus wird der
Reaktorinhalt ohne Sauerstoffzufuhr gehalten. Aufgrund
der präsenten Bio-P-Organismen kommt es während der so
erzeugten anaeroben Phase zur Abnahme der Konzentration
der organischen Substanzen im Abwasser und zu einer Zunahme
der Phosphatkonzentration im Abwasser. Beim Ansteigen
der Phosphatkonzentration über einen vorgegebenen
Wert kann eine Phosphatfällung durchgeführt werden. Die
Bio-P-Organismen beginnen nachfolgend erneut Phosphat
einzulagern. Es dauert in der Regel mehrere Zyklen, bis
eine erneute Phosphatfällung durchgeführt werden muß.
Nach Abschluß der anaeroben Phase werden aerobe Bedingungen
geschaffen. In der aeroben Phase nehmen die
Bio-P-Organismen organische Substanzen auf und bauen sie
ab. Ferner kommt es zu einer Abnahme der Phosphatkonzentration
im Abwasser. Die aufgenommenen Phosphate werden
in Form von Polyphosphaten zellintern gespeichert. Am
Ende der aeroben Phase sind die abbaubaren organischen
Substanzen und Phosphate aus dem gereinigten Abwasser
eliminiert. Auf die aerobe Phase folgt eine Phase,
während der das gereinigte Abwasser aus dem Reaktor abgezogen
wird.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden
aufgeführt. So sieht die Erfindung vor, daß bei Verwendung
eines Wirbelbett-Reaktors das gereinigte Abwasser
abgezogen und die abgelöste Biomasse in einem nachgeschalteten
Behandlungsschritt abgetrennt wird. Fest- oder
Wirbelbett-Reaktor (bzw. SBR) meint, daß Schüttmaterial
als Trägermaterial für den Aufwuchs des Biofilms und
damit der Bio-P-Organismen verwendet wird. Für die Fest/
Flüssig-Trennung stehen Absetzbecken, Zentrifuge, Sandfilter
usw. zur Verfügung.
Nach einem anderen Vorschlag sieht die Erfindung vor, daß
bei Verwendung eines Rotationskörper-SBR-Reaktors abgelöste
Biomasse vom gereinigten Abwasser im Reaktor selbst
durch Sedimentation abgetrennt wird und danach gereinigtes
Abwasser und abgesetzter Schlamm abgezogen
werden. Rotationskörper-Reaktor meint, daß rotierende
Scheiben oder gepackte Trommeln für den Aufwuchs des Biofilms
und damit der Bio-P-Organismen verwendet werden. Im
Zuge der Trennung der suspendierten Biomasse von dem
gereinigten Abwasser wird die Rotation der Scheiben oder
Trommeln unterbrochen, um strömungsfreie Zustände zu
schaffen. Nach dem Abziehen einer vorgegebenen gereinigten
Abwassermenge sowie des abgesetzten Schlammes steht
der Reaktor für eine erneute Beschickung zur Verfügung.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders
geeignet ist. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet
durch einen Wirbelbett- oder Festbett-Reaktor (SBR)
mit Trägermaterial für den Aufwuchs von Biofilm, der Bio-
P-Organismen enthält, mit Zulaufpumpe, Umwälzpumpe und
Ablaufpumpe oder Ablaufventil und einer Einrichtung zum
Einblasen von Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigem Gas. Als
Trägermaterial kommen Formteile aus Kunststoff oder
mineralisches Material wie Tonkugeln oder Sand in Frage.
Der Wirbelbett-Reaktor wird über die Zulaufpumpe bis zu
einer vorgegebenen Marke gefüllt. Während der anaeroben
Phase erfolgt ein Mischen durch Umpumpen der Füllung
mittels der Umwälzpumpe, die auch zur Erzeugung der Expansion
und Verwirbelung des Trägermaterials eingesetzt
werden kann. Zur Sauerstoffversorgung der Bio-P-Organismen
kann Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltiges Gas direkt in
den Reaktor eingeblasen werden. Alternativ ist auch eine
Begasungskammer möglich. Zur Entnahme des gereinigten Abwassers
wird der Wirbelbett-Reaktor durch Öffnen des Ablaufventils
oder durch Einschalten der Ablaufpumpe bis zu
einer vorgegebenen Marke dräniert. Das abgezogene Abwasser
enthält Biomasse, die sich von dem Trägermaterial
gelöst hat. Die Trennung der suspendierten Biomasse von
dem gereinigten Abwasser kann - wie bereits oben erwähnt -
in einem Absetzbecken durchgeführt werden. Zur Durchführung
der Phosphatfällung wird das Abwasser aus dem
Reaktor abgezogen und in ein Absetzbecken geleitet. Die
Fällungschemikalien können dem abfließenden Abwasser in
einer Mischstrecke zugegeben werden. Im Absetzbecken
trennt sich das ausgefällte Phosphat von dem gereinigten
Abwasser. Der Überstand wird zur Endreinigung in den
Wirbelbett-Reaktor zurückgegeben.
Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist nach einem Vorschlag der Erfindung
mit selbständiger Bedeutung gekennzeichnet durch einen
Rotationskörper-Reaktor (SBR) mit zumindest zwei benachbarten
Becken mit Zulaufleitungen für Abwasser und mit
in den Becken drehbar gelagerten Trägerscheiben oder mit
Trägermaterial gefüllten Trommeln für den Aufwuchs von
Biofilm, der Bio-P-Organismen enthält und mit einem Antrieb
für die Trägerscheiben oder Trommeln, wobei die
Beckenwände über die Trägerscheiben bzw. Trommeln hochgezogen
sind und unterhalb der Scheiben- bzw. Trommelachse
ein beide Becken verbindender verschließbarer Durchlaß
angeordnet ist, ferner der Boden der Becken jeweils als
Trichter mit einer absperrbaren Ablaufleitung unmittelbar
oberhalb des Trichters ausgebildet ist. Das Teilvolumen
der Becken oberhalb der Scheiben- bzw. Trommelachse ist
vorzugsweise gleich dem Teilvolumen unterhalb der
Scheiben- bzw. Trommelachse gewählt. Die beiden Becken
können als Zwillingsbecken ausgebildet sein, wobei die
Trägerscheiben bzw. Trommeln auf einer gemeinsamen horizontalen
Drehachse mit dem darauf arbeitenden Antrieb angeordnet
sind.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen
darin zu sehen, daß ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur biologischen Entfernung von Phosphaten
aus Abwasser mit Hilfe von periodisch betriebenen Biofilm-
Reaktoren angegeben werden, die sich - im Gegensatz
zu dem Belebtschlammverfahren - durch eine einfache Betriebsweise
und einen geringeren Energiebedarf auszeichnen.
Hinzu kommt, daß Leistungsverluste infolge Blähschlammbildung
nicht auftreten können. Die chemische
Phosphatbildung kann nach biologischer Phosphat-Freisetzung
in einfacher Weise, nämlich ohne dosierte Zugabe
spezieller Nährstoffe, im Hauptstrom durchgeführt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Rotationskörper-Reaktor (SBR) in schematischem
Längsschnitt,
Fig. 2 den Gegenstand nach Fig. 1 im Querschnitt und
Fig. 3 Füllwasserstände in den Becken des Gegenstandes nach
Fig. 1.
In den Figuren ist eine Vorrichtung zum biologischen Entfer
nen von Phosphaten aus Abwasser dargestellt, wonach Bio-P-
Organismen im periodischen Wechsel anaeroben und aeroben Be
dingungen ausgesetzt werden. Diese Vorrichtung ist gekenn
zeichnet durch einen Rotationskörper-Reaktor (SBR) mit zu
mindest zwei benachbarten Becken 1, 2 mit Zulaufleitungen 3
für Abwasser und mit in den Becken 1, 2 drehbar gelagerten
mit Trägermaterial gefüllten Trommeln 4, 5 für den Aufwuchs
von Biofilm und damit von Bio-P-Organismen und mit einem An
trieb 6 für die Trommeln 4, 5. Die Beckenwände 7 sind über
die Trommeln 4, 5 hochgezogen, so daß die Trommeln 4, 5 voll
in Abwasser eingetaucht werden können. Unterhalb der Trommel
achse 8 ist ein beide Becken 1, 2 verbindender verschließ
barer bzw. zu öffnender Durchlaß 9 angeordnet. Der Boden der
Becken 1, 2 ist jeweils als Trichter 10, 11 mit einer ab
sperrbaren Ablauföffnung 12 in der Trichterspitze und einer
absperrbaren Ablaufleitung 13, 14 unmittelbar oberhalb des
jeweiligen Trichters ausgebildet. Das Teilvolumen der Becken
ist oberhalb der Trommelachse 8 gleich dem Teilvolumen unter
halb der Trommelachse gewählt. Die beiden Becken 1, 2 sind
als Zwillingsbecken ausgebildet, die Trommeln 4, 5 weisen
eine gemeinsame horizontale Drehachse 8 auf, die mit der
Trommelachse zusammenfällt. Auf diese Drehachse 8 arbeitet
der außenliegende Antrieb 6. - Die Trichterspitze der beiden
Trichter 10, 11 dient zum Sammeln der abgelösten Biomasse
oder der Präzipitate, die sich nach Durchführung der Phos
phatfällung bilden. Der Abzug des gereinigten Abwassers so
wie der Schlammabzug erfolgt über die dargestellten Abzugs
leitungen 13, 14.
Die zeitliche Änderung der Höhenlagen der Abwasserspiegel
in den beiden Becken 1, 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Zy
klus beginnt nach diesem Beispiel mit der Füllung des Beckens
1 zur oberen Wasserspiegelmarke. Das Becken 2 sei aufgrund
eines vorangegangenen Zyklus noch teilgefüllt. Die Trommeln
4, 5 rotieren. In dem Becken 1 stellen sich anaerobe Bedin
gungen ein. Die Bedingungen in dem Becken 2 sind aerob. Kurz
vor Abschluß der anaeroben Phase im Becken 1 wird das Becken
2 geleert. Das gereinigte Abwasser fließt ab, und ebenso der
Schlamm, der sich in der Trichterspitze gesammelt hat. Nach
Schließen der Ablaufleitungen 13, 14 wird der Durchlaß 9 zwi
schen den Becken 1, 2 geöffnet. Der Inhalt des Beckens 1 ver
teilt sich auf beide Becken 1, 2 bis sich der Abwasserspiegel
ausgeglichen hat. Danach sind die Trommeln 4, 5 in beiden
Becken 1, 2 nur noch teilweise untergetaucht. Im Biofilm stel
len sich aerobe Bedingungen ein. Die Phosphate sowie organi
sche Substanzen des Abwassers werden von den Bio-P-Organismen
aufgenommen und das Abwasser auf diese Weise gereinigt. Wenn
das Reinigungsziel erreicht ist, wird das Becken 2 geleert
und neu mit Abwasser befüllt. Der Zyklus läuft nun, wie oben
beschrieben, allerdings seitenvertauscht ab. Die Phosphat
fällung kann am Ende der anaeroben Phase durchgeführt werden.
Dazu werden Fällungschemikalien in das voll eingestaute Bec
ken 1 dosiert. Nach erfolgter Durchmischung wird die Rotation
der Trommeln kurz unterbrochen, so daß sich die Präzipitate
absetzen und aus dem System entfernt werden können. Der Reini
gungsprozeß wird dann planmäßig fortgesetzt.
Claims (8)
1. Verfahren zum biologischen Entfernen von Phosphaten
aus Abwasser, wonach Mikroorganismen, die Phosphat über
den eigenen Bedarf hinaus aufnehmen und speichern können
(Bio-P-Organismen) in einem SBR-betriebenen Reaktor angesiedelt
werden und in den Reaktor in periodischem Wechsel
organische Substanzen enthaltendes Abwasser ohne Sauerstoffzufuhr
zur Erzeugung einer anaeroben Phase eingeleitet
und Sauerstoff zur Erzeugung einer aeroben Phase
eingeführt wird, wonach ferner unter Anreicherung der
Bio-P-Organismen durch periodischen Wechsel von Verfügbarkeit
und Mangel an organischen Substanzen und Sauerstoff
in der anaeroben Phase Phosphat unter Zunahme der
Phosphatkonzentration im Abwasser freigesetzt und in der
aeroben Phase die Phosphatkonzentration im Abwasser unter
Phosphataufnahme durch die Bio-P-Organismen reduziert
wird, und die Phosphate durch Trennung von Biomasse und
gereinigtem Abwasser entfernt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß als Reaktor ein Biofilm-
Reaktor verwendet und dazu in dem SBR-betriebenen Reaktor
ein Biofilm mit darin angesiedelten Bio-P-Organismen erzeugt
und abgelöste Biomasse mit solchen Bio-P-Organismen
nach Sedimentation als Bakterienschlamm abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung eines Wirbelbett-Reaktors das gereinigte
Abwasser abgezogen und die abgelöste Biomasse in einem
nachgeschalteten Behandlungsschritt abgetrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung eines Rotationskörper-Reaktors suspendierte
Biomasse vom gereinigten Abwasser im Reaktor
selbst durch Sedimentation abgetrennt wird und danach
gereinigtes Abwasser und abgesetzter Schlamm abgezogen
werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
einen Wirbelbett- oder Festbett-Reaktor (SBR) mit Trägermaterial
für den Aufwuchs von Biofilm, der Bio-P-Organismen
enthält, mit Zulaufpumpe, Umwälzpumpe und Ablaufpumpe
oder Ablaufventil und einer Einrichtung zum Einblasen von
Sauerstoff bzw. sauerstoffhaltigem Gas.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trägermaterial von Formteilen aus Kunststoff oder
von mineralischem Material wie Tonkugeln oder Sand gebildet
ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder 3, gekennzeichnet durch einen Rotationskörper-
Reaktor (SBR) mit zumindest zwei benachbarten
Becken (1, 2) mit Zulaufleitungen (3) für Abwasser und
mit in den Becken (1, 2) drehbar gelagerten Trägerscheiben
oder mit Trägermaterial gefüllten Trommeln (4,
5) für den Aufwuchs von Biofilm-, der Bio-P-Organismen enthält,
und mit einem Antrieb (6) für die Trägerscheiben
oder Trommeln (4, 5), wobei die Beckenwände (7) über die
Trägerscheiben bzw. Trommeln (4, 5) hochgezogen sind und
unterhalb der Scheiben- bzw. Trommelachse (8) ein beide
Becken (1, 2) verbindender verschließbarer Durchlaß (9)
angeordnet ist, ferner der Boden der Becken (1, 2) jeweils
als Trichter (10, 11) mit einer absperrbaren Ablauföffnung
(12) in der Trichterspitze und einer absperrbaren
Ablaufleitung (13, 14) unmittelbar oberhalb des
Trichters ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Teilvolumen der Becken (1, 2) oberhalb der
Scheiben- bzw. Trommelachse (8) gleich dem Teilvolumen
unterhalb der Scheiben- bzw. Trommelachse gewählt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Becken (1, 2) als Zwillingsbecken
ausgebildet sind und die Trägerscheiben bzw. Trommeln
(4, 5) eine gemeinsame horizontale Drehachse (8) mit
dem darauf arbeitenden Antrieb (6) aufweisen.
Priority Applications (1)
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