DE3737030C2 - - Google Patents

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.