DE3808010A1 - Verfahren zur abwasserreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der biologischen Reinigungs­ leistung sowie zur Nitrifikation und Denitrifikation von Abwasser in einer nach der Belebtschlamm-Methode arbeitenden Wasserreinigungsanlage mit offenem Bele­ bungsbecken.

In bekannten Belebtschlamm-Systemen werden Haushalts-, Industrie- oder Misch­ abwässer konventionell in Belebungsbecken durch Eintragung von Luft behandelt, wobei durch Mikroorganismen die organischen und chemischen Verschmutzungen (BSB und CSB) abgebaut werden. Zur Trennung des Belebtschlammes vom ge­ reinigten Abwasser wird das Gemisch vom Belebungsbecken in ein Nachklärbek­ ken geleitet. Der Belebtschlamm setzt sich auf dem Boden des Nachklärbeckens ab, während das gereinigte Wasser die Anlage über ein Überlaufwehr verläßt.

Zur Aufrechterhaltung des Prozesses wird der am Boden des Nachklärbeckens ab­ gesetzte Belebtschlamm in das Belebungsbecken kontinuierlich zurückgeführt,wo­ bei - je nach rückgeführter Belebtschlammenge - mehr oder weniger Belebt­ schlamm in die Belebung gelangt, d.h. unterschiedliche Schlammbelastungen (kg BSB/kg Schlamm/Tag) auftreten.

Die jeweilige Schlammbelastung stellt einen wichtigen Faktor für die Reinigungs­ leistung des Verfahrens dar. Je geringer die Schlammbelastung ist, desto höher wird die Reinigungsleistung.

Konventionelle Belebungsbecken werden heutzutage mit Hilfe von Luft belüftet, wobei eine Vielzahl von Eintragsystemen verwendet wird, so u.a. eine Kerzen-, Druck-, Oberflächen- oder Jetbelüftung und dergleichen. Die benötigte Luftmen­ ge errechnet sich aus der minimalen Mischleistung (d. h. innerhalb des Belebungs­ beckens darf sich kein Schlamm absetzen) und dem Luftsauerstoffbedarf zum Ab­ bau der entsprechenden organischen Verschmutzung. Sauerstoffeintragungs-Wir­ kungsgrade und minimale Mischleistung sind abhängig vom Eintragsystem.

Da bei vielen existierenden Kläranlagen die Schmutzfracht im Laufe der Zeit, z. B. durch Industrieansiedlung, erhöht wurde und/oder mit hohen Tagesspitzen ge­ rechnet werden muß, kann das vorhandene Belüftungssystem den entsprechen­ den Luftsauerstoffbedarf häufig nicht decken. Dadurch kommt es im Belebungs­ becken zu Sauerstoffmangel. Aufgrund dieses und anderer Parameter stellen sich Belebtschlammeigenschaften ein, die zur Gewährleistung der Reinigungsleistung (Schlammbelastung) eine hohe Rücklaufschlammenge erfordern.

Hinzu kommt, daß aufgrund der steigenden Umweltbelastung immer mehr uner­ wünschte Verunreinigungen ins Grund- und Oberflächenwasser gelangen, wo­ durch eine Trinkwasseraufbereitung erschwert wird. Die neue Wasserabgabe- Gesetzgebung sieht daher über einen Stufenplan vor, daß neben den biologi­ schen und chemischen Stoffen kurzfristig auch Stickstoffverbindungen (Ammonium) und langfristig Phosphorverbindungen abgebaut werden müssen. Es ist bekannt, für den Abbau von Stickstoffverbindungen eine separate Nitrifikationsstufe vor­ zusehen, die aus Belebung, Nachklärung und Denitrifikationsbecken besteht und die der Oxidationsstufe nachgeschaltet wird. Eine solche Lösung bedeutet jedoch sehr hohe Investitionen und damit eine wesentliche zusätzliche finanzielle Bela­ stung für Städte und Gemeinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abwasserreinigungsverfahren zu schaffen, das die biologische Reinigungsleistung erhöht und eine Nitrifikation und Denitrifikation von Abwasser bei relativ geringem Investitionsaufwand er­ laubt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch gezielten Eintrag von Sauerstoff in das offene Belebungsbecken der Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken ständig auf einem nicht nur für einen wirkungsvollen BSB-Abbau, sondern auch für ei­ ne zusätzliche Nitrifikation ausreichendem Wert gehalten wird.

Durch die gezielte Zugabe von Sauerstoff, beispielsweise reinem Sauerstoff, wer­ den die Schlammeigenschaften sowie die Bakterienkulturen positiv beeinflußt; bei gleichen Bedingungen (gleicher Schlammbelastung) können weit höhere Schmutz­ frachten abgebaut werden. Insbesondere kann durch den gezielten Sauerstoff­ eintrag und der damit verbundenen Verbesserung der Schlammeigenschaften die Schlammbelastung einer konventionellen Belebtschlammanlage so reduziert werden, daß in einem konventionellen offenen Belebungsbecken einstufig oxidiert und nitrifiziert werden kann. Zu der Nitrifikation trägt neben der verminderten Schlammbelastung auch eine Verbesserung der Parameter Schlammalter und Schlammaufenthaltszeit bei.

Vorzugsweise wird in das offene Belebungsbecken während eines überwiegenden Teiles der Gesamtbetriebsdauer Luft eingeblasen, und nur in Schmutzfracht- Spitzenbelastungszeiten wird der Sauerstoffgehalt des eingeblasenen Gases auf einen Wert von 50 bis 100% erhöht. Der Sauerstoffeintrag in das Belebungsbek­ ken kann zweckmäßig in Abhängigkeit von dem Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Belebungsbecken gesteuert werden. Durch den gezielten Sauerstoffeintrag läßt sich vorzugsweise der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Belebungsbecken ständig auf einem näherungsweise konstanten Wert halten.

Bei der Nitrifikation wird Ammonium bakteriell in Nitrit und Nitrat umgewandelt. Diese Stoffe gliedern sich an die Schlammflocke an; sie gelangen damit aus der Belebung in die Nachklärung. In der Nachklärung kommt es infolgedessen zu einer gewissen Denitrifikation und teilweisen Entgasung. Dadurch werden die Schlammeigenschaften sowie die Reinigungsleistung des Nachklärers negativ be­ einflußt. Um dies zu verhindern, bedarf es einer zusätzlichen Denitrifikations­ stufe zum Abbau des Nitrats und Nitrits.

Als Lösung dafür kommt ein dem Belebungsbecken nachgeschaltetes zusätzliches Denitrifikationsbecken in Betracht. Vergleicht man die Kosten des zusätzlichen Denitrifikationsbeckens mit der oben geschilderten konventionellen Lösung, so entfällt kostenmäßig der Neubau einer Nitrifikationsbelebung und Nachklärung. Noch kostengünstiger ist es jedoch, aus dem Belebungsbecken Schlamm zu dem dem Belebungsbecken normalerweise ohnehin vorgeschalteten Vorklärbecken zu­ rückzuleiten und das Vorklärbecken gleichzeitig zur Denitrifikation zu nutzen, wobei das Vorklärbecken zweckmäßig in eine Vorklärzone und eine daran an­ schließende, mit Rücklaufschlamm aus dem Belebungsbecken beschickte Denitri­ fikationszone unterteilt wird. Im Vergleich zu konventionellen Belebungsanlagen ohne Nitrifikations- und Denitrifikationsstufe wird in einem solchen Fall keiner­ lei zusätzliches Bauvolumen benötigt. Ein solches Vorgehen stellt daher eine äußerst wirtschaftliche Lösung für die zukünftig erforderliche Nitrifikation/ Denitrifikation dar.

Bereits vorhandene Belebungsanlagen lassen sich mit relativ bescheidenen In­ vestitionskosten für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens um­ rüsten und damit zur gleichzeitigen Nitrifikation/Denitrifikation heranziehen.

Die beiliegende einzige Figur zeigt schematisch eine zur Durchführung des Ver­ fahrens nach der Erfindung geeignete Anlage. Diese Anlage weist ein Vorklär­ becken 10, ein offenes Belebungsbecken 12 und ein Nachklärbecken 14 auf. Das Vorklärbecken 10 ist in eine Vorklärzone 16 und eine Denitrifikationszone 18 un­ terteilt. In der Denitrifikationszone 18 sitzen Mischer 20 zum Durchmischen des Inhalts dieser Zone. Mit Schmutzfracht beladenes Wasser, das bei 22 angedeutet ist, tritt in die Vorklärzone 16 ein und gelangt von dort zunächst in die Denitri­ fikationszone 18 sowie dann als vorgeklärter und denitrifizierter Strom 24 in das Belebungsbecken 12. Von der Denitrifikationszone 18 in das Belebungsbecken 12 übertretender Schlamm ist bei 26 angedeutet.

In das Belebungsbecken 12 wird normalerweise Luft eingeblasen. Der Lufteintrag wird bedarfsweise durch einen gezielten Eintrag von Sauerstoff ergänzt, zweck­ mäßig in der Weise, daß unabhängig von Schwankungen der zugeführten Schmutz­ fracht der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Belebungsbecken 12 ständig auf ei­ nem näherungsweise konstanten Wert gehalten wird. In dem Belebungsbecken 12 werden sowohl der biologische als auch der chemische Sauerstoffbedarf abgebaut. Gleichzeitig erfolgt in dem Belebungsbecken 12 eine Nitrifikation. Das derart ge­ reinigte Wasser 28 tritt aus dem Belebungsbecken 12 in das Nachklärbecken 14 über. Nachgeklärtes, gereinigtes Wasser verläßt die Anlage als Strom 30. Von dem Belebungsbecken 12 in das Nachklärbecken 14 übertretender Schlamm ist bei 32 angedeutet. Mit 34 und 36 sind ein Schlammrücklauf von dem Belebungs­ becken 12 zu der Denitrifikationszone 18 des Vorklärbeckens 12 bzw. von dem Nachklärbecken 14 zum Belebungsbecken 12 bezeichnet.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erhöhung der biologischen Reinigungsleistung sowie zur Nitri­ fikation und Denitrifikation von Abwasser in einer nach der Belebtschlamm- Methode arbeitenden Abwasserreinigungsanlage mit offenem Belebungsbecken, dadurch gekennzeichnet, daß durch gezielten Ein­ trag von Sauerstoff in das offene Belebungsbecken der Sauerstoffgehalt im Belebungsbecken ständig auf einem nicht nur für einen wirkungsvollen BSB- Abbau, sondern auch für eine zusätzliche Nitrifikation ausreichendem Wert gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das offene Be­ lebungsbecken während eines überwiegenden Teiles der Gesamtbetriebsdauer Luft eingeblasen wird und nur in Schmutzfracht-Spitzenbelastungszeiten der Sauerstoffgehalt des eingeblasenen Gases auf einen Wert von 50 bis 100% er­ höht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauer­ stoffeintrag in das Belebungsbecken in Abhängigkeit von dem Gehalt an ge­ löstem Sauerstoff im Belebungsbecken gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den geziel­ ten Sauerstoffeintrag der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Belebungsbecken ständig auf einem näherungsweise konstanten Wert gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß aus dem Belebungsbecken Schlamm zu einem dem Belebungsbecken vorgeschalteten Vorklärbecken zurückgeleitet und das Vorklärbecken gleich­ zeitig zur Denitrifikation benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorklärbek­ ken in eine Vorklärzone und eine daran anschließende, mit Rücklaufschlamm aus dem Belebungsbecken beschickte Denitrifikationszone unterteilt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Denitrifikationszone durchmischt wird.