DE3934958A1

DE3934958A1 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen abwasserreinigung

Info

Publication number: DE3934958A1
Application number: DE19893934958
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Rer Nat Reimann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1991-04-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung nach dem Belebungsverfahren, bei dem das Abwasser in einer n-stufigen Beckenkaskade nitrifiziert und gegebenenfalls denitrifiziert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus gwf Wasser-Abwasser Nr. 128 (1987) Heft 8, Seiten 422 bis 431, ist es bekannt, Abwasser in einer n-stufigen Beckenkaskade zu behandeln, wobei die einzelnen Stufen mit dem n-ten Teil der gesamten Abwasserzulaufmenge beschickt werden. Jede einzelne Stufe besteht aus einer Denitrifikationszone und einer nachfolgenden Nitrifikationszone, wobei ein Teil des Abwasser aus der Nitrifikationszone in die Denitrifikationszone zurückgeleitet wird. Das zu behandelnde Abwasser wird jeweils in die Denitrifikationszone jeder Stufe eingeleitet.

Dieses bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß sich im vorderen Teil der Beckenkaskade eine Unterlast und im hinteren Teil eine Überlast bezogen auf die Belebtschlammbiomasse ergibt. Um gute Ablaufwerte, insbesondere für NH₄-N, aber auch für BSB₅ und CSB zu erreichen, muß das Gesamtvolumen der Beckenkaskade entsprechend groß sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß die beschriebenen Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stufen der Beckenkaskade mit in Strömungsrichtung abnehmender Abwasserzulaufmenge beschickt werden, während der Rücklaufschlamm der ersten Stufe zugeleitet wird.

Durch diese Verfahrensweise wird eine in Strömungsrichtung abnehmende Verteilung der Stickstoff-, BSB₅- und CSB-Fracht eingehalten. Es wurde gefunden, daß dadurch das Gesamtvolumen der Beckenkaskade gegenüber einem Mischreaktor und einer gleichverteilt beschickten Kaskade um ca. 15 bis 25% verringert werden kann.

Bevorzugterweise werden bei einer zweistufigen Beckenkaskade die erste Stufe mit ca. 60% und die zweite Stufe mit ca. 40% der gesamten Abwasserzulaufmenge beschickt. Bei einer dreistufigen Beckenkaskade werden vorzugsweise ca. 42% des gesamten Abwasserzulaufs in die erste Stufe eingeleitet, ca. 33% in die zweite Stufe und ca. 25% in die dritte Stufe. Bei einer vierstufigen Beckenkaskade werden bevorzugt ca. 34% der gesamten Zulaufmenge der ersten Stufe zugeleitet, ca. 27% der zweiten, ca. 20% der dritten und ca. 19% der vierten Stufe. Bei diesen Verteilungen werden die besten Ergebnisse erzielt. Es werden aber auch noch gute Ablaufwerte erreicht, wenn die Verteilung in gewissen Toleranzen von diesen Werten abweicht.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist der Beckenkaskade eine anaerobe Zone zur Phosphorrücklösung vorgeschaltet, welche mit dem gesamten Schlammrücklauf und dem gem. obigen Angaben entsprechenden Anteil des Zulaufes beaufschlagt wird. Diese Verfahrensweise erlaubt auch eine biologische Phosphorentfernung aus dem Abwasser. Der Phosphor wird in der anaeroben Zone aus der Biomasse in das Abwasser freigesetzt. In einer nachfolgenden aeroben Zone wird Phosphor in erhöhtem Maß aus dem Abwasser entfernt und in die Biomasse eingebaut.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zumindest in eine Stufe der Beckenkaskade Trägermaterial als Aufwuchsfläche für Biomasse zugegeben. Aufgrund der damit verbundenen Aufkonzentrierung der Biomasse wird eine weitere Verringerung des Gesamtvolumens der Beckenkaskade ermöglicht. Vorzugsweise wird das Trägermaterial allen Stufen der Beckenkaskade zugegeben. Als Trägermaterial eignen sich besonders frei im Abwasser schwebende Schaumstoffkörper, die bevorzugt in solcher Menge zugegeben werden, die einen Betrieb als Wirbelbettreaktor ermöglicht. Besonders gute Ergebnisse werden mit makroporösen Trägermaterialien erreicht, wie sie beispielsweise beim Gegenstand der EP-PS 46 900 zur Anwendung kommen.

Das Trägermaterial wird zweckmäßigerweise in den einzelnen Stufen der Beckenkaskade zurückgehalten, um eine Drift des Trägermaterials zum Ablauf der Beckenkaskade zu verhindern.

Vorzugsweise besteht jede Stufe der Beckenkaskade aus einer Denitrifikationszone und einer nachfolgenden Nitrifikationszone, wobei jeweils ein Teil des Abwasser-Belebtschlammgemisches zur Denitrifikationszone zurückgeleitet wird. In diesem Fall durchläuft das Trägermaterial mit dem internen Rücklauf auch die Denitrifikationszone.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine n-stufigen Beckenkaskade auf, wobei jede Stufe der Beckenkaskade einen Zulauf für zu behandelndes Abwasser besitzt.

Erfindungsgemäß stehen die Zuläufe der einzelnen Stufen mit einer Verteileinrichtung in Verbindung, in der das zufließende Abwasser auf die einzelnen Stufen aufgeteilt wird. Die Verteileinrichtung ist so ausgebildet, daß in die einzelnen Stufen unterschiedliche Abwassermengen eingeleitet werden. Dabei nimmt die eingeleitete Abwassermenge mit der Stufenzahl, d. h. in Strömungsrichtung, ab.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist in einer Stufe, vorzugsweise in allen Stufen, der Beckenkaskade Trägermaterial als Aufwuchsfläche für Biomasse angeordnet. In diesem Fall weist die jeweilige Stufe eine Lochwand am ablaufseitigen Ende auf, um eine Drift des Trägermaterials zum Ablauf der Beckenkaskade zu verhindern.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Behandlung von nährstoffreichen Abwässern, bei denen es auf eine hohe Reinigungsleistung, d. h. geringe Ablaufwerte für Ammonium, Nitrat bzw. Nitrit und gegebenenfalls Phosphat ankommt. Immer schärfere Grenzwerte für die Abläufe von kommunalen und industriellen Kläranlagen machen das erfindungsgemäße Verfahren für praktisch alle Anwendungsfälle interessant, bei denen stickstoff- und gegebenenfalls phosphorhaltiges Abwasser gereinigt werden soll.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine dreistufige Nitrifikationskaskade,

Fig. 2 eine zweistufige Nitrifikations/Denitrifikationskaskade,

Fig. 3 eine zweistufige Nitrifikations/Denitrifikationskaskade mit vorgeschalteter Anaerobzone,

Fig. 4 eine dreistufige Nitrifikationskaskade mit Trägermaterial,

Fig. 5 eine zweistufige Nitrifikations/Denitrifikationskaskade mit Trägermaterial.

In Fig. 1 ist eine dreistufige Beckenkaskade zur Nitrifikation dargestellt, die aus drei gleichgroßen belüfteten Becken A, B, C besteht. Diese Anordnung kann insbesondere zur Reinigung reduzierte Stickstoff verbindungen enthaltender Abwässer verwendet werden, wenn keine Denitrifikation erforderlich ist. Das Abwasser wird über einen Zulauf 1 einer Verteileinrichtung 2 zugeführt, die das Abwasser in drei Teilströme 3, 4, 5 aufteilt. Der erste Teilstrom 3, der ca. 42% des gesamten über den Zulauf 1 zufließenden Abwassers ausmacht, wird in die erste Stufe A der Beckenkaskade eingeleitet. Der zweite Teilstrom 4 macht ca. 33% des gesamten Abwasserzulaufs aus und wird in die zweite Stufe B eingeleitet. Der dritte Teilstrom 5, der die restlichen ca. 25% des gesamten Zulaufs betrifft, wird in die dritte Stufe C geleitet. Durch die nach hinten abnehmende Verteilung der Abwasserzulaufmenge bzw. Stickstofffracht wird eine gleichmäßige Belastung der in jeder Stufe der Beckenkaskade vorhandenen Biomasse, in diesem Falle speziell der Nitrifikanten, erreicht, wodurch das Gesamtvolumen gegenüber einem Mischreaktor um ca. 15 bis 25% verringert werden kann. Der Beckenkaskade ist ein Nachklärbecken 6 nachgeschaltet, von dem gereinigtes Abwasser über einen Ablauf 7 abgezogen wird, während abgesetzter Schlamm über eine Rücklaufleitung 8 zur ersten Stufe I der Beckenkaskade zurückgeführt wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Beckenkaskade besteht aus zwei Stufen I, II, die jeweils in eine Denitrifikationszone ID, IID und eine anschließende Nitrifikationszone IN, IIN aufgeteilt sind. Das Abwasser fließt über einen Zulauf 1 einer Verteileinrichtung 2 zu, die das Abwasser in zwei Teilströme 3 und 4 aufteilt. Der eine Teilstrom 3 macht ca. 60% des gesamten Abwasserzulaufs aus und wird in die Denitrifaktionszone ID der ersten Stufe I der Beckenkaskade eingeleitet, während der zweite Teilstrom 4, der ca. 40% des gesamten Abwasserzulaufs betrifft, in die Denitrifikationszone IID der zweiten Stufe II eingeleitet wird. Ein Teil des Abwasser-Belebtschlammgemisches wird jeweils von der Nitrifikationszone IN bzw. IIN über Rücklaufleitungen 5 bzw. 6 in die jeweilige Denitrifikationszone ID bzw. IID zurückgeleitet. Aus dem nachgeschalteten Nachklärbecken 7 wird gereinigtes Abwasser über einen Ablauf 8 abgezogen, während abgesetzter Schlamm über Rücklaufleitung 9 zur Denitrifaktionszone ID der ersten Stufe I der Beckenkaskade zurückgeführt wird.

Die in Fig. 3 gezeigte zweistufige Beckenkaskade unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten nur durch eine vorgeschaltete anaerobe Zone IP, die zur Rücklösung von Phosphat dient. Diese Anordnung eignet sich besonders zur Reinigung von Abwässern, die neben Stickstoffverbindungen auch Phosphorverbindungen aufweisen. In der anaeroben Zone IP wird Phosphat aus der Biomasse in das Abwasser freigesetzt, während in der nachfolgenden aeroben Zone IN Phosphat vermehrt aus dem Abwasser entfernt und in die Biomasse eingebaut wird. Der erste Teilstrom 3 des über den Zulauf 1 zufließenden Abwassers wird nicht wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2 der Denitrifikationszone ID, sondern der vorgeschalteten anaeroben Zone IP zugeleitet. Die mengenmäßige Verteilung des Abwassers auf die Teilströme 3, 4 ist dieselbe wie bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung.

Die Anordnung gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß die einzelnen Stufen Trägermaterial als Aufwuchsfläche für die Biomasse enthalten. Dieselben Anlagenteile sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet wie in Fig. 1. Auch die mengenmäßige Aufteilung des Abwasserzulaufs auf die Teilströme 3, 4, 5 entspricht der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Als Trägermaterial werden makroporöse Schaumstoffteilchen 9 verwendet, die frei beweglich im Abwasser schweben. Die Schaumstoffteilchen 9 werden durch Lochwände 10 in den Stufen I, II und III zurückgehalten. Dadurch wird eine Drift der Schaumstoffteilchen 9 zum Ablauf 11 der Beckenkaskade verhindert und eine Gleichverteilung der Schaumstoffteilchen 9 in der Beckenkaskade erreicht. Durch den Einsatz der Schaumstoffteilchen 9 wird eine Aufkonzentrierung von Biomasse und damit eine Steigerung der Reinigungsleistung erzielt. Dadurch kann das gesamte Beckenvolumen der Beckenkaskade noch weiter verringert werden.

Die in Fig. 5 gezeigte Beckenkaskade entspricht im wesentlichen der Anordnung gemäß Fig. 2, wobei dieselben Anlagenteile wieder mit denselben Bezugsziffern versehen sind. Die mengenmäßige Aufteilung des Abwasserzulaufs auf die Teilströme 3, 4 erfolgt ebenfalls wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2. Die einzelnen Zonen ID, IN, IID, IIN enthalten jedoch Schaumstoffteilchen 12 als Trägermaterial für die Biomasse. Zwischen den Stufen I und II der Beckenkaskade ist eine Lochwand 10 angeordnet, die ein Verfrachten der Schaumstoffteilchen 12 von der Stufe I in die Stufe II verhindert. Die Stufen I und II weisen interne Kreisläufe 11 auf, über die die Zonen ID und IN bzw. IID und IIN in Verbindung stehen. Die Schaumstoffteilchen 12 durchlaufen über diese internen Kreisläufe 11 die Nitrifikations- und Denitrifikationszonen ID und IN bzw. IID und IIN.

Claims

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser nach dem Belebungsverfahren, bei dem das Abwasser in einer n-stufigen Beckenkaskade nitrifiziert und gegebenenfalls denitrifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Beckenkaskade mit in Strömungsrichtung abnehmender Abwasserzulaufmenge beschickt werden, während der Rücklaufschlamm der ersten Stufe zugeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweistufigen Beckenkaskade die erste Stufe mit ca. 60% und die zweite Stufe mit ca. 40% der gesamten Abwasserzulaufmenge beschickt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer dreistufigen Beckenkaskade die erste Stufe mit ca. 42%, die zweite Stufe mit ca. 33% und die dritte Stufe mit ca. 25% der gesamten Abwasserzulaufmenge beschickt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vierstufigen Beckenkaskade die erste Stufe mit ca. 34%, die zweite Stufe mit ca. 27%, die dritte Stufe mit ca. 20% und die vierte Stufe mit ca. 19% beschickt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beckenkaskade eine anaerobe Zone zur Phosphorrücklösung vorgeschaltet ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer Stufe der Beckenkaskade Trägermaterial als Aufwuchsfläche für Biomasse zugegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial frei im Abwasser schwebende Schaumstoffkörper verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial in den einzelnen Stufen der Beckenkaskade zurückgehalten wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer n-stufigen Beckenkaskade, wobei jede Stufe der Beckenkaskade einen Zulauf für zu behandelndes Abwasser aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuläufe der einzelnen Stufen mit einer Verteileinrichtung zur Aufteilung des zufließenden Abwassers auf die einzelnen Stufen in Verbindung stehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einer Stufe der Beckenkaskade Trägermaterial als Aufwuchsfläche für Biomasse angeordnet ist und die Stufe am ablaufseitigen Ende eine Lochwand aufweist.