DE4109815A1 - Verfahren zur biologischen reinigung von abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern.

Abwasser, die mit Kohlenstoff-, Phosphor- und Stickstoffverbindungen verunreinigt sind, werden im allgemeinen biologisch behandelt. Der Abbau dieser Verunreinigungen und ihr Einbau in den Belebtschlamm geschieht in der Regel in Belüftungsbecken, denen eine ausreichende Menge Sauerstoff zugeführt wird. Der im Nachklärbecken durch Sedimentation abgetrennte Belebtschlamm wird zum Teil in das Belebungsbecken zurückgeführt.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden (DE-PS 26 54 431), den Rücklaufschlamm vor seiner Einleitung in das als Kontaktbecken wirkende Belebungsbecken in einer vorgeschalteten Kammer wieder zu belüften, um den Schlamm für die nachfolgende Abbauarbeit zu induzieren. In dem nachfolgenden belüfteten Kontaktbecken adsorbieren die Mikroorganismen dann die Abwasserinhaltsstoffe und bauen sie in die Zellsubstanz ein. Der Einbau in die Zellsubstanz erfolgt in der Regel erst in der Kammer für die Belüftung des Rücklaufschlammes.

Der Abbau der Stickstoffverbindungen erfolgt in mehreren Schritten unter unterschiedlichen Milieubedingungen. Aerobe Mikroorganismen nitrifizieren zunächst den Ammoniumstickstoff über Nitrit zu Nitrat. Im anoxischen, d. h. unbelüfteten Milieu, werden die gebildeten Nitrate sodann in elementaren Stickstoff, Kohlendioxyd und einen Hydroxylrest zerlegt, d. h. denitrifiziert. Während für die Nitrifikation ein ausreichend hohes Schlammalter notwendig ist, muß die Denitrifikation in einer unbelüfteten, also lediglich durchmischten Zone, die auch als getrenntes Becken ausgebildet sein kann, durchgeführt werden. In der Regel wird das gesamte Abwasser einschließlich der auf der Kläranlage anfallenden Prozeßabwässer und Fäkalschlämme etc. in die biologische Stufe eingeleitet. Dabei geschieht es häufig, daß mit dem Abwasser herangeführte hohe Frachten an Ammoniumstickstoff nicht immer vollständig im Belebungsbecken nitrifiziert werden können. Diese Spitzen brechen in der Regel durch und sind am Ablauf meßbar. Solche mit hohen Stickstofffrachten belastete Abwässer fallen z. B. als Überstand in der Schlammeindickung, als Filtrat bei der Schlammentwässerung und in zahlreichen Industrien, z. B. bei der Fischmehlherstellung an.

Die Aufgabe, auch diese Abwässer in einer vorhandenen biologischen Kläranlage umfassend zu reinigen, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß diese Abwässer zumindest teilweise der separaten Rücklaufschlammbelüftung (SRB) zugeführt werden, und daß die separate Belüftungszone währenddessen belüftet, insbesondere auf einem Sauerstoffgehalt von mindestens 2.0 mg O₂/l gehalten wird. Die Ammoniumstickstoffverbindungen werden in dieser Zone bereits zu Nitrit und Nitrat oxidiert und dienen im nachfolgenden mit Abwasser beschickten Becken als Sauerstofflieferant.

In der Anlage mit separater Rücklaufschlammbelüftung kann eine Denitrifikation zum einen als vorgeschaltete Denitrifikation zwischen Rücklaufschlammbelüftung und biologischer Stufe angeordnet werden und entsprechend mit einem Rücklauf nitratreichen Abwassers aus der biologischen Stufe beschickt werden, zum zweiten als simultane Nitrifikation/Denitrifikation im Anschluß an die separate Rücklaufschlammbelüftung.

Im Falle einer vorgeschalteten Denitrifikation werden die Nitrate in der vom Rücklaufschlamm und Abwasser durchflossenen Denitrifikationsstufe reduziert. Die Rezirkulationsmenge des nitratreichen Ablaufs kann entsprechend gedrosselt werden.

Die hochkonzentrierten Abwässer können kontinuierlich der separaten Rücklaufschlammbelüftung zudosiert werden. Da aber zumeist aus betrieblichen Gründen Prozeßabwässer nur während der Tagesstunden anfallen, kann die Abwassermenge erfindungsgemäß in einem Stapelbecken zwischengespeichert werden, um eine kontinuierliche Beschickung des Rücklaufschlammreaktors zu erreichen. Es ist aber auch möglich den Reaktor quasi diskontinuierlich zu betreiben. Wird nur während der Tagestunden ammoniumhaltiges Abwasser zugeführt, so sollte nach der vollständigen Oxidation der Ammoniumverbindungen zu Nitrat die Belüftung im Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken auf einen Sauerstoffgehalt von etwa 0,5 mg O₂/l reduziert oder abgeschaltet und der Reaktorinhalt mit Hilfe eines Umwälzaggregates durchmischt werden. In dieser anoxischen Phase kann das gebildete Nitrat zumindest teilweise reduziert werden. Es belastet damit nicht die nachfolgende Denitrifikation.

Weiterhin ist es möglich, in Hochlastzeiten auch einen Teil des Kläranlagenzulaufs in die Rücklaufschlammbelüftungszone einzuleiten. Der Zeitpunkt der Zugabe kann über eine Online-Ammoniumstickstoffmessung im Kläranlagen-Zulauf festgelegt werden.

Der Vorteil einer solchen Verfahrensweise ist vor allem darin zu sehen, daß in einem Teilvolumen der biologischen Stufe mit einem hochkonzentrierten Schlamm eine Nitrifikation bzw. auch Denitrifikation des hoch ammoniumhaltigen Abwassers erreicht werden kann. Durch die Aufkonzentrierung des Schlammes kann das Gesamtvolumen der biologischen Stufe insgesamt vermindert werden. In der Anlage befindet sich immer eine größere Schlammenge, die die mittlere Konzentration und das Schlammalter erhöhen.

Aufgrund der hohen Schlammkonzentration im Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken findet selbst bei niedrigen Temperaturen eine ausreichende Ammoniumoxidation statt. Damit lassen sich im Vergleich zu Anlagen ohne Rücklaufschlammbelüftung geringere Ammoniumablaufkonzentrationen erreichen.

Eine Abwasserreinigungsanlage für das oben beschriebene Verfahren ist in der Anlage schematisch dargestellt.

Der Abwasserzulauf Zu 1 erfolgt in ein Denitrifikationsbecken DN (bzw. bei simultaner Denitrifikation in ein Belebungsbecken), das gerührt und mit nitrathaltigem Rücklaufwasser RZ aus einem der nachfolgenden belüfteten Belebungsbecken K1...Kn beschickt wird. An das Denitrifikationsbecken DN schließt sich ein Belüftungsbecken in ein oder mehreren Kaskaden K1...Kn an, in dem unter Zufuhr von Sauerstoff O₂ die Abwasserinhaltsstoffe abgebaut werden. Im Nachklärbecken NK wird der Belebtschlamm durch Sedimentation von der Wasserphase getrennt und als Rücklaufschlamm RS in das dem Dentrifikationsbecken vorgeschaltete separate Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken SRB geleitet, während der als Überschußschlamm ÜS zu entsorgende Schlammanteil der Schlammbehandlung zugeführt wird (nicht dargestellt). Das geklärte Abwasser verläßt das Nachklärbecken NK als Überstand AB.

Die gesamten auf der Kläranlage anfallenden, stark ammoniumhaltigen Prozeßabwässer Zu 2 werden kontinuierlich oder diskontinuierlich dem Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken SRB zugeführt. Mißt das am Zulauf aufgestellte Ammoniummeßgerät NH₄-N eine erhöhte Ammoniumstickstoffkonzentration im Zulauf Zu 1, die, überlagert mit dem Mengenmeßsignal IDM, eine erhöhte Stickstofffracht bildet, dann wird durch entsprechende Regelung im Mehrwegeventil V ein Teil Zu 1P des Zulaufs Zu 1 in das separate Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken SRB umgeleitet, und es setzt bereits dort eine Nitrifikation der Ammoniumverbindungen des Zulaufs Zu 1 ein. Am Ende der Ammoniumspitze wird der gesamte Zulauf Zu 1 wieder dem Denitrifikationsbecken DN zugeführt. Anlagenfremde Abwässer Zu 2 mit einem hohen Gehalt an Ammoniumstickstoff werden in einem Stapelbecken S zwischengespeichert und aus diesem in das separate Rücklaufschlammbelüftungsbecken SRB gepumpt. In dieses Stapelbecken S können auch die kläranlageneigenen Prozeßabwässer eingeleitet werden, so daß von dort eine kontinuierliche Zugabe zum Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken SRB besteht. Eine andere Möglichkeit bietet eine Zugabe aus dem Stapelbecken S während der Zeiten, in denen keine Prozeßabwässer von der Kläranlage in das Rücklaufschlamm-Belüftungsbecken eingeleitet werden, so daß ein Ausgleich der Tagesganglinie möglich wird. In Zeiten, in denen keine ammoniumhaltigen Abwässer eingeleitet werden, wird die Sauerstoffzufuhr O₂ gedrosselt, um ein Gefressenwerden der Nitrifikanten durch die Ciliaten zu unterbinden.

Claims (6)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwässern, bei dem Rücklaufschlamm aus einem Nachklärbecken in einer separaten Belüftungszone belüftet und dann der mit Abwasser beschickten, biologischen Behandlungszone zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der separaten Rücklaufschlamm-Belüftungszone (SRB) mit Ammonium-Stickstoff hochbelastetes Abwasser (Zu 2) zugeführt und diese Zone (SRB) währenddessen ausreichend belüftet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Rücklaufschlamm-Belüftungszone (SRB) während der Zufuhr auf einem Sauerstoffgehalt von etwa 2,0 mg O₂/l gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeführte Abwasser (Zu 2) aus der Schlammeindickung oder Schlammentwässerung (Filtrat) stammt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser (Zu 2) aus Anlagen fremder Produktion, z. B. aus der Fischmehlherstellung, aus Kokereien, der Steinkohlenvergasung oder der Massentierhaltung stammt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Zeiten hoher Belastung des Abwasserzulaufs (Zu 1) ein Teil (Zu 1P) des Zulaufs (Zu 1) auch in die Rücklaufschlamm-Belüftungszone (SRB) geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Zeiten fehlender oder geringer Zufuhr von stark ammoniumhaltigen Abwässer der Sauerstoffgehalt in der separaten Rücklaufschlamm-Belüftungszone (SRB) soweit abgesenkt wird, daß das gebildete Nitrat bereits hier zumindest teilweise reduziert wird.