DE4119144A1 - Verfahren und vorrichtungen zur biologischen, chemischen und physikalischen aufbereitung und reinigung von stark verschmutzten und/oder belasteten waessern und/oder abwaessern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chemisch/biologischen Aufbereitung und Reinigung von Wasser bzw. Abwasser, insbesondere aus Industrie, Gewerbe, kommunalen Kläranlagen, Dienstleistungsbetrieben und Entsorgungsbetrieben, welches biologisch nicht oder nur schwer abbaubare, insbesonde­ re bakterientoxische Substanzen enthält, beispielsweise Schwe­ felwasserstoff, Schwermetallverbindungen, organische Sulfid­ Verbindungen, persistente organische Stoffe, substituierte Aro­ maten usw.

So enthalten z. B. Abwässer aus Abgas-Reinigungs-Anlagen von Tierkörperverwertungsanstalten, Schlachthöfen und Kläranlagen oder Deponieabwässer, stark verunreinigte Industrieabwässer u. dgl. insbesondere toxische, organische oder anorganische Sub­ stanzen. Hier treten vor allem auch Dimethylsulfid, Dimethyl­ polysulfid, Mercaptane, Amine/Amide, Thiophene, Schwefelkoh­ lenstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Pyrazine, Indol, Ska­ tol, toxische Schwermetallverbindungen, Pyridin, Chloroform, Dichloräthan, Dichlormethan, Äthylenchlorid, Tetrachlorkohlen­ stoff, Acrylnitrit, Dimethylformamid, Monomere, Polymere, Ben­ zol, Xylol, Toluol, Phenol und weitere Vertreter dieser Gat­ tungen in chemisch/physikalisch eingebundener Form auf.

Die Aufbereitung dieser Abwässer mit herkömmlichen Verfahren ist problematisch, weil diese Substanzen bei erhöhten Konzen­ trationen eine toxische oder hemmende Wirkung auf die am bio­ logischen Abbau beteiligten Mikroorganismen ausüben. Beson­ ders problematisch sind die schwer wasserlöslichen Verunreini­ gungen, insbesondere mit hohem Dampfdruck, bzw. die sehr flüchtigen Verbindungen, die bereits vor der Behandlung zum Ausstrippen neigen, somit sich dem biologischen Abbau entzie­ hen und über die ausgetragene Luft in die Umgebung emittieren.

Die im Abwasser enthaltenen organischen Sulfid-Verbindungen sind generell biologisch abbaubar. Bei dem Abbau wird Sulfid freigesetzt. Sie treten im Abwasser je nach pH-Wert in der dissoziierten oder in der nichtdissoziierten Form auf. Jedoch sind diese Verbindungen in höheren Konzentrationen bakterien­ toxisch. Besonders starke Hemmwirkungen wurden bei nitrifi­ zierenden Belebtschlammanlagen beobachtet. Auch Schwefelwas­ serstoff kann toxisch wirken, wenn erhöhte Konzentrationen auftreten. Vermutlich ist nur die nichtionische Form toxisch. Bei pH-Werten über 7,0 wäre dann die Gefahr der Bakterien­ toxizität gering, da Schwefelwasserstoff im alkalischen Be­ reich in der dissoziierten Form vorliegt.

Zur Vermeidung des Ausstrippens toxischer Substanzen und zum leichteren biologischen Abbau in der aeroben Stufe werden bei­ spielsweise hochsiedende, organische Lösemittel zugesetzt. Zur effektiven biologischen Aufbereitung derart belasteter Abwässer wird auch vorgeschlagen, das Abwasser mit wenig­ stens einem biologisch abbaubaren, nichtionogenen und/oder einem anionischen Tensid zu versetzen in ein bis zwei aero­ ben Reaktionsräumen bei pH-Werten von beispielsweise 6,5 bis 8. Diese Reaktionsräume können direkt mit der Atmos­ phäre verbunden sein oder unter Überdruck stehen. Zum op­ timalen Abbau von Ammoniak bzw. Ammonium und anderen Sub­ stanzen können auch Hochleistungsmischkulturen der Mikro­ organismen in Form von eingeschlossenen Zellen eingesetzt werden; hier wird ein Biokatalysator mit immobilisierten Zellen verwendet, die in einem Gel oder Polymer einge­ schlossen sind, wodurch die Anfälligkeit gegenüber toxi­ schen Verbindungen erheblich reduziert wird. Die Reaktor­ produktivität wird hiermit gegenüber den klassischen Ver­ fahren um den Faktor 10-20 gesteigert.

Im aneroben Bereich reagieren die Mikroorganismen sehr viel empfindlicher auf toxische Substanzen als im aeroben Be­ reich. Deshalb wird dort z. B. eine Züchtung von Bakterien­ populationen durchgeführt, welche eine Selektion von toxi­ zitätsbeständigen Mikroorganismen durch kumulative Stoß­ belastung bewirkt, so daß ein Abbau sowohl in der aeroben, als auch in der anaeroben Stufe durchführbar ist.

Eine bessere Abbaubarkeit derartiger Substanzen wird auch durch gepulste Behandlung des Festbett-Biofilm-Reaktors im aeroben und im anaeroben Bereich erreicht. In der De­ nitrifikation wird bei speziellen Substanzen eine auto­ trophe Verfahrensweise mit schwefeloxidierenden Bakterien durchgeführt, ebenso wie auch bei heterotropher Verfahrens­ weise. Wahlweise werden in der anaeroben Denitrifikation spezielle Mikroorganismen mit Hilfe von Licht selektiert und eingesetzt; die Reaktorwände sind bei Bedarf licht­ durchlässig ausgeführt. Bei anderen speziellen Abwasser­ zusammensetzungen wird der Abbau von Schwefelwasserstoff u. dgl. im anaeroben Verfahren bei einem bestimmten Rest- Sauerstoff-Gehalt vorgesehen. Sulfide werden bei Bedarf auch mit Kaliumpermanganat entfernt. Schwefelhal­ tige organische und anorganische Substanzen werden bei Bedarf auch mit Verbindungen behandelt, welche dolomiti­ sche und/oder magnesitische Stoffe enthalten. Diese Be­ handlung geschieht in der Regel in einer Vorstufe.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Hauptanspruches umrisse­ nen Stand der Technik liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung darin, Verfahren zu schaffen, welche eine effektive Aufbereitung derart hoch belasteter Abwässer ermöglichen und nicht nur im aeroben, sondern auch im anaeroben Bereich bakte­ rientoxische Begleitsubstanzen verkraften und abbauen, beim gleichzeitigen Abbau vorrangiger Substanzen wie Ammoniak/Ammo­ nium und organischer Kohlenstoffverbindungen. Letztendlich ist angestrebt, daß bei Klärungen von hochbelasteten Wässern keine Reste verbleiben, die nicht umweltfreundlich zu beseitigen sind. Zur Aufgabe gehört auch die Schaffung von Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren. Dieser Stand der Technik wird erfindungsgemäß weiterentwickelt, so daß auch gleichzeitig toxische Substanzen durch Erweiterung bekannter Technik und gemäß Patentanspruch 1, entweder in ihren störenden Einwirkun­ gen auf Mikroorganismen gehemmt oder weitgehend effektiv und störungsfrei abgebaut werden können. Zur sicheren Betriebs­ weise dieser Apparatur werden erfindungsgemäß neue Steue­ rungselemente mit Hilfe einer CSB-Messung und Sauerstoff- Dosierung eingesetzt, so daß ein gesicherter Nitratabbau in der Denitrifikation gewährleistet ist bei gleichzeiti­ ger Verhinderung des Eintritts von organischen Kohlenstoff- Verbindungen in die Nitrifikation. Durch diese Erfindung kann auf die in der Praxis nicht bewährte Überwachung und Steuerung mit Hilfe der NO₃-Messung verzichtet werden. Basis dieser Steuerungstechnik ist eine aerobe Flotations­ stufe, welche der Denitrifikation in Strömungsrichtung nachgeschaltet ist. Der CSB-Regler ist dieser aeroben Zwi­ schenstufe zugeordnet und gibt, je nach Bedarf, Sauerstoff zum Abbau überschüssiger Kohlenstoff-Verbindungen zu. Wahlweise wird diese aerobe Zwischenstufe mit Sauerstoff- bzw. Luftzugabe dauerflotiert; in diesem Fall entfällt der CSB-Regler und wird durch einen Redox-Regler ersetzt, welcher in der aeroben Flotationsstufe sitzt. In diesem Fall wird die erforderliche Luftmenge in der aeroben Zwi­ schenstufe vom Redox-Regler in Abhängigkeit von den über­ schüssigen Kohlenstoff-Verbindungen dosiert. Mit diesen Methoden wird eine sichere Betriebsweise von Nitrifika­ tion und Denitrifikation erreicht.

Bei erhöhten Konzentrationen an toxischen Substanzen wird die Anlage beim Anfahren mit den geeigneten Mischkultu­ ren angeimpft und durchgehend stoßartig bzw. intervallar­ tig betrieben, so daß eine permanente Selektion innerhalb der Nitrifikanten und Denitrifikanten stattfindet. Bei niederen Konzentrationen wird die Abwasserzufuhr zur Appa­ ratur kontinuierlich gestaltet. Zur diskontinuierlichen Fahrweise werden entsprechende Puffer vor der Denitrifi­ kation und Nitrifikation vorgesehen. Erfindungsgemäß wird die biologische Abbaubarkeit derartiger Abwässer auch da­ durch erleichtert, daß der Denitrifikation eine Sulfurika­ tion vorgeschaltet wird, wo das Abwasser mit Wasserstoff­ peroxid und einem Katalysator, z. B. Eisen(II)Sulfat, vor­ behandelt wird. Als Endprodukt der Abwasservorbehandlung bzw. toxischer Substanzen mit diesem Reagens aus H₂O₂/Kata­ lysator entsteht zumindest ein Gemisch organischer Verbin­ dungen, welches die biologische Abbaubarkeit im Vergleich zum unbehandelten Abwasser wesentlich erleichtert. Dies hat für eine CSB-Verminderung in organisch belastetem Abwasser sehr weitgehende Folgen: ein an sich refraktärer CSB wird ganz oder zum größten Teil in biologisch abbaubaren BSB um­ gewandelt, und auch toxische Organica werden zu bakteriell abbaubaren Verbindungen. Manche Schwefelverbindungen werden sulfatisiert, da in dieser Form keine Toxizität mehr be­ steht; Schwefelwasserstoff wird z. T. in reinen Schwefel um­ gesetzt. Sulfate und Sulfonate sind ungiftige Folgeprodukte, die nicht mehr sauerstoffzehrend wirken. Bei sehr hohen Kon­ zentrationen und extrem ungünstigen Zusammensetzungen der auf Mikroorganismen toxisch einwirkenden Stoffe und Stoffgruppen wird die H₂O₂/Katalysator-Behandlung mit einer zusätzlichen Begasung von Luft und/oder elementarem Sauerstoff unterstützt, sowie durch weitere Reaktionen mit Dolomit und Aktivbentonit. Bekannte Kompakt-Hochleistungs-Kläranlagen gemäß Stand der Technik, bestehend aus Nitrifikation und Denitrifikation, sind in der Regel nur zum Abbau von Ammonium und organi­ schen Kohlenstoff-Verbindungen geeignet. Bei Hinzutreten gewisser Konzentrationen an toxischen Substanzen verliert die Anlage zum großen Teil ihre biologische Abbaufähig­ keit. Insbesondere Waschwässer aus Abluftreinigungsanlagen von Tierkörperverwertungsanstalten, welche hohe Konzentra­ tionen an CSB, Ammonium/Ammoniak, Mercaptanen, Schwefel­ wasserstoff, Dimethylsulfid, Schwefelkohlenstoff u. dgl. enthalten, sind mit der herkömmlichen Technik nicht aus­ reichend so zu behandeln, daß eine gefahrlose Ableitung in die Kanalisation möglich ist, bei guter Erhaltung der Biologie in Nitrifikation und Denitrifikation.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Anlage zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie zugehöri­ ger Anlagenteile näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine beispielhafte Ausführung einer Abwasseraufbereitungsanlage gem. Patentanspruch 1. und 5.

Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1 gem. Patentanspruch 2.

Fig. 3 eine Variante zu Fig. 1 und 2 gem. Patentanspruch 3.

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 1-3 gemäß Patentanspruch 4.

Fig. 5 eine erfinderische Variante gemäß Patentanspruch 6, zu Fig. 1-4, jedoch zusätzlich oder ersatzweise mit alternativen physikalischen Einwirktechniken, als Ersatz für die komplette Sulfurikation oder als Ergänzung dazu.

Fig. 1 zeigt das Gesamtschema der Anlage. Das Abwasser (2), welches hier beispielhaft als Waschwasser einer Abgasrei­ nigungsanlage (1) anfällt, fließt zunächst in den Puffer (3), welcher dann eingesetzt wird, wenn die Anlage wegen höherer Konzentrationen an bakterientoxischen Substanzen diskonti­ nuierlich bzw. stoßweise betrieben wird, was bei geringen Konzentrationen nicht erforderlich ist. Die stoßweise und intervallartige Abwasser-Zuführung in die Biologie der An­ lage bewirkt die Züchtung und Haltung bzw. Selektion be­ stimmter Mikroorganismen in der vorgeschalteten Denitrifika­ tion, welche gegen die toxischen Einwirkungen besser bestän­ dig sind, z. B. gegen Schwefelwasserstoff, Mercaptane, Phenole, Dimethylsulfid, Dimethylpolysulfid, Schwefelkohlenstoff, Schwermetalle oder sonstige organische Verbindungen.

Aus dem Puffer (3) fließt das Abwasser in die Sulfurika­ tionsstation (4), welche mit einem Rührwerk (5) sowie mit einer Erwärmungseinrichtung (6) ausgestattet ist. Außerdem weist sie je eine Dosiereinrichtung für die Zugabe von Was­ serstoffperoxid (7) und für einen zugehörigen Katalysator (8) auf. Diese Dosiereinrichtung ist mit einer Überwachungsein­ heit zur Kontrolle des überschüssigen Sauerstoffs (9) aus­ gerüstet.

Da bei hohen Konzentrationen an toxischen Substanzen, wie sie im Waschwasser von Abluftwäschern der Prozeßgase in Tierkörperverwertungsanstalten anfallen, z. B.

H₂S
300 . . . 600mg/L
R · SH	700 . . . 1500 mg/L
DMS	50 . . . 150 mg/L
NH₃	400 . . . 700 mg/L

der stoßweise Betrieb zur selektiven Haltung bestimmter Mikroorganismen alleine nicht ausreichend ist, um eine be­ triebssichere Arbeitsweise der Anlage zu erreichen, wird das Abwasser synchron mit Wasserstoffperoxid vorbehandelt. Um die Reaktion mit den toxischen Verbindungen, vor allem Schwefel­ verbindungen, zu beschleunigen, wird diesem Oxidationsmittel ein Katalysator zugesetzt; außerdem wird die biologische Ab­ baubarkeit verbessert. Wasserstoffperoxid wird dem Abwasser bzw. den toxischen Substanzen unterstöchiometrisch bis max. stöchiometrisch zugesetzt; der am Ausgang des Sulfurika­ tionsbehälters angekoppelte Sauerstoff-Meßfühler (9) ver­ hindert Überdosierungen an gelöstem Sauerstoff aus Wasser­ stoffperoxid. Als weitere Maßnahme zur Aufrechterhaltung eines störungsfreien Betriebs der Anlage wird als flankie­ rende Maßnahme zum stoßweisen Betrieb die Erwärmungsein­ richtung (6) eingesetzt. Diese erwärmt das Abwasser vor Ein­ tritt in die Kläranlage auf Temperaturen zwischen 45 und 70°C. In der Sulfurikation (4) werden damit günstige Bedingungen für schnelle und effektive chemische und physikalische Umsetzungen der toxischen Substanzen herbeigeführt. Auf dem Weg durch die Kläranlage kühlt das Abwasser ab; somit werden in den unter­ schiedlichen Lebensräumen Denitrifikation und Nitrifikation die optimalen Randbedingungen für die jeweiligen Mikroorga­ nismen geschaffen, während in der Sulfurikation selbst das Bakterienwachstum unterdrückt wird, da die Temperaturen dort mit 45 bis 70°C zu hoch sind. In der Denitrifikation liegen die Temperaturen zwischen 30 und 40°C, in der Nitrifikation zwischen 25 und 35°C. Mit den drei genannten Maß­ nahmen - stoßweiser Betrieb, Wasserstoffperoxidvorbehandlung und Abwassererwärmung - wird ein sicherer Betrieb der Kompakt- Hochleistungs-Kläranlage auch bei hohen Konzentrationen an toxischen Substanzen erreicht. Anfallende Überschuß­ schlämme (10) aus der Sulfurikation werden über Ventil (11) zur Schlammentnahme (12) abgeführt.

In weiterer Folge wird das chemisch/physikalisch vorbehan­ delte Abwasser (13) in die Gesamtkläranlage geführt. Zu­ nächst wird es in die vorgeschaltete Denitrifikation (14) geleitet. Wegen der hohen Schlammproduktion in dieser Stufe wird hier in der Regel ein durchmischter Reaktor mit Rühr­ werk (15) gewählt, der auch als Kaskadenreaktor ausgebildet sein kann. Im hier dargestellten Beispiel weist dieser Kas­ kadenreaktor drei abgestufte Kammern auf, die alle mit einem eigenen Bewegungselement (16) ausgestattet sind, welches mit langsamer Bewegung den Schlamm in Schwebe hält, so daß ein Absetzen am Boden vermieden wird. Durch die gestufte Kas­ kaden-Anordnung in Richtung Nitrifikation wird somit perma­ nent überschüssiger Schlamm zur nachgeschalteten aeroben Flotationseinheit ausgeschleust. Dieser durchmischte Reak­ tor erhält bei Bedarf schwebende bzw. mitbewegte Träger­ elemente zur Immobilisierung der Biozönose.

Mit diesem anaeroben Kaskadenreaktor ist - im Unterschied zum Festbettreaktor - ein einfacher und kontrollierter Schlammaustrag möglich, ohne daß Störungen der Biozönose auftreten, etwa durch unkontrollierten Austrag von Mikroor­ ganismen. Der Kaskadenreaktor ermöglicht den Aufbau unter­ schiedlicher Biozönosen in den einzelnen Kammern, deren Vo­ lumen größenmäßig für unterschiedliche Verweilzeiten des Ab­ wassers individuell für den konkreten Anwendungsfall ausge­ legt werden. In diesen Kammern entwickeln sich innerhalb der Denitrifikantengruppe unterschiedliche Lebensräume, welche durch Aufbau bestimmter Bakterienstämme in ihrer biologi­ schen Arbeitsweise selektiv vorgehen, indem aufgrund unter­ schiedlicher Konzentrationen bzw. geeigneter Randbedingungen die notwendigen Parameter eingestellt werden. Dieser Kaska­ denreaktor einer vorgeschalteten Denitrifikation nutzt den Sauerstoff der Nitrate aus der nachgeschalteten Nitrifika­ tion zum Abbau der organischen Kohlenstoff-Verbindungen. Wahlweise werden auch statische und/oder dynamische anaero­ be Festbett-Reaktoren eingesetzt, bei Bedarf ebenfalls in Kaskadenbauweise.

Der Kaskadenreaktor der vorgeschalteten Denitrifikation (14) weist folgende Anschlüsse auf:

• -Abwasserzufluß (17) des externen Zirkulationskreislaufs aus der Nitrifikation.
• - Rückspülwasserzufluß (18) zum Schlammaustrag aus der Nitrifikation.
• - Rücklaufschlammzufluß (19) aus dem Nachklärbecken (39) bzw. aus dem internen Zirkulationskreislauf der Denitri­ fikation.
• - Anschluß (20) für die Dosiereinrichtung der Kohlenstoff­ Quelle, z. B. Essigsäure, Aceton, Äthanol, Methanol,
• - Anschluß (21) für die Dosiereinrichtung der Phosphor­ Quelle, z. B. Phosphorsäure,
• - Anschluß (22) für die Abführung der in der Denitrifikation entstehenden Gase, z. B. Stickstoff und Kohlenstoffdioxid, zur Gesamtleitung (71) aller Gase aus der Kläranlage.
• - Anschluß (24) für den Abfluß des Abwassers zur aeroben Flotationsstufe (28).

Die Denitrifikation baut Nitrate und organische Kohlen­ stoff-Verbindungen biologisch ab. Mit der vorgeschalteten Denitrifikation wird der für den Kohlenstoffabbau erforder­ liche Sauerstoff vom Nitrat aus der Nitrifikation geliefert, mit der ein externer Zirkulationskreislauf besteht. Auf die­ se Weise werden die in der Nitrifikation unerwünschten hohen Kohlenstoff-Konzentrationen vermieden. Der Nitratabbau ist von der angebotenen Kohlenstoffmenge sowie von den Tempera­ turen abhängig. Falls für den Nitratabbau nicht genügend BSB₅ vorliegt, muß Kohlenstoff separat aus der C-Quelle zu­ geführt werden. Auch die für den Stoffwechsel erforderlichen Mineralien müssen, falls im Abwasser Mangel besteht, separat zudosiert werden, z. B. Phosphorsäure aus der P-Quelle (26).

Der interne Zirkulationskreislauf (19) der Denitrifikation wird über die Pumpe (27) bewegt, welche ausreichende Mengen an Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken (39) zurückführt, welches als Sedimentationsbecken ausgebildet ist.

Bei Kohlenstoffmangel wird der Kohlenstoff aus der C-Quelle (25) im Verhältnis zur angebotenen Nitratmenge aus der Ni­ trifikation entsprechend überstöchiometrisch zudosiert, so daß immer ein ausreichend sicherer Nitratabbau in der De­ nitrifikation gewährleistet ist. Dadurch ist eine NO₃-Mes­ sung mit zugehöriger C-Dosierung im externen Kreislauf nach der Nitrifikation nicht erforderlich. Falls im Abwasser schon von vornherein ein Überschuß an organischen Kohlen­ stoffverbindungen gegenüber Ammoniak/Ammonium gegeben ist, ist die C-Quelle nicht erforderlich. Jedenfalls ist im Ab­ lauf aus der Denitrifikation immer ein Kohlenstoffüberschuß vorhanden, welcher separat oxidiert werden muß, damit das Abwasser nicht mit zuviel organ. Kohlenstoff in die Nitri­ fikation eintritt. Somit ist eine der Denitrifikation nach­ folgende aerobe Flotationsstufe erforderlich, welche immer die überschüssigen Kohlenstoffverbindungen zuverlässig oxi­ diert. Diese aerobe Flotationsstufe wird erfindungsgemäß als zentrales neues Steuerungselement zwischen Denitrifi­ kation und Nitrifikation eingesetzt, um den Nitrat- und Kohlenstoffabbau in der Gesamtanlage mit Hilfe von CSB- und/oder Redoxfühler zuverlässig zu regulieren. Durch angepaßten Sauerstoff- bzw. Lufteintrag im Verhältnis zum überschüssigen Kohlenstoff gewährleistet diese aerobe Flotationseinheit als zentrales Steuerungselement stets einen sicheren Betrieb der Nitrifikation.

Demgemäß wird das Abwasser aus der Denitrifikation (24) in weiterer Folge zunächst in den Behälter der Flotationsstufe (28) geführt, welcher der Denitrifikation nachgeschaltet ist. An diese Flotationsstufe ist eine Luft- bzw. Sauer­ stoffeintragstechnik (29) angeschlossen, welche im Inneren der Flotationsstufe ein Flotationssystem (30) mit Luft oder Sauerstoff versorgt, welche gleichmäßig homogen innerhalb des eingeleiteten Abwassers verteilt werden. Zur Regulie­ rung der ausreichenden Kohlenstoff-Reduzierung weist dieses Flotationssystem zwei Möglichkeiten auf:

• - Über CSB-Meßfühler (31) und CSB-Regler (32), welche ein CSB-Soll→0 einstellen sollen, wird bei Kohlenstoffüber­ schuß die Kohlenstoffzugabe aus der C-Quelle (25) redu­ ziert, wobei Ventil (35) weiter geöffnet bleibt und gleich­ zeitig Ventil (33) und Ventil (34) schließen. Über Zeit- und Mengenregelung dosiert Ventil (35) solange dem über­ schüssigen CSB entsprechende Mengen Sauerstoff oder Luft, bis das Gleichgewicht wieder hergestellt ist bzw. CSB=0 erreicht ist. Ein gewisser Lufteintrag auf niedrigem Niveau ist zur Flotation der Schlämme immer vorhanden.
• - Über Redox-Meßfühler (23) und Redox-Regler (36) wird wahl­ weise bei überschüssigen Kohlenstoffmengen im Bereich der Flotationsstufe (28) der Luft- bzw. Sauerstoffeintrag über Ventil (35) entsprechend überstöchiometrisch angepaßt. Überschüssige Sauerstoffmengen sind in der nachfolgenden Nitrifikation nicht schädlich. Die Ventile (33) und (34) bleiben geöffnet.

Über diese Funktionseinheit (23, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36) wird somit der biologische Prozeß der gesamten Anla­ ge gesteuert, insofern daß organische Kohlenstoffverbindun­ gen im Verhältnis zum Nitrat immer überstöchiometrisch vor­ handen sind, und daß Sauerstoff nach der Denitrifikation im Verhältnis zum organischen Kohlenstoff ebenfalls immer über­ stöchiometrisch vorhanden ist. Eine permanente NO₃-Über­ wachung nach der Nitrifikation zur Kohlenstoff- oder Sauer­ stoffdosierung ist somit nicht mehr erforderlich. Es genügt eine intervallweise Überwachung des NO₃ und CSB bei der Ein­ regulierung mit Indikatorelementen sowie in größeren Inter­ vallabständen während des nachfolgenden Betriebs. Hier zeigt sich der Fortschritt dieser Apparatur in Verbindung mit der der Denitrifikation vorgeschalteten Sulfurikations- und Er­ wärmungstechnik, sowie mit dem stoßweisen Betrieb: außerdem zeigt sich der Fortschritt auch in dem gleichzeitigen Entfall von Fällungstechniken für die toxischen Substanzen mit Hilfe von chlorhaltigen Fällungs- und Flockungsmitteln, welche wie­ der die Kanalisation belasten, denn Chloreintrag soll ver­ mieden werden.

Eine weitere Aufgabe der Flotationsstufe (28) besteht darin, den von der Denitrifikation eingetragenen Schlamm zu separie­ ren. Durch permanente Flotation wird der Schlamm nach oben zur Wasseroberfläche getragen und aufbereitet; er bildet da­ bei eine Schaumdecke (37), welche zusammen mit dem Abwasser bei (38) in das Nachklärbecken (39) geleitet wird. Dort sedi­ mentieren die kompakt eingetragenen Schlämme am Absetztrich­ ter (40). Auf diese Weise wird eine intervallweise und kon­ trollierte Schlammabführung ermöglicht, ohne daß die Biologie gestört wird. Alle anfallenden Überschußschlamm-Mengen (41) werden über Ventil (42) in einer gemeinsamen Leitung (12) zur weiteren Schlammentnahme geführt. Im Sinne der optimalen Schlammabscheidung bilden somit Denitrifikation, Flotations­ stufe und Nachklärbecken in dieser Konfiguration eine abge­ stimmte Funktionseinheit im hier dargestellten Zusammenspiel.

Die Denitrifikation ist über Leitung (17) durch einen exter­ nen Zirkulationskreislauf mit der Nitrifikation verbunden.

Das aus der Denitrifikation kommende und entschlämmte Abwas­ ser wird bei (43) zunächst in einen Puffer (44) geleitet, bevor es in die Nitrifikation eintritt. Dieser Puffer er­ füllt vor der Nitrifikation die gleiche Funktion wie Puffer (3) vor der Denitrifikation; demgemäß gilt der gleiche Be­ schreibungstext analog. Er dient also zum stoßweisen Be­ trieb bei der Einleitung des Abwassers in die Nitrifika­ tion, falls wegen hoher Konzentration an toxischen Substan­ zen eine diskontinuierliche Betriebsweise erforderlich ist, also ein periodisches Füllen und Leeren. Der Puffer (44) kann bei Bedarf mit dem Nachklärbecken (39) zu einer Ein­ heit innerhalb eines einzigen Behälters zusammengefaßt wer­ den; ebenso auch Puffer (3) mit Sulfurikationsstation (4).

Aus dem Puffer (44) wird das Abwasser aus der Denitrifika­ tion, welches eine Mischung aus dem externen Zirkulations­ kreislauf der Nitrifikation und neuer Zufuhr aus der Sul­ furikation darstellt, wobei sich eine Mischtemperatur ein­ stellt, über die Einspeispumpe (45) von unten in den Fest­ bett-Biofilm-Reaktor der Nitrifikationsstufe (46) einge­ leitet. Dieser Reaktor enthält eine Packung (47) aus fein­ körnigem mineralischem oder künstlichem Schüttmaterial, welche als Träger für die zu immobilisierende Biozönose große Besiedlungsoberflächen bietet, so daß eine hohe Bio­ massenkonzentration zustandekommt. Während in der Denitri­ fikation gelöster Sauerstoff nicht verfügbar sein darf, ist hier eine Begasung mit Luft oder technisch reinem Sauer­ stoff erforderlich, um Ammoniak/Ammonium in Nitrat umzu­ wandeln. Außerdem werden mit der Belüftung auch die Bedin­ gungen geschaffen, die zur Umwandlung von restlichen Sul­ fiden in Sulfate benötigt werden. Die Festbett-Biologie wird wegen der im Vergleich zur Belebtschlammtechnik ein­ facheren Handhabung gewählt; da in der Nitrifikation nur geringe Schlamm-Mengen anfallen, ist die Schlammseparie­ rung durch Rückspülung des Reaktors auf einfache Weise mög­ lich, denn durch seltene Rückspülvorgänge ist die Gefahr eines Austrags der Biologie nicht gegeben. Der pH-Wert des Abwassers soll im Reaktor der Nitrifikation zwischen 8,0 und 8,5 gehalten werden, ebenso auch in der Denitrifika­ tion. Deshalb muß gegebenenfalls korrigierend eingegriffen werden, was ohne weiteres möglich ist, da Nitrifikation und Denitrifikation zwei miteinander gekoppelte Lebens­ räume darstellen, um das Verfahrensziel zu erreichen. Der Reaktor der Nitrifikation wird von unten nach oben durch­ strömt und mit Luft begast und evtl. mit Sauerstoff ange­ reichert.

Um die dargestellten Funktionen und Randbedingungen zu er­ reichen, ist die Nitrifikationsstufe (46) mit folgenden Anschlüssen, Einbauten und zugeordneten Peripherie-Elemen­ ten ausgestattet:

• - wasserdurchlässiger, verstopfungsfreier Tragboden (48) zur Aufnahme des Festbetts.
• - Begasungselement (49) zum Eintrag von Luft bzw. Sauerstoff in den Festbett-Biofilm-Reaktor.
• - Anschluß (50) für den Einlaß von Luft und/oder Sauerstoff in die Nitrifikationsstufe (46).
• - Ventil (51) zum Einschleusen von Luft bzw. Preßluft.
• - Ventil (52) zur Anreicherung mit Sauerstoff.
• - Sauerstoff-Meßfühler (53) und Sauerstoffregler (54), um den Sauerstoff-Sollwert des Abwassers innerhalb der Nitrifika­ tionsstufe auf ≦0 zu halten durch Ansteuerung der Ventile (51) und (52).
• - Abfluß (57) des internen Rezirkulationskreislaufs aus dem Kopf des Reaktors mit nachfolgendem Sperrventil (58).
• - nachgeschaltetes Ablaufbecken (55), welches über Pumpe (56), Abfluß (57) und Sperrventil (58) den internen Rezirkula­ tionskreislauf bewerkstelligt, indem das rezirkulierte Ab­ wasser in den Fuß des Reaktors eingeleitet und oben am Kopf bei Abfluß (57) wieder zurückgeführt wird.
• - im Ablaufbecken (55) integrierte Pumpe (59), welche über den externen Kreislauf (17) die Nitrifikation mit der De­ nitrifikation koppelt. Das Ablaufbecken (55) kann auch im Fuß des Festbett-Biofilm-Reaktors der Nitrifikationsstufe (46) als Einheit integriert sein.
• - Ablauf (73) am Ablaufbecken zur Abführung des gereinigten Abwassers in die Kanalisation.
• - Dosierstation (60) für die Zugabe von Natriumhydrogencar­ bonat in das Abwasser und angekoppeltes Ventil (61) zur pH-Wert-Regelung innerhalb 7,5 bis 8,5.
• - pH-Wert-Meßfühler (62) und pH-Wert-Regler (63) zur pH-Wert­ Korrektur, angekoppelt an Ventil (61) der Dosierstation (60).
• - Anschluß (64) am Fuß des Reaktors zur Einströmung von Frischwasser bei Rückspülung des Reaktors über Ventil (65).
• - Druck-Meßfühler (66) nach Pumpe (56) und Rückspülregler (67), welche bei einem fest eingestellten Druck-Wider­ standswert den Rückspülvorgang des Festbett-Biofilm-Reak­ tors auslösen. Angekoppelt an die Ventile (68, 69, 58, 65, 51 und 52), wie dargestellt; außerdem an die Pumpen (45, 56, und 59), was nicht in der Zeichnung dargestellt ist.
• - Ausströmleitung (70) zur Abführung der in der Nitrifikation entstehenden Gase zur Gesamtleitung (71) aller in der Klär­ anlage entstehenden Gase.

Die chemisch/biologischen Vorgänge dieser Anlage, bestehend aus Nitrifikation und Denitrifikation, sind bekannt:

Mit der Wahl des Festbett-Biofilm-Reaktors ist es möglich, die Baugröße der Nitrifikationsstufe gering zu halten, was mit dem Belebungsverfahren nicht möglich wäre.

Die interne Rezirkulation mit Hilfe des Ablaufbeckens (55) und Pumpe (56) ist notwendig, um die biologischen Prozesse in der Nitrifikationsstufe zu beschleunigen, indem der Über­ gang der Substrate bzw. abzubauenden Substanzen in den Bio­ film verbessert wird. Dies resultiert aus einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit im Reaktor; damit wird erreicht, daß die Geschwindigkeit für den Transport der Wasserinhalts­ stoffe zu den Bakterien hin erhöht wird.

Falls der Festbett-Biofilm-Reaktor zurückgespült werden muß, wird für diese Zeitdauer der Zulauf aus der Denitrifikation gesperrt; das Abwasser wird solange im Puffer (44) depo­ niert. Sobald der Druck-Meßfühler (66) den eingestellten Sollwert anzeigt, werden vom Rückspülregler (67) die Venti­ le (51 und (65) für Preßluft und Frischwasser vorübergehend geöffnet, ebenso Ventil (68). Die Ventile (69) und (58) wer­ den gleichzeitig geschlossen; die Pumpen (45, 56 und 59) wer­ den ebenso vorübergehend außer Betrieb genommen. Das Filter­ bett (47) soll expandieren; die in den Poren und an den Oberflächen der Trägergranulate/Fixierkörper akkumulierten Feststoffe werden ausgetrieben und nach verzögertem Öffnen des Ventils (68) zur Denitrifikation ausgeschwemmt.

Um das Organismenwachstum möglich zu machen, wird das Ver­ hältnis von organisch gebundenem Kohlenstoff zu Phosphor auf 20 bis 30 eingestellt, was in der Denitrifikation ge­ schieht. Die Sauerstoffversorgung wird so eingestellt, daß die Biofilm-Bakterien zwar ausreichend mit Sauerstoff ver­ sorgt werden, die Stripp-Verluste aber dennoch minimal bleiben. Im Auslauf (17) der Nitrifikationsstufe soll die Sauerstoffkonzentration so gering wie möglich sein, um die Denitrifikation über die Rückführung dieses externen Rezirkulationskreislaufs (17) nicht unnötig mit Sauerstoff zu belasten. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit von der At­ mungsgeschwindigkeit im Festbett-Biofilm -Reaktor durch einen Stellantrieb im Ventil (51) oder (52), welcher vom Sauerstoff-Meßfühler (53) bzw. Sauerstoff-Regler (54) betä­ tigt wird. Dem aus der Nitrifikation austretenden Nitratge­ halt wird in der Denitrifikation eine solche Menge organi­ scher Kohlenstoff zugegeben, daß das Verhältnis BSB₅ zu Ni­ trat-N größer als 3 ist, falls im Abwasser nicht genügend organische Kohlenstoffverbindungen vorhanden sind.

Die oben aus dem Festbett-Biofilm -Reaktor der Nitrifika­ tionsstufe (46) austretenden Gase, z. B. auch Stripp-Luft, werden über die Ausströmleitung (70) abgeführt, ebenso die Gase aus der Flotationsstufe bei der Ausströmleitung (72).

Das überschüssige und gereinigte Abwasser tritt am Ablauf (73) des Ablaufbeckens (55) in die Kanalisation ein.

Im Falle von Brüdenabwasser aus einer Tierkörperverwertungs­ anstalt in Verbindung mit Brüdenabwasser aus dem Kocher von Krankenhausabfällen, welches auch Schwermetallverbindungen, infektiöse Stoffe, substituierte Aromaten, Cyanid, Nitrit, Chloroform, Pyridin, Dimethylformamid, Dichloräthan usw. enthält, kommen zu den bereits genannten toxischen Substan­ zen, z. B. Mercaptan, Dimethyldisulfid usw., noch weitere Problemstoffe in derart hohen Konzentrationen hinzu, daß auch der diskontinuierliche oder intervallartige Betrieb der Anlage gemäß Patentanmeldung 28 29 142 und 16 09 020 nicht mehr einen ausreichend sicheren Betrieb und Abbau gewähr­ leistet. Diese Verfahrensprinzipien stellen bei Anwesenheit üblicher Konzentrationen an toxischen Substanzen im allg. nur den Abbau von Ammonium/Nitrat und CSB sicher. Bei der hier vorliegenden Zusammensetzung toxischer Stoffe und Stoffgruppen sind zum stoßweisen Betrieb noch weitere zu­ sätzliche Maßnahmen erforderlich, wobei auch die toxischen Stoffe selbst chemisch/physikalischen Behandlungen unter­ zogen werden, bzw. abgebaut oder abgeschieden werden können.

Es ist auch im Vorfeld dafür Sorge zu tragen, daß die flüch­ tigen toxischen Verbindungen, z. B. Mercaptane, im Abwasser verbleiben und nicht ausstrippen, und sich somit dem Abbau oder der geordneten Separierung entziehen. Hierzu werden biologisch abbaubare Lösungsvermittler dem Abwasser in einer Vorstufe beigegeben, welche auch gleichzeitig den biologi­ schen Abbau von sonst schwer abbaubaren toxischen Substanzen ermöglichen. Derartige Methoden sind z. B. in der OS 37 11 161 beschrieben.

Als Lösungsvermittler mit teilweisem chemischen Reaktions­ potential werden erfindungsgemäß z. B. folgende Stoffe und Stoffgruppen alleine oder als Kombinationen eingesetzt:

• - Aceton und/oder chemische Verwandte,
• - Cyanamid und/oder chemische Verwandte,
• - Fette und Öle aus Pflanzen im allgemeinen bzw. Grund­ stoffe daraus, z. B. Rapsöl,
• - ätherische Öle im allgemeinen bzw. Grundstoffe daraus, z. B. Thymianöl oder Kiefernöl oder Mixturen verschie­ dener Öle,
• - niedrigviskose, pflanzliche oder mineralische oder syn­ thetische Öle und Fette; oder teiloxidierte, alkoholi­ sche, hydrolysierte oder veresterte Abkömmlinge dieser Stoffgruppen; bzw. Polyether oder Amide von aromati­ schen Alkoholen oder ungesättigten linearen oder ver­ zweigten Alkyl-Alkoholen,
• - grenzflächenaktive Stoffe im speziellen wie z. B.:
  • a) nichtionogene Verbindungen, nämlich partielle Ester von Polyalkoholen, wie Glyzerinmono- bzw. -distearate und -oleate, Sorbitmonostearat und -oleat oder Äthylenoxid- bzw. Propylenoxid-Addukte mit Fettsäuren, Fettalkoholen, Fettaminen, partiellen Fettsäureestern mehrwertiger Alkohole, insbesondere des Glyzerins und des Sorbits, Alkylphenolen, Wasser (Polyalkylenglykole) oder
  • b) ampholytische Verbindungen, nämlich langkettige substituierte Aminosäuren wie N-Alkyl-di-(aminoäthyl-)glycin, N-Alkyl-2-aminopropionat oder Betaine, wie (3-Acylaminopropyl)-dimethyl-glycin, Alkyl-imidazolium-Betaine
• - Isopropylalkohol, Butylglycol, Butanol, Methylglycol.

Der Lösungsvermittler Aceton reagiert auch chemisch; ebenso auch Cyanamid, denn es bildet mit NH₃/H₂S/R · SH und Aminen z. B. Thioharnstoffe, S-Alkyl-Isothiuroniumsalze, Guanidiumsalze und Alkylguanidiumsalze. Günstig wirkt sich auch das chemische Zusammenspiel mit H₂O₂ in der Sulfurikation aus.

Im Zusammenhang mit der vorne beschriebenen Problematik beim Abbau toxischer Stoffe unter Zuhilfenahme des stoßweisen Betriebs wird, wie bereits beschrieben, in einer Vorstufe Wasserstoffperoxid in Verbindung mit einem Katalysator dem Abwasser zudosiert. Die Sulfurikation in der Vorstufe wird gemäß den Vorgaben der Technischen Informationsschriften FA 1.4.4. und FA 1.4.33 und FA 1.3.4 der Fa. Peroxid-Chemie GmbH durchgeführt. Demgemäß sind für die Reaktion mit organischen Schwefelverbindungen, z. B. Mercaptane, Abwassertemperaturen von ca. 50°C günstig; u. a. aus diesem Grunde ist in der Vorstufe eine zusätzliche Heizeinrichtung vorgesehen.

Zur weiteren Verbesserung der Vorstufen-Behandlung erhält die Sulfurikation bei Bedarf zusätzlich eine Begasung mit Luft oder Sauerstoff, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Damit ist es möglich, schwer abbaubare Substanzen zu eli­ minieren, z. B. persistente organische Verbindungen, oder die Oxidationsprodukte dahingehend zu verändern, daß sie einer biologischen Weiterbehandlung zugänglich sind. Durch den Zusatz elementaren Sauerstoffs zum chemisch aktivier­ ten Sauerstoff verringert sich der spezifische Oxidations­ mittelbedarf erheblich, wodurch die Kosten für Wasser­ stoffperoxid in einem vertretbaren Rahmen bleiben. Aktiver Sauerstoff in Verbindung mit molekularem Sauerstoff er­ höht den CSB- und TOC-Abbau erheblich.

Infolge dieser Gesamtproblematik werden nachfolgend weitere oder alternative Techniken gezeigt, welche bei Bedarf als Ersatz zum Zuge kommen oder zusätzlich eingesetzt werden, wobei von Fall zu Fall unterschiedliche Kombinationen ver­ sendet werden.

Figur II zeigt gemäß Patentanspruch 2, eine Variante der Anlage zu Figur I mit zusätzlicher Begasung (74) mit Luft und/oder Sauerstoff in der Sulfurikationsstation (4) in Verbindung mit H₂O₂ und/oder Katalysator, wobei Strippgase bei (76) abgeführt werden. Außerdem ist in Puffer (3) eine Dosierstation (75) für Lösungsvermittler vorgesehen.

Figur III zeigt gemäß Patentanspruch 3, eine Variante der Anlage zu Fig. I und II mit einem ersatzweisen oder zusätz­ lichen Reaktor (77) welcher eine Füllung bzw. Einbringein­ richtung von reagierenden Materialien (78) beinhaltet, die zur Abscheidung toxischer, vorzugsweise schwefel- und/oder schwermetallhaltiger Substanzen dient.

Figur IV zeigt gemäß Patentanspruch 4, eine Variante der Anlage zu Fig. I-III mit einer ersatzweisen oder zusätzli­ chen biologisch wirkenden Einrichtung (79) innerhalb der Kaskaden-Denitrifikation, welche dort in einer Vorfunktion mit Hilfe von Bakterien intermediär gebildeten und eingela­ gerten elementaren Schwefel im Bakterienschlamm ausschleust. Hierbei werden entweder mit Hilfe von photosynthetischen Bakterien bei ca. 30-35°C, pH=7 und viel Licht geeignete Mikroorganismen eingesetzt, welche sowohl aerob wie anaerob bei den entsprechenden Parametern eingesetzt werden. Wahl­ weise werden Schwefelbakterien sowie zugehörige ergänzende Begleit-Mikroorganismen im Temperaturbereich von 70-90°C eingesetzt, welche ebenfalls intermediär elementaren Schwe­ fel und Oxide/Sulfate bilden. Hierzu wird die Kammer mit Hilfe einer zusätzlichen Heizeinrichtung (80) entsprechend erwärmt; gleichzeitig kann der vorgesehene anaerobe Be­ trieb durch Sauerstoffzugabe (83) auf aeroben Betrieb umge­ stellt werden. Die Temperatur des Abwassers kann in der De­ nitrifikation durch einen Kühler (82) wieder gesenkt werden.

Die Wärmetauscher von Heizeinrichtung und Kühler können an ein nicht dargestelltes Wärmeverschiebesystem gekoppelt wer­ den. Bei Bedarf wird aus dem evtl. vorgeschalteten Reak­ tor (77) neutralisiertes Material zudosiert. Der Schlamm (81) wird in Intervallpausen ausgeschleust. Der Blattrührer oder seine Ersatzeinrichtungen werden wahlweise mit Pausen betrie­ ben, u. a. damit sich die Schlämme absetzen können. Die Schlämme werden auch in Richtung Denitrifikation ausge­ schleust.

Figur V zeigt eine Variante zu Fig. I-IV mit einem physika­ lisch einwirkenden Apparat (84) als Ersatz oder Ergänzung zu den dort genannten Anlagenvarianten, welcher zur Abwas­ ser-Vorbehandlung mit Hilfe von elektrischen und/oder mag­ netischen Feldern bzw. optischen oder akustischen Strahlen oder Wellen eingesetzt wird. Im allg. werden hier toxische Substanzen für den biologischen Abbau aufbereitet; insbe­ sondere infektiöse Substanzen können hier effektiv vorbe­ handelt werden. Mit der Dosiereinrichtung (85) werden die erforderlichen Reaktionsmittel und Zuschlagstoffe beige­ mischt. Dieses Verfahren bezieht sich auf Patentanspruch 6.

Die reaktiven Inhaltsstoffe gemäß Patentanspruch 3. und Fi­ gur III sind: zumindest teilweise die neutralisierenden Komponenten Dolomit, Magnesit, Calciumcarbonat, Calciumhydro­ xid, Calciumoxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid, Magne­ siumhydroxid, welche vorzugsweise auch hochaktive Bentonite enthalten, deren Ionen mit den im Abwasser enthaltenen to­ xischen Schwermetallverbindungen zur Reaktion gebracht wer­ den.

Gemäß Patentanspruch 4 und Figur IV werden in der heißen Kammer, deren Abwassertemperatur zwischen 50 und 80°C einge­ stellt wird, bei anaeroben, sauren und lichtarmen Bedingun­ gen jene Parameter vorgegeben, welche eine spezielle Bio­ zönose sowohl der Archaebakterien wie Sulfolobus und Thermo­ plasma als Thermoacidophile, Methanogene, als auch Clostri­ dium, Chlorobiaceae, Chromatiaceae und in Randbereichen des Lebensraumes Thiobacillus denitrificans, Desulfovibrio, Desulfomaculum bereitstellen. Von einigen Arten wird Sulfat als Endprodukt erzeugt, von anderen Arten dagegen interme­ diär elementarer Schwefel, welcher in den Bakterienzellen abgespeichert wird. Dieser Bakterienschlamm wird intervall­ artig und kontrolliert ausgeschleust, vorher jedoch bei Be­ darf mit Grundstoffen und Komponenten dolomitischen und mag­ nesitischen angereichert, so daß die Reaktionsprodukte aus dem biologischen Stoffwechsel teilweise reagieren können.

In einem vereinfachten und vereinheitlichten Apparat anstelle von Nitrifikation/Denitrifikation werden wahlweise Mikroorga­ nismen eingesetzt, welche Ammonium direkt zu N₂ umsetzen.

Claims (11)

1. Verfahren zur biologischen, chemischen und physikalischen Aufbereitung und Reinigung von stark verschmutzten und/oder belasteten Wässern und/oder Abwässern, welche insbe­ sondere bakterientoxische Substanzen wie persistente or­ ganische Stoffe, Sulfid, Thiosulfat, Cyanid, Nitrit, Mer­ captan, Schwermetallverbindungen, substituierte Aromaten enthält und in besonderer Weise behandelt wird, und zwar so, daß bei Konzentrationen beliebiger Höhe und problema­ tischen Zusammensetzungen von für Mikroorganismen toxi­ schen Substanzen im zu reinigenden Wasser/Abwasser, mit oder ohne stoßweisen Betrieb, der Aufbereitungs-, Ab­ scheide- und -Abbauprozeß weiter verbessert, gesichert und dauerhaft stabilisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die bakterientoxischen Substanzen in einer Vorstufe zur Nitrifikation und vorgeschalteten Denitrifikation zusätz­ lich mit Oxidationsmitteln, welche zumindest teilweise aus Wasserstoffperoxid in Verbindung mit Katalysatoren bestehen, zur Reaktion gebracht werden und das ver­ schmutzte Abwasser bei Bedarf durch weitere physikali­ sche Maßnahmen, welche zumindest teilweise als Tempera­ turerhöhung bis ca. 60°C und/oder Druckerhöhung durchge­ führt werden, aufbereitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit chemisch aktiviertem Sauerstoff vorbehandelte Abwasser bei Bedarf in der Oxidationsstufe zusätzlich mit Luft und/oder elementarem Sauerstoff begast wird und daß im vorgeschalteten Puffer dem Abwasser bei Be­ darf ein Lösungsvermittler zugegeben wird, welcher zu­ mindest teilweise eine der Substanzen Aceton, Cyanamid und/oder ätherische Öle sowie grenzflächenaktive Stoffe enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbehandelten Schmutzwässer und die gebildeten Sul­ fate bei Bedarf einer weiteren Vorbehandlung unterzogen werden, indem sie durch einen Reaktor geleitet werden, in welchem sie zusammen mit den toxischen Substanzen mit reaktiven Stoffen, welche zumindest teilweise die neu­ tralisierenden Komponenten Dolomit, Magnesit, Calciumcarbo­ nat, Calciumhydroxid, Calciumoxid, Magnesiumcarbonat, Mag­ nesiumoxid, Magnesiumhydroxid enthalten, in Kontakt ge­ bracht werden, wobei diesen reaktiven Stoffen vorzugsweise auch hochaktive Bentonite zugegeben werden, deren Ionen mit den im Abwasser enthaltenen toxischen Schwermetallver­ bindungen zur Reaktion gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei oder ohne stoßweisen Betrieb in einer der Kammern des nachfolgenden durchmischten Kaskadenreaktors der vorge­ schalteten Denitrifikation, vorzugsweise in der ersten, das chemisch/physikalisch vorbehandelte Abwasser auf Tem­ peraturen zwischen 50 und 80°C eingestellt wird und bei anaeroben, sauren und lichtarmen Bedingungen jene Parame­ ter vorgegeben werden, welche eine spezielle Biozönose so­ wohl der Archaebakterien wie Sulfolobus und Thermoplasma als Thermoacidophile, Methanogene, als auch Clostridium, Chlorobiaceae, Chromatiaceae und in Randbereichen des Le­ bensraumes Thiobacillus denitrificans, Desulfovibrio, De­ sulfomaculum bereitstellen, wobei man von einigen Arten Sulfat als Endprodukt erzeugen, von anderen bevorzugten Arten dagegen intermediär elementaren Schwefel in den Bak­ terienzellen abspeichern läßt und diesen Bakterienschlamm anschließend intervallartig und kontrolliert ausschleust, vorher jedoch bei Bedarf dem Gemisch aus Bakterienschlamm und Reaktionsprodukten aus dem biologischen Stoffwechsel Grundstoffe und Komponenten dolomitischen Ursprungs zuge­ setzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche zur Verbesserung und Vereinfachung der Regelung der Komponenten Nitrifikation/Denitrifikation der Kompakt-Hochleistungs-Kläranlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der organischen Kohlenstoffverbindungen im Ver­ hältnis zur Nitratmenge aus der Nitrifikation überstöchio­ metrisch in die vorgeschaltete Denitrifikation eingegeben wird, bei Mangel im Abwasser durch Einschaltung einer C-Quelle, und daß die überschüssigen Kohlenstoffverbindungen in einer nachgeschalteten aeroben Flotationsstufe gemessen und durch das kontrollierte Eintragen von Luft und/oder Sauerstoff oxidiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Vorstufe ersatzweise oder ergänzend zu den an­ deren Verfahrensvarianten auf die teilweise infektiös ver­ schmutzten Abwässer elektrische oder magnetische Felder, wahlweise auch optische oder akustische Strahlen oder Wellen einwirken läßt.

7. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrensschritte ge­ mäß den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur I und II der vorgeschalteten Denitrifika­ tion (14) ein Puffer (3), welcher bei Bedarf eine Do­ siereinrichtung (75) für Lösungsvermittler aufweist, sowie eine Sulfurikationsstation (4), welche je eine Dosiereinheit für Oxidationsmittel (7) und Katalysa­ tor (8) sowie bei Bedarf eine Abwasser-Heizeinrich­ tung (6) und/oder eine Begasungseinrichtung (74) für Luft oder Sauerstoff aufweist, vorgeschaltet ist, wo­ bei diese Sulfurikationsstation bei Bedarf gemäß Fi­ gur III mit einem integrierten oder separaten Reaktor (77) erweitert wird, welcher reaktive Stoffe (78) ent­ hält, die als feine bis grobkörnige Granulate oder Sus­ pensionen entweder in Form eines Festbetts oder als per­ manent und gleichmäßig durchlaufende Zugabeeinrichtung dieser reaktiven Stoffe bereitgestellt sind mit der Mög­ lichkeit, daß die Behälter in druckfester Konstruktion gestaltet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur I, II und IV eine der Kammern des durch­ mischten Kaskaden-Reaktors der vorgeschalteten Denitri­ fikation (14), vorzugsweise die erste in Strömungsrich­ tung, als heiße Kammer ausgeführt wird, welche bei Be­ darf eine zusätzliche Abwasser-Heizeinrichtung (80) für Temperaturen von 50-85°C aufweist, sowie eine Dosier­ einrichtung (77, 78) für reaktive und/oder neutralisieren­ de Stoffe, und daß die Biozönose mit speziellen, für ho­ he Temperaturen geeigneten, Schwefelbakterien und analo­ gen Mikroorganismen aus tiefen, heißen, schwefelhaltigen Quellen und/oder Unterwasserschichtungen, auch aus vulka­ nischem Ursprung, angeimpft ist, wobei der externe Kreis­ lauf (17) und die Schlammrückspülung (18) aus der Nitri­ fikation, der Rücklaufschlamm (19) aus dem Nachklärbecken und die Dosieranschlüsse von P- und C-Quelle (20, 21) an der nachfolgenden Kaskadenkammer angeschlossen sind, und daß eine Schlamm-Sedimentation mit Abführung (81) sowie eine nachfolgende Abwasserkühleinrichtung (82) angeschlos­ sen sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die heiße Kammer gemäß Figur IV in der vorgeschalteten De­ nitrifikation (14), welche auch separat angeordnet sein kann, statt des Blattrührers wahlweise ein, nicht darge­ stelltes, Bewegungselement mit großen Besiedlungsoberflä­ chen, etwa in rundbürstenartiger Ausführung oder als Trommel mit Füllkörpern, aufweist, sowie bei Bedarf ein eigenes Schlammaustragssystem mit Ableitungsventil zur Schlammentnahme, wobei das Bewegungselement bei Bedarf einen eigenen, von anderen Kaskadenkammern unabhängigen, Antrieb aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 und mindestens einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur I die Kompakt-Hochleistungs-Kläranlage zwi­ schen vorgeschalteter Denitrifikation (14) und Nitrifika­ tion (46), in Strömungsrichtung nach der Denitrifikation, eine aerobe Flotationsstufe (28) als zentrales Steue­ rungselement mit angekoppeltem Redox- bzw. CSB-Meßfühler und -Regler (23, 31, 36, 32) und somit als Funktionseinheit zur Regelung der Gesamtanlage aufweist, wobei gleichzei­ tig ein Schlammaustragssystem integriert ist (37, 38, 39, 40, 41, 42).

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder einem der mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß Figur I, III und V die Vorstufe als Ersatz oder Ergänzung zur Sulfurikation (4) und dem Reaktor (77), mit einem auf das Abwasser physikalisch einwirkenden Apparat (84) und einer Dosiereinrichtung (85) ausge­ stattet ist, welcher Einrichtungen zur Erzeugung elek­ trischer und/oder magnetischer Felder, sowie optischer oder akustischer Strahlen und Wellen aufweist.