DE4133954C2 - Anlage und Verfahren zur biologischen Phosphor- und Stickstoffeliminierung aus Abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die biologische Behandlung von kommunalem, industriellem oder landwirtschaftlichem Abwasser unter Verwendung von Belebtschlamm. Sie ist auf alle Abwässer anwendbar, die neben organischen Inhaltsstoffen Phosphor und Stickstoff im Überschuß aufweisen.

Die bekannten Verfahren und Einrichtungen zur biologischen Phosphor- und Stickstoffeliminierung aus Abwasser, wie z. B. das Bardenpho-Verfahren (Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft 23; Biologische Phosphorelimination; Ruhr-Universität, Bochum 1993), haben verfahrenstechnische und biochemische Nachteile, die sich negativ auf Prozeßstabilität, Ablaufbeschaffenheit und Reaktorvolumen auswirken.

Es ist bekannt, daß bei der Eliminierung der Abwasserinhaltsstoffe eine Vielzahl Mikroorganismen mit den unterschiedlichsten Stoffwechselleistungen und Milieuansprüchen mitwirken. Die Milieuansprüche reichen bezüglich Sauerstoffbedarf von stark belüftet bis streng anaerob. Bei den bekannten Verfahren und Einrichtungen ist eine ungenügende Anpassung der Milieubedingungen in den Reaktoren an die Milieuansprüche der Organismen zu verzeichnen. Somit sind optimale Stoffwechselleistungen nicht möglich.

Seit Entwicklung des Verfahrens ist z. B. bekannt, daß die biologische P-Eliminierung empfindlich gestört wird, wenn gelöster oder an Nitrat gebundener Sauerstoff in das verfahrenstechnisch wichtige P-Freisetzungsbecken gelangt. Durch Sauerstoffeintrag geht der Selektionsvorteil der P-speichernden Mikroorganismen verloren. Die für diese Organismen lebenswichtigen niedermolekularen organischen Stoffe werden dann durch Nahrungskonkurrenten aufgenommen. Mit diesen Störungen muß bei den bekannten Verfahren zyklisch wiederkehrend gerechnet werden. Durch die bei allen Kläranlagenzuläufen zu verzeichnenden Tagesschwankungen der Zulauffrachten und die lange Verweilzeit des Abwassers in den Becken tritt täglich der Fall ein, daß das am Tage der Anlage zufließende Abwasser erst während der Nachtstunden in nitrifizierter Form durch Rezirkulat und Rücklaufschlamm in das Denitrifikationsbecken rückgeführt wird. Eine Denitrifikation des Nitrats ist dann jedoch aufgrund fehlenden Kohlenstoffs (BSB) nicht oder nur in begrenztem Maße möglich. Das Nitrat passiert dieses Becken und gelangt in das anaerobe P-Freisetzungsbecken. Es kommt folglich zu den genannten Störungen. Eine stabile und weitgehende Eliminierung von Phosphor ist somit nicht möglich.

Ein weiterer entscheidender Nachteil bekannter Verfahren wird auch darin gesehen, daß die am Eliminierungsprozeß beteiligten Mikroorganismen, unabhängig von ihren Stoffwechselleistungen, durch alle Verfahrensstufen transportiert werden. So werden z. B. die Nitrifikanten, die im sauerstoffangereicherten Milieu ihr Stoffwechseloptimum haben, durch die anaerob-anoxischen Becken und die anaerob- hydrolytischen Bakterien durch das belüftete Nitrifikationsbecken gepumpt. Es kommt dadurch zu einer ständigen Selektion von Mikroorganismen und zu Einschränkungen ihrer Stoffwechselleistungen. Vor allem die Stoffwechselleistungen der nitrifizierenden Mikroorganismen, die bekanntlich gegen äußere Störeinflüsse sehr empfindlich reagieren und eine lange Reproduktionszeit besitzen, werden durch diese zyklisch wiederkehrenden Störungen nachteilig beeinflußt. Diese Bakteriengruppe ist das schwächste Kettenglied der Verfahrenskette. Aufgrund ihrer Eigenschaften und Milieuansprüche müssen z. B. das Schlammalter derartiger Anlagen sehr hoch und die BSB-Schlammbelastung extrem niedrig ( < 0,07 kgBSB/kgTS·d) gehalten werden. Dies bedeutet für Praxisanlagen eine Verdoppelung bis Verdreifachung des Reaktorvolumens.

Ein weiterer Nachteil wird auch in den relativ geringen Bioschlammkonzentrationen in den Becken gesehen. Sie bedingen niedrige spezifische Stoffumsetzungen und somit große Reaktorvolumina. Die Konzentrationen werden vor allem durch die Wirksamkeit der Nachkläreinrichtung begrenzt. Ab einem bestimmten Biomassegewicht ist eine sichere Abtrennung des Belebtschlammes in der Nachklärung nicht mehr möglich. Eine Biomasseerhöhung ist folglich nur möglich, wenn ein Teil der Organismen in dem vorgegebenem Becken verbleiben und nicht ständig über die Nachkläreinrichtung geführt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst ganzjährig stabile P- und N- Eliminierung aus Abwasser durch mikrobiologische Prozesse und weitestgehend ohne den Einsatz von Fällungsmitteln zu erreichen, wobei in den einzelnen Verfahrensstufen jeweils optimale Milieubedingungen auch bei lastabhängigen Tagesschwankungen einer Kläranlage angestrebt werden.

Mittels einer Anlage und eines geeigneten Verfahrens sollen durch eine spezielle Anordnung und Verfahrensführung von aeroben, anoxischen und anaeroben Becken, durch Steuerung und Aufteilung der Medienströme und Nutzung von Trägerbiologien auch in kleinen und mittleren Belebtschlammanlagen Ablaufwerte bezüglich P und N erreicht werden, die den Forderungen des Umweltschutzes entsprechen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebene Anlage und das in den Ansprüchen 2 bis 8 beschriebene Verfahren gelöst.

Die Funktionsweise ist dabei wie folgt:

Zu behandelndes Abwasser wird von Grobstoffen befreit und zu etwa gleichen Teilen einem ersten Denitrifikationsbecken und einem P-Freisetzungsbecken zugeführt. Dem ersten Denitrifikationsbecken werden außerdem ein Teilstrom Rücklaufschlamm und zeitweilig ein Teilstrom aus einem zweiten Denitrifikationsbecken zugepumpt. Während der Belastungsspitze wird eine bestimmte Menge vom zulaufendem Abwasser entnommen und damit ein Speicherbecken zu etwa 85% gefüllt. Das restliche Volumen des Speicherbeckens wird mit Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken aufgefüllt. Die Abwassermenge beträgt etwa 5 bis 15 Vol% der Tagesabwassermenge.

Im Speicherbecken werden in den nachfolgenden Stunden die partikulären und gelösten organischen Abwasserinhaltsstoffe mikrobiell unter anaeroben Milieuverhältnissen in niedermolekulare organische Verbindungen hydrolysiert bzw. vergoren. Die Hydrolyse- und Gärungsprodukte sind wichtige Nährstoffe für P-speichernde und denitrifizierende Mikroorganismen.

Das auf diese Weise vorbehandelte Abwasser-Belebtschlamm- Gemisch wird gemeinsam mit dem frischen Abwasser dem ersten Denitrifikationsbecken während der belastungsschwachen Nachtstunden zugegeben. Dadurch kann in diese Stufe eingetragenes Nitrat auch während der kritischen Tageszeiten weitgehend denitrifiziert werden. Ein Eintrag größerer Mengen Nitrat in das P-Freisetzungsbecken, und damit die Störung der biologischen P-Eliminierung, wird somit ausgeschlossen.

Das erste Denitrifikationsbecken ist mit aufschwimmenden Aufwuchsträgern zu etwa 60 bis 80 Vol% gefüllt. Auf dem Material siedeln sich vor allem anaerob-anoxisch lebende Mikroorganismen an. Durch langsames Rühren des Mediums findet in dem kompakten Fließbett ein optimaler Kontakt zwischen Biomasse und abzubauendem Substrat statt. Die organischen Inhaltsstoffe des frischen Abwassers werden dabei in vergleichsweise kurzer Zeit weitgehend hydrolysiert. Vor allem im Innern der vorzugsweise verwendeten etwa 5-10 mm langen und 5 mm starken, außen und innen gerieften Walzenperlen, mit einem Innendurchmesser von 2-3 mm, finden verstärkt neben Hydrolyse- auch Gärungsvorgänge statt. Die dabei entstehenden organischen Produkte sind wichtige Nährsubstrate für P-speichernde Mikroorganismen. Auch die partikulären organischen Stoffe, die den Feinrechen passieren, jedoch im Trägermaterial zurückgehalten werden, bilden nach Hydrolyse eine wesentliche Kohlenstoffquelle während belastungsschwacher Nachtstunden. Die im zugeführten Belebtschlamm vorhandenen P-speichernden Mikroorganismen nehmen bereits im ersten Denitrifikationsbecken einen Teil der gebildeten Nährsubstrate auf und speichern diese in der Zelle.

Das nachfolgende P-Freisetzungsbecken ist ebenfalls mit etwa 60 bis 80 Vol% Trägermaterial gefüllt. Diesem mit einem Rührwerk ausgerüsteten Becken wird das Gemisch aus dem ersten Denitrifikationsbecken ohne Aufwuchsträger und ein Teilstrom frisches, mit organischen Stoffen angereichertes Abwasser zugeführt. In diesem Becken laufen die im ersten Denitrifikationsbecken begonnenen Hydrolyse- und Gärungsprozesse und die Aufnahme und intrazelluläre Speicherung der Stoffwechselprodukte durch P-speichernde Mikroorganismen verstärkt ab. Da die P-speichernden Mikroorganismen ihren Energiebedarf aus dem Abbau zellulär gespeicherter Polyphosphate decken, steigen in diesem Becken die Orthophosphatkonzentrationen auf etwa doppelte Werte an. Durch die Aufkonzentrierung mit spezieller anaerob-anoxischer Biomasse kann die Verweilzeit im Denitrifikations- und P-Freisetzungsbecken, im Vergleich zu bekannten und nur mit Belebtschlamm beschickten Verfahren, um mindestens 50% verkürzt werden.

Die biologische P- Eliminierung erfolgt in der Weise, daß der Belebtschlamm und somit die darin enthaltenen P-speichernden Mikroorganismen einem zyklischen Milieuwechsel (aerob-anoxisch- anaerob) unterworfen werden. Dabei nehmen sie in den sauerstofffreien Becken spezielle Nährsubstrate und im belüfteten Becken Phosphor im Überschuß auf. Die Menge liegt ein Mehrfaches über dem physiologischen Bedarf. Um auch einen Teil der trägerfixierten Biomasse in diesen Eliminierungsprozeß einzubeziehen, werden die Tauchwand zwischen dem P-Freisetzungsbecken und dem Nitrifikationsbecken, der Rührer im P-Freisetzungsbecken und die Belüftungseinrichtung im Nitrifikationsbecken so gestaltet und angeordnet, daß ständig Trägermaterialien aus dem Wirbelbett des Nitrifikationsbeckens an den unteren Teil des Fließbettes im P-Freisetzungsbecken angelagert werden, diese das Fließbett aufgrund des spezifischen Gewichtes von kleiner als 1 g/cm³ durchwandern und durch das obere Blatt der Rühreinrichtung wieder in das Nitrifikationsbecken befördert werden. Da das aus dem ersten Denitrifikationsbecken zufließende Medium das Fließbett von oben nach unten durchströmt, ist ein optimaler Kontakt zwischen Mikroorganismen und Nährsubstrat gegeben.

Die trägerfixierten, P-speichernden Mikroorganismen werden im Wirbelbett vom Träger abgerieben und gelangen mit dem Überschußschlamm aus dem System.

Durch diese Anordnung erfolgt gleichzeitig eine gewisse Denitrifikation des im Nitrifikationsbecken gebildeten Nitrats. Eine Störung der P- Eliminierung kann dabei ausgeschlossen werden, da für die Denitrifikation nur die Restkohlenstoffverbindungen genutzt werden können, die das Fließbett bereits passiert haben.

Das Medium aus dem P-Freisetzungsbecken gelangt anschließend in das mit Sauerstoff angereicherte Nitrifikationsbecken. Dieses Becken ist mit Belüftungseinrichtungen ausgerüstet und teilweise mit schwimmfähigen Aufwuchsträgern gefüllt. Bekanntlich ist die Bildung von Nitrat aus Ammonium das schwächste Glied der biologischen Stickstoffeliminierung. Die nitrifizierenden Bakterien reagieren auf äußere Störungen mit Leistungsabfall. Sie haben im Vergleich zu anderen Abwasserbakterien hohe Reproduktionszeiten. Aufgrund der niedrigen Wachstumsraten tritt vor allem bei niedrigen Temperaturen und bei Anlagen mit geringem Schlammalter der Fall ein, daß der Austrag von Nitrifikanten mit dem Überschußschlamm größer ist als die Zuwachsrate. Dann ist eine Stickstoffeliminierung durch Nitrifikation-Denitrifikation nicht mehr möglich. Der Nachteil wird in Praxisanlagen durch hohes Schlammalter, das heißt durch Verdoppelung bis Verdreifachung des Reaktorvolumens, kompensiert. Nitrifizierende Bakterien lassen sich auf Aufwuchsträger fixieren. Dies hat den Vorteil, daß die empfindlich reagierenden Mikroorganismen mit dem Träger in einem für sie optimalen Milieu verbleiben und nicht durch die für sie lebensfeindlichen anaerob-anoxischen Becken geführt werden müssen. Außerdem können sie nicht mit dem Überschußschlamm aus dem System genommen werden.

Durch den Einsatz von 5 bis 30 Vol% Aufwuchsträger im belüfteten Nitrifikationsbecken, gekoppelt mit der teilweisen Lastvergleichmäßigung, kann die BSB-Raumbelastung der Gesamtanlage auf über 0,5 bis 0,6 kg/m³·d bzw. die Schlammbelastung auf Werte von 0,10 bis 0,12 kg/kgTS·d erhöht werden (bisher 0,07 kg/kgTS·d). Dies bedeutet im Vergleich zum gegenwärtigen Stand der Technik eine erhebliche Einsparung an Reaktorvolumen.

Der Einsatz speziell gestalteter, walzenförmiger Hohlträger hat noch den Vorteil, daß sich im Innern der Walze dickere Biomasseschichten und in diesen anoxische Milieuverhältnisse ausbilden. Somit laufen im belüfteten Becken Nitrifikations- und Denitrifikationsprozesse parallel ab. Der Anteil anoxischer Biomasse kann durch die Verlängerung der Aufwuchsträger erhöht werden.

Neben der Oxidation von Ammonium werden im Nitrifikationsbecken durch suspendierte und trägerfixierte Biomasse vor allem organische Abwasserinhaltsstoffe abgebaut und Phosphate in erhöhtem Maße durch spezielle Mikroorganismen aufgenommen.

Um die biochemischen Wirkungen im Nitrifikationsbecken zu erhöhen, kann dieses nochmals geteilt werden, wobei die Aufwuchsträger im jeweiligen Abschnitt verbleiben.

Das weitgehend gereinigte und nitrifizierte Abwasser gelangt anschließend ohne Aufwuchsträger in ein zweites, zweigeteiltes Denitrifikationsbecken. Dieses Becken ist ebenfalls teilweise mit Aufwuchsträgern gefüllt und mit einer Rühreinrichtung versehen. Bei den bekannten Verfahren gelangen gereinigtes Abwasser und Belebtschlamm nach dem Nitrifikationsbecken in das Nachklärbecken und von dort, nach Abtrennung der Biomasse, in den Ablauf. Eine Beeinflussung der Ablaufbeschaffenheit ist somit nicht mehr möglich.

Das zweite Denitrifikationsbecken erfüllt mehrere Aufgaben. Unter Nutzung von Rest-BSB und intrazellulär gespeicherter organischer Stoffe wird das Medium vor Abgabe in den Vorfluter denitrifiziert. Liegen die Nitratwerte noch über einer vorgegebenen Konzentration, dann kann verstärkt Medium aus dem ersten Beckenteil dem zweiten Beckenteil zugeführt werden. Dort wird dem Medium zur Stimulierung der Denitrifikation frisches Abwasser zugesetzt und anschließend dem ersten Denitrifikationsbecken und/oder dem Nitrifikationsbecken zugeleitet. Anders wird verfahren, wenn die Ammonium- und Phosphorkonzentrationen über den vorgegebenen Werten liegen. Dann wird verstärkt Medium auf kürzestem Wege über den zweiten Beckenteil des zweigeteilten Denitrifikationsbeckens dem Nitrifikationsbecken zur Nitrifizierung bzw. P-Eliminierung zugepumpt.

Die Steuerung des Prozesses kann in Abhängigkeit von den Stoffkonzentrationen im Ablauf des Beckens und/oder in Abhängigkeit von den sich meist zyklisch wiederholenden Tagesgängen der Zulauffrachten vorgenommen werden. Die einzelnen Becken der Anlage zur biologischen P- und N-Eliminierung sind so angeordnet, daß der Energiebedarf für den Medienrücktransport gering ist.

Aus dem ersten Beckenteil des zweiten Denitrifikationsbeckens gelangen gereinigtes Abwasser und Belebtschlamm ohne Aufwuchsträger über das Zwischenbelüftungsbecken in das Nachklärbecken. Im Zwischenbelüftungsbecken wird das Medium so mit Sauerstoff angereichert, daß P-Freisetzungs- und Denitrifikationsprozesse im Nachklärbecken ausgeschlossen werden können. Die im Nachklärbecken abgetrennte Biomasse wird vorwiegend in das erste Denitrifikationsbecken rückgeführt. Zu Zeiten schwacher Belastung wird ein Teilstrom dem Nitrifikationsbecken zugeführt. Dadurch wird eine übermäßige Belastung der anoxischen und anaeroben Becken mit Nitrat und somit eine Störung der biologischen P-Eliminierung vermieden.

Eine Stimulierung und Stabilisierung der biologischen P-Eliminierung wird auch dadurch erreicht, daß ein Teilstrom des Rücklaufschlammes vor allem während der belastungsschwachen Zeiten kontinuierlich oder diskontinuierlich über den Schlammvoreindicker dem Nitrifikationsbecken zugeführt wird. Während der mehrstündigen Lagerung des Schlammes im anaerob- anoxischen Milieu laufen in abgeschwächter Form ähnliche Stoffwechselprozesse wie im P-Freisetzungsbecken ab.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Das der Kläranlage zufließende Abwasser wird durch einen Feinrechen 1 von Grobstoffen befreit und zu etwa gleichen Teilen dem ersten Denitrifikationsbecken 3 und dem P-Freisetzungsbecken 4 zugeführt. Die Schmutzfracht ist so bemessen, daß jedem m³ der Becken 3 bis 6 täglich im Mittel 0,5-0,6 kgBSB₅ zugeführt werden bzw. die Schlammbelastung etwa 0,11-0,12 kgBSB₅/kgTS·d beträgt.

Während der Spitzenbelastungszeit zwischen 11.00 und 16.00 Uhr wird vom zufließendem Abwasser ein Teilstrom, etwa 8 Vol% der Tagesmenge, entnommen und dem Speicherbecken 2 zugeführt. Ist dieses Becken zu etwa 85% gefüllt, dann wird der Rest des Beckenvolumens mit Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken 8 aufgefüllt. Ein Teil der gelösten und partikulären organischen Abwasserinhaltsstoffe werden in den folgenden Stunden durch Mikroorganismen des Belebtschlammes bei Abwesenheit von Sauerstoff zu niedermolekularen organischen Verbindungen aufgespalten.

Das am Tage gespeicherte Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch wird dem ersten Denitrifikationsbecken 3 während der belastungsschwachen Nachtstunden zwischen 0.00 und 6.00 Uhr zugeführt. Diesem Becken wird außerdem kontinuierlich Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken 8 zugepumpt. Die Menge beträgt am Tage (9.00 bis 23.00 Uhr) etwa 80-120 Vol% des zufließenden Abwassers und während der Nachtstunden (23.00 bis 9.00 Uhr) etwa 50-70 Vol%, wobei eine bestimmte Mindestmenge nicht unterschritten wird.

Ein Teilstrom des Rücklaufschlammes wird nachts dem Nitrifikationsbecken 5 zugeführt. Außerdem wird vor allem während der Nachtstunden kontinuierlich ein Teilstrom Rücklaufschlamm über den Schlammvoreindicker 9 dem Nitrifikationsbecken 5 zugepumpt.

Durch die Abwasserspeicherung bzw. Vergleichmäßigung der Schmutzfracht und die tageszeitabhängige Steuerung und Aufteilung der Medienströme wird bewirkt, daß das in das erste Denitrifikationsbecken 3 eingetragene Nitrat zu allen Tageszeiten weitgehend denitrifiziert wird. Damit ist ein ausreichender Schutz des nachfolgenden P-Freisetzungsbeckens 4 vor stärkeren, den Eliminierungsprozeß störenden, Nitrateinbrüchen gegeben.

Im ersten Denitrifikationsbecken 3 erfolgt durch die im Belebtschlamm angereicherten P-speichernden Mikroorganismen bereits eine Aufnahme und intrazelluläre Speicherung der für sie lebenswichtigen niedermolekularen organischen Hydrolyseprodukte. Die meisten anderen Mikroorganismen des Belebtschlammes sind dazu aufgrund des Sauerstoffmangels nicht in der Lage. Dieser Prozeß setzt sich im folgenden P-Freisetzungsbecken 4 verstärkt fort. Die Zuführung eines Teilstromes frischen, mit Kohlenstoffen angereicherten Abwassers wirkt sich stimulierend auf die biochemischen Hydrolyse- und Eliminierungsprozesse aus. Da die P-speichernden Mikroorganismen ihren Energiebedarf aus dem Abbau zellulär gespeicherter Polyphosphate decken, kommt es in diesem Becken zu einem deutlichen Anstieg der Orthophosphatkonzentrationen.

Auch im P-Freisetzungsbecken 4 werden durch die Fixierung von Mikroorganismen mit speziellen Stoffwechselleistungen an Aufwuchsträgermaterial die gewünschten biochemischen Prozesse intensiviert. Die Verweilzeit des Gemisches im ersten Denitrifikationsbecken 3 und im P-Freisetzungsbecken 4 kann dadurch im Mittel auf 1-1,5 Stunden verkürzt werden.

Eine biologische P-Eliminierung aus Abwasser ist dann möglich, wenn der Belebtschlamm ständig aeroben und anaeroben Milieuwechsel ausgesetzt wird. Um auch einen Teil der auf dem Aufwuchsträgermaterial fixierten Biomasse zu diesen Eliminierungsprozeß anzuregen, wird die Tauchwand 11 zwischen dem P-Freisetzungsbecken 4 und dem Nitrifikationsbecken 5 bis oberhalb des Beckenbodens so angeordnet, daß ständig ein Teil des Aufwuchsträgermaterials durch den Antrieb der Belüftungseinrichtung 12 (Belüftungskreisel) vom aeroben Wirbelbett des Nitrifikationsbeckens 5 an das untere Fließbett des P-Freisetzungsbeckens 4 angelagert wird. Aufgrund des spezifischen Gewichtes durchwandert das Aufwuchsträgermaterial das anaerobe Fließbett und wird wieder in das Nitrifikationsbecken 5 befördert. Da das aus dem ersten Denitrifikationsbecken 3 zufließende Medium das Fließbett von oben nach unten durchströmt, sind günstige Voraussetzungen gegeben, daß die P-speichernden Mikroorganismen auf dem Aufwuchsträgermaterial entsprechende Nährsubstrate aufnehmen können. Die eigentliche P-Eliminierung erfolgt im belüfteten Nitrifikationsbecken 5. Die P-speichernden Mikroorganismen werden vom Aufwuchsträgermaterial abgerieben und gelangen über den Belebtschlamm in den Überschußschlamm.

Der Hauptteil an Phosphor wird im Nitrifikationsbecken 5 durch spezielle Mikroorganismen des Belebtschlammes eliminiert. Diese Organismen nehmen im ersten anoxischen Denitrifikationsbecken 3 und P-Freisetzungsbecken 4 spezielle niedermolekulare Nährstoffe auf und speichern sie in der Zelle. Gelangen sie in das mit Sauerstoff angereicherte Nitrifikationsbecken 5, dann eliminieren sie die im Abwasser gelösten Phosphate in einer Menge, die ein Mehrfaches über dem physiologischen Bedarf liegt. Dadurch werden die Gesamt-P-Konzentrationen auf Werte unter 2 g/m³ reduziert. Der Phosphor wird in der Zelle als Polyphosphatkörper gespeichert. Die Entnahme aus dem System erfolgt über den Überschußschlamm. Durch den Einsatz von verwirbelbaren, walzenförmigen Aufwuchsträgern mit einer besiedelbaren Oberfläche von über 950 m²/m³ Schüttvolumen werden im Nitrifikationsbecken 5 zusätzliche Flächen geschaffen, die auch von nitrifizierenden Mikroorganismen besiedelt werden. Die damit verbundene höhere Stoffwechselleistung wird dadurch bewirkt, daß die trägerfixierten Nitrifikanten mit dem Träger in einem für sie optimalen Milieu verbleiben, also nicht die für sie lebensfeindlichen anoxisch-anaeroben Becken passieren müssen und schließlich nicht mit dem Überschußschlamm aus dem System genommen werden können.

Das nach dem Nitrifikationsbecken 5 angeordnete zweite Denitrifikationsbecken 6, welches in einen ersten Beckenteil 6.1 und einen zweiten Beckenteil 6.2 unterteilt ist, ist etwa zu 30 bis 40 Vol% mit Aufwuchsträgern gefüllt. Dessen Medium wird mit einem Minimum an Sauerstoffeintrag mittels Rührer 10 umgewälzt. Als Kohlenstoffquelle dienen gelöster Rest-BSB und intrazellulär gespeicherte Reservestoffe der Mikroorganismen. Steigt der Nitratwert dennoch über einen vorgegebenen Wert, dann wird ein Teilstrom in das mit dem Nitrifikationsbecken 5 verbundene erste Denitrifikationsbecken 3 rückgepumpt. Anders wird verfahren, wenn die Phosphor- und Ammoniumkonzentrationen einen Wert überschreiten. Dann wird Medium aus dem zweiten Denitrifikationsbecken 6 in das ebenfalls angrenzende Nitrifikationsbecken 5 befördert. Die Mengenverhältnisse der rückzuführenden Teilströme werden durch kontinuierliche Bestimmung der Konzentrationen der zu eliminierenden Abwasserinhaltsstoffe ermittelt werden. Bei Anlagen mit zyklisch wiederkehrenden Tagesfrachtgängen kann auf deren Grundlage ein entsprechendes Steuerprogramm für die Medienrückführung benutzt werden.

Das dem zweiten Denitrifikationsbecken 6 nachgeschaltete Zwischenbelüftungsbecken 7 reichert das ablaufende Medium mit < 3 g/m³ Sauerstoff an. Damit wird Denitrifikations- und P-Freisetzungsprozessen im Nachklärbecken 8 vorgebeugt.

Durch die Erfindung kann im Vergleich zu bekannten Lösungen die Raumbelastung ohne Verschlechterung der Ablaufbeschaffenheit deutlich erhöht und die Prozeßstabilität verbessert werden. Trotz Bau eines Abwasserspeichers kann das Reaktorvolumen, ohne Nachklärung, um 20 bis 30% reduziert werden.

Claims (8)

1. Anlage zur biologischen Phosphor- und Stickstoffeliminierung aus Abwasser mit folgenden Merkmalen:

• - die Anlage besteht aus einer Grobstoffentfernung (1), einem nachgeordneten Speicherbecken (2), einem ersten Denitrifikationsbecken (3), einem P-Freisetzungsbecken (4), einem zweiten zweigeteilten Denitrifikationsbecken (6), einem Nitrifikationsbecken (5), einem Zwischenbelüftungsbecken (7), einem Nachklärbecken (8) und einem Schlammvoreindicker (9),
• - Abwasserzuläufe münden über die Grobstoffentfernung (1) in das Speicherbecken (2), in das erste Denitrifikationsbecken (3), in das P-Freisetzungsbecken (4) und in den zweiten Beckenteil (6.2) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) ein,
• - das Speicherbecken (2) besitzt einen Ablauf zum ersten Denitrifikationsbecken (3),
• - der erste Beckenteil (6.1) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) besitzt einen Ablauf zum Nachklärbecken (8) über das Zwischenbelüftungsbecken (7), einen Ablauf zum zweiten Beckenteil (6.2) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) und einen Zulauf aus dem Nitrifikationsbecken (5),
• - der zweite Beckenteil (6.2) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) besitzt Abläufe zum ersten Denitrifikationsbecken (3) und zum Nitrifikationsbecken (5),
• - das erste Denitrifikationsbecken (3) besitzt einen Ablauf zum P-Freisetzungsbecken (4),
• - das Nachklärbecken (8) besitzt Abläufe für Rücklaufschlamm zum Speicherbecken (2), zum Nitrifikationsbecken (5), zum ersten Denitrifikationsbecken (3) und zum Schlammvoreindicker (9) sowie einen Ablauf für behandeltes Abwasser,
• - der Schlammvoreindicker (9) besitzt einen Ablauf zum Nitrifikationsbecken (5) und eine Schlammabführung,
• - im P-Freisetzungsbecken (4), im ersten Denitrifikationsbecken (3), in den beiden Beckenteilen (6.1, 6.2) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) und im Speicherbecken (2) befinden sich jeweils Rührer (10),
• - im Nitrifikationsbecken (5) ist eine Belüftungseinrichtung (12) angeordnet,
• - zwischen dem Nitrifikationsbecken (5) und dem P-Freisetzungsbecken (4) eine Tauchwand (11) so angeordnet, daß enthaltene schwimmfähige Aufwuchsträger von unten in das P-Freisetzungsbecken (4) eingetragen und oben wieder ausgetragen werden können.

2. Verfahren zur biologischen Phosphor- und Stickstoffeliminierung aus Abwasser mit folgenden Merkmalen:

• - von Grobstoffen befreites Abwasser wird kontinuierlich einem ersten Denitrifikationsbecken (3) und einem anaeroben P- Freisetzungsbecken (4) zugeführt,
• - zeitweilig werden Teilströme des zu behandelnden Abwassers einem Speicherbecken (2) sowie einem Beckenteil (6.2) eines zweiten zweigeteilten Denitrifikationsbeckens (6) zugeleitet,
• - der aus einem Nachklärbecken (8) rückgeführte Belebtschlamm wird kontinuierlich dem ersten Denitrifikationsbecken (3) und Teilströme davon werden diskontinuierlich dem Speicherbecken (2) und einem Nitrifikationsbecken (5) zugepumpt,
• - das Medium aus dem ersten Denitrifikationsbecken (3) wird in das anaerobe P-Freisetzungsbecken (4) eingeleitet,
• - das Medium aus dem anaeroben P-Freisetzungsbecken (4) durchströmt anschließend das Nitrifikationsbecken (5),
• - zeitweilig wird Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken (8) über den Schlammvoreindicker (9) dem Nitrifikationsbecken (5) zugeführt,
• - das Abwasser-Schlamm-Gemisch aus dem Speicherbecken (2) wird zu belastungsschwachen Tageszeiten dem ersten Denitrifikationsbecken (3) zugeführt,
• - das im Nitrifikationsbecken (5) behandelte Medium wird in den ersten Beckenteil (6.1) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) eingeleitet,
• - das Medium aus dem ersten Beckenteil (6.1) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) wird über ein Zwischenbelüftungsbecken (7) in das Nachklärbecken (8) und eine Teilmenge bei Nichteinhaltung vorgegebener Konzentrationswerte in den zweiten Beckenteil (6.2) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) gefördert,
• - dem zweiten Beckenteil (6.2) des zweiten Denitrifikationsbeckens (6) wird bei erhöhten Nitratkonzentrationen frisches Abwasser zugeführt,
• - das Medium wird in Abhängigkeit vom Reinheitsgrad des Abwassers aus dem zweiten Beckenteil (6.2) in das erste Denitrifikationsbecken (3) und/oder in das Nitrifikationsbecken (5) eingeleitet,
• - die Medien der Denitrifikationsbecken (3, 6), des P-Freisetzungsbeckens (4) und des Speicherbeckens (2) werden durch langsamlaufende Rührer (10) vermischt,
• - im ersten Denitrifikationsbecken (3), dem P-Freisetzungsbecken (4) und dem Nitrifikationsbecken (5) sind schwimmende, körnige Trägermaterialien für Mikroorganismen enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2 mit einem Schüttvolumenanteil an körnigen Trägermaterialien im Denitrifikationsbecken (3) und dem P-Freisetzungsbecken (4) von 20 bis 80 Vol% und im Nitrifikationsbecken (5) von 5 bis 30 Vol%.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 mit körnigen Trägermaterialien für Mikroorganismen mit einem Schüttvolumenanteil von 20 bis 80 Vol% im zweiten Denitrifikationsbecken (6).

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4 mit Trägermaterialien, die die Form von Hohlzylindern besitzen, die aus einem Gemisch aus polymeren Stoffen, Aktivkohle und Stärke bestehen, ein spezifisches Gewicht zwischen 0,4 und 0,98 g/cm³, eine Länge von 4 bis 10 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm, einen Innendurchmesser von 3 bis 7 mm besitzen und eine geriefte Oberfläche mit einer besiedelbaren Oberfläche von mehr als 900 m²/m³ Schüttvolumen aufweisen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5 mit einem Speicherbecken (2), welches 5 bis 15% der mittleren Tagesabwassermenge aufnimmt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 6, wobei das Speicherbecken (2) während der Tagesspitzenbelastung mit 85 Vol% Abwasser und 15 Vol% Rücklaufschlamm gefüllt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 7, wobei bei erhöhten P-Konzentrationen im Nitrifikationsbecken (5) und während belastungsschwacher Nachtstunden Schlamm aus dem Schlammvoreindicker (9) in das Nitrifikationsbecken (5) eingeleitet wird.