DE4204590A1 - Verfahren zur biologischen abwasserreinigung in einem belebungsbecken - Google Patents
Verfahren zur biologischen abwasserreinigung in einem belebungsbeckenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen
Abwasserreinigung in einem Belebungsbecken gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, daß Stickstoffverbindungen aus Wasser durch
Hintereinanderschaltung einer aeroben und einer anoxischen
Behandlungsstufe bei Gegenwart bestimmter Mikroorganismen
eliminiert werden können. Der im Abwasser vorhandene
Ammoniumstickstoff wird dabei in zwei Stufen durch
spezialisierte Mikroorganismengruppen, sogenannte
Nitrifikanten, oxidiert (Nitrifikation). Zur ersten Gruppe
dieser Nitrifikanten gehört z. B. die Bakteriengattung
Nitrosomonas, die das Ammonium zu Nitrit oxidiert; der
zweiten Gruppe gehören z. B. die Nitrobacter an, die das
Nitrit zu Nitrat weiteroxidieren. Die Nitrifikanten
benötigen für ihre Tätigkeit Sauerstoff, d. h. sie brauchen
aerobe Bedingungen.
Andererseits ist ein großer Teil von Bakterien in der Lage,
bei Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff, also bei anoxischen
Bedingungen, von Sauerstoffatmung auf Nitratatmung
überzugehen. So reduzieren unter anoxischen Bedingungen
gehaltene Bakterien bei Anwesenheit von Kohlenstoff das
Nitrat zu elementarem Stickstoff, der einfach an die
Atmosphäre abgegeben wird (Denitrifikation). Durch
Kombination einer aeroben mit einer anoxischen
Behandlungsstufe können also Stickstoffverbindungen aus dem
Abwasser entfernt werden.
Dieser bekannten Methode, Stickstoff aus Abwasser auf
biologischem Wege zu entfernen, liegt eine ungünstige
Verkettung von unterschiedlichen Milieuanforderungen
zugrunde, um die unterschiedlichen Bakteriengruppen wirksam
werden zu lassen. Die Denitrifikation bedingt eine vorherige
Nitrifikation und eine hohe Belastung mit organischen
Kohlenstoffverbindungen. Die Nitrifikation ist aber nur nach
oder gleichzeitig mit einem Kohlenstoffabbau möglich.
Bekannte Reinigungsverfahren sehen eine simultane
Denitrifikation, bei der sauerstoffhaltige Zonen
(Nitrifikation) und anoxische Zonen (Denitrifikation)
räumlich und zeitlich ohne feste Trennung im Belebungsbecken
abwechseln, und intermittierende Denitrifikation vor, bei
der Nitrifikation und Denitrifikation in einem Becken
zeitlich abwechseln. Bei einem Verfahren der letztgenannten
Art ist es auch bekannt, den Abwasserzulauf zum
Belebungsbecken schubweise in Abhängigkeit von der
Sauerstoffkonzentration im Belebungsbecken zu steuern (DE-OS
35 08 126) bzw. auch die Belüftung des Belebungsbeckens in
Abhängigkeit vom Abwasserzulauf zum Becken in Abhängigkeit
des Nitratgehaltes im Becken zu regeln (DE-OS 37 10 325). Um
den Abwasserzulauf schubweise steuern zu können, sind bei
diesen bekannten Verfahren dem Belebungsbecken ein Sandfang
bzw. ein Vorklärbecken vorgeschaltet; diese dienen jedoch
nur als Zwischenbecken, in denen keine biochemischen
Reaktionen stattfinden. Die Zufuhr des Abwassers aus diesem
Becken zum Belebungsbecken erfolgt durch einfachen Überlauf
über ein entsprechend gesteuertes Wehr.
Es ist weiterhin bekannt, einem Belebungsbecken ein
Denitrifikationsbecken vorzuschalten, in dem zufließendes
Abwasser, Rücklaufschlamm und nitrathaltiger belebter
Schlamm ohne Sauerstoffeintrag nur gemischt werden, so daß
der belebte Schlamm bei anoxischen Bedingungen in Schwebe
gehalten wird. In dem "ATV Regelwerk Abwasser - Abfall",
Arbeitsblatt A 131, Februar 1991 ist bei vorgeschalteter
Denitrifikation als Richtwert für die Bemessung des
Denitrifikationsbeckens ein Volumen von mindestens 20 bis
50 % des Belebungsbeckens angegeben.
Bei der biologischen Abwasserreinigung besteht neben dem
Problem, den unterschiedlichen Mikroorganismen jeweils
optimale Bedingungen zu schaffen und diese in einen
technisch beherrschbaren Zusammenhang zu bringen, das
weitere Problem, die baulichen Aufwendungen für solche
Kläranlagen gering zu halten, um nicht nur den Platzbedarf,
sondern auch die Investitions- und Betriebskosten zu senken.
Bei kleinen Kläranlagen besteht regelmäßig das Problem, die
Zuflußmenge und die Reinigungsleistung einigermaßen in
Übereinstimmung zu bringen. In dem "ATV Regelwerk Abwasser
- Abfall", Arbeitsblatt 126 sind bei Anschlußwerten zwischen
500 und 10 000 EW folgende Einleitwerte gefordert: CSB
120 mg/l, BSB 80 mg/l und NH4-N 10 mg/l. In der Praxis
wird somit bei solchen kleinen Kläranlagen nur die
Elimination von Kohlenstoff betrieben. Die weitergehende
Elimination von Stickstoff und Phosphat gilt nur für große
Anlagen über etwa 10 000 EW.
Da die Nitrifikanten nur dann wachsen, wenn sie nicht durch
andere Bakterien verdrängt werden, muß bei simultaner
Denitrifikation-Nitrifikation die Kohlenstoffbelastung in
das Becken gering gehalten werden. Das bedeutet, daß die
Beckenvolumina entsprechend groß zu wählen sind. Wird
dagegen die Denitrifikationsstufe vorgeschaltet, muß das
Abwasser nach der Nitrifikationsstufe wieder in das
vorgeschaltete Denitrifikationsbecken gepumpt werden. Will
man eine 80%ige Stickstoffelimination erreichen, dann muß
nach ATV A 131 das Rückführverhältnis 400% des
einfließenden Abwassers betragen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, vor allem bei kleinen Kläranlagen eine
vollbiologische Reinigung mit weitestgehender
Kohlenstoff- und Stickstoffelimination bei vermindertem
Raum- und Energiebedarf und verbesserter Schlammqualität zu
erreichen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß in
einem vorgeschalteten Kontaktbecken mit geringerem Volumen
und geringerer Aufenthaltszeit des Abwassers als üblich eine
teilweise Denitrifikation erfolgt und daß das so biologisch
vorgereinigte Abwasser danach unter Einsatz hoher
Scherkräfte intermittierend in das Belebungsbecken gefördert
wird. Im Belebungsbecken können durch die intermittierende
Beschickung und Belüftung, deren Intervalle aufeinander
abzustimmen sind, der Kohlenstoff- und Stickstoffabbau
optimiert werden.
Vor allem durch die geringe Aufenthaltszeit im Kontaktbecken
werden die Bakterien in einen Streßzustand versetzt, der
dazu führt, daß die Stickstoff- und Kohlenstoffelimination
schneller vonstatten geht. Die Aufenthaltszeit im
Kontaktbecken ist seinem Volumen direkt proportional. Die
Mindestaufenthaltszeit von ca. 3% des Beckenvolumens ist
notwendig, um die Denitrifikation zu ermöglichen; sie
braucht aber nicht größer zu sein als 10% des Volumens des
nachgeschalteten Beckens.
Durch die intermittierende Zugabe des so biologisch
vorgereinigten Abwassers sind im Belebungsbecken
unterschiedliche Konzentrationen vorhanden; schon diese
führen dazu, daß die Bakterien in einen weiteren
Streßzustand versetzt werden, so daß hierdurch auch die
Eliminationsleistung im Belebungsbecken erhöht wird. Die
intermittierende Beschickung des Belebungsbeckens sollte in
einem kurzen Zeitraum, vornehmlich maximal fünf Minuten,
abgeschlossen sein. So entstehen bei der Beschickung z. B.
durch Pumpen hohe Scherkräfte mit der Folge, daß die zuvor
im Kontaktbecken gebildeten Bakterienflocken im Scherfeld
zerschlagen werden. Durch diesen mechanischen Streß entsteht
einerseits eine größere wirksame Oberfläche der Bakterien,
da die Flocken kleiner werden, andererseits werden verstärkt
Exopolymere ausgeschieden, wodurch die Biosorption erhöht
wird. Im Belebungsbecken bilden sich dann wieder größere
Bakterienflocken mit der Folge, daß der Bakterienschlamm
sich in der Nachklärung besser absetzt. Durch diese
Prozeßführung wird auch die Bildung von Blähschlamm
unterdrückt.
Nach der Erfindung kann das Belebungsbecken kleiner gehalten
werden, da durch die vorgeschaltete Denitrifikationsstufe
auch schon Kohlenstoff abgebaut wurde. Zum anderen benötigt
man nur ein kleines Denitrifikationsbecken als
Kontaktbecken, weil in der anschließenden simultanen
Denitrifikations-Nitrifikations-Stufe der Rest an
Kohlenstoff und Stickstoff eliminiert wird. Darüber hinaus
reicht nach der Erfindung ein Rückführverhältnis von ca.
100% aus. Im Kontaktbecken werden auf diese Weise ca. 30%
des Nitrats abgebaut, der Rest im Belebungsbecken. Dadurch
wird das Gesamtvolumen geringer und werden die
Betriebskosten vermindert, vor allem durch Einsparung von
Betriebskosten für das Umpumpen des Rücklaufs.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
zwar neben dem Belebungsbecken ein zusätzliches
Kontaktbecken benötigt. Da dieses aber sehr viel kleiner ist
als ein übliches vorgeschaltetes Denitrifikationsbecken
(sein Volumen beträgt weniger als 20%, vorzugsweise etwa
zwischen 3 und 10% des Belebungsbeckens), hält sich der
Investitionsbedarf in Grenzen. So ermöglicht das
erfindungsgemäße Verfahren bei geringem zusätzlichem
Raumbedarf einen erhöhten Abbau organischen Kohlenstoffs,
eine vollständige Nitrifikation und Denitrifikation sowie
eine erhöhte Biosorption und eine verbesserte
Schlammqualität im Nachklärbecken.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, das
schematisch die einzelnen Aggregate einer biologischen
Abwasserreinigungsanlage gemäß der Erfindung zeigt.
Bei der in der Zeichnung schematisch dargestellten
Kläranlage erfolgt der Zulauf 1 kontinuierlich über eine
Rechenanlage 2 sowie einen Sandfang 3 zu einem
vorgeschalteten Kontaktbecken 4. Im Kontaktbecken 4 sind
Pumpen 5 für eine intermittierende Beschickung des
Belebungsbeckens 6 vorgesehen. Im Belebungsbecken 6 befinden
sich Einrichtungen 7 für einen Lufteintrag durch eine
Leitung 8. Das im Belebungsbecken 6 biologisch gereinigte
Abwasser gelangt dann in ein Nachklärbecken 9, in dem sich
der Schlamm absetzen und das gereinigte Abwasser über einen
Ablauf 10 ablaufen kann. Durch Pumpen 11 wird der Schlamm
abgepumpt; er gelangt entweder über eine Leitung 12 als
Rücklaufschlamm zur Nitratanreicherung in das Kontaktbecken
oder wird über eine Leitung 13 als Überschußschlamm
abgeführt.
Das Kontaktbecken 4 ist so ausgelegt, daß eine maximale
Aufenthaltszeit von etwa 30 Minuten gewährleistet ist. Dies
entspricht etwa einem Verhältnis des Volumens des
Kontaktbeckens 4 zu demjenigen des Belebungsbeckens 6 von
etwa 6 : 94. In dem Kontaktbecken 4 findet unter anoxischen
Bedingungen eine teilweise Denitrifikation statt. Das
notwendige Nitrat, das im Belebungsbecken 6 durch
Nitrifikanten gebildet wurde, gelangt mit dem
Rücklaufschlamm über die Leitung 12 in das Kontaktbecken 4.
Gleichzeitig fließt aus dem Sandfang 3 mechanisch
vorgereinigtes Abwasser zu, so daß eine ausreichende
Kohlenstoffversorgung gewährleistet ist.
Das so biologisch vorgereinigte Abwasser wird über die
Pumpen 5 zyklisch in das Belebungsbecken 6 gefördert. Diese
zyklische Beschickung soll in einem sehr kurzen Zeitraum,
maximal fünf Minuten, abgeschlossen sein. Hierdurch sowie
unter Erzeugung eines hohen Scherfeldes, wodurch die
Bakterienflocken zerschlagen werden, geraten die Bakterien
in einen Streßzustand, in dem sie bevorzugt Exopolymere
bilden, an denen sich die Bakterien wieder anlagern können
und so zu neuen Bakterienflocken werden. Durch diesen
mechanischen Streß entsteht einerseits eine größere
Oberfläche, da die Flocken kleiner werden. Durch die
streßbedingt verstärkte Bildung von Exopolymeren bilden sich
im Belegungsbecken wieder größere Bakterienflocken mit der
Folge einer raschen Prozeßführung und einer Verbesserung der
Schlammqualität, insbesondere stärkerer Neigung zur
Sedimentation und zu einem geringen Schlammvolumenindex.
Die weitere Denitrifikation im Belebungsbecken kann in an
sich bekannter Weise durch Ein- und Ausschalten der
Belüftung durchgeführt werden. Die zyklischen Intervalle der
Belüftung sollten an diejenigen der Beschickung angepaßt
sein. Die Belüftungszeit sollte wie die anoxische Phase auch
etwa 20 Minuten pro Stunde betragen. In der anoxischen Phase
wird die Durchmischung entweder durch das Pumpen des
Rücklaufschlammes oder durch den zusätzlichen Einbau eines
Rührwerkes gewährleistet.
Claims (5)
1. Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung in einem
Belebungsbecken nach dem Belebtschlammverfahren mit
Kohlenstoffabbau und intermittierender Denitrifikation sowie
intermittierender Zufuhr von Abwasser zum Belebungsbecken,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Belebungsbecken (6)
vorgeschalteten, kontinuierlich durch mechanisch
vorgereinigtes Abwasser beschickten Kontaktbecken (4),
dessen Volumen kleiner ist als 20 % des Volumens des
Belebungsbeckens (6), unter anoxischen Bedingungen und
Rückführung nitratreichen Wassers bzw. Schlammes eine
teilweise Denitrifikation des Abwassers erfolgt und daß das
so vorbehandelte Abwasser unter Einsatz hoher Scherkräfte,
z. B. hoher Pumpgeschwindigkeit, in das Belebungsbecken (6)
gefördert wird, in dem der Kohlenstoffabbau und die
Nitrifikation/Denitrifikation erfolgen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Belebungsbecken intermittierend belüftet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Belüftungszeiten größer sind als 10 Minuten pro Stunde.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Belüftungszeiten etwa 20 Minuten pro Stunde betragen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Intervalle der Belüftungszeiten an
diejenigen der Beschickung angepaßt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4204590A DE4204590C2 (de) | 1992-02-15 | 1992-02-15 | Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung in einem Belebungsbecken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4204590A DE4204590C2 (de) | 1992-02-15 | 1992-02-15 | Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung in einem Belebungsbecken |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4204590A1 true DE4204590A1 (de) | 1993-08-19 |
DE4204590C2 DE4204590C2 (de) | 1995-05-04 |
Family
ID=6451819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4204590A Expired - Fee Related DE4204590C2 (de) | 1992-02-15 | 1992-02-15 | Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung in einem Belebungsbecken |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4204590C2 (de) |
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
WO2000032522A1 (en) * | 1998-11-27 | 2000-06-08 | Agency For Technology And Standards | Biological treating apparatus for tannery waste water and for reduction of its sludge |
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-
1992
- 1992-02-15 DE DE4204590A patent/DE4204590C2/de not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE4204590C2 (de) | 1995-05-04 |
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