DE4221867A1 - Biological treatment of waste water - using excess sludge as carbon source after processing by cell wall disintegration - Google Patents

Biological treatment of waste water - using excess sludge as carbon source after processing by cell wall disintegration

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Abstract

In a plant and process for the biological purification of waste water, esp. elimination of N, the activated sludge withdrawn as excess sludge is processed to an internally available source of C and metered into the denitrification tanks for the redn. of nitrate. The activated sludge is processed by cell wall disintegration, esp. mechanically by stirring in a stirred ball mill, in a high pressure homogeniser, or in an electro-acoustic appts., or chemically by addn. of acids, alkalis or enzymes. The degree of cell disintegration is adjusted to the need for electron donors in the denitrification zone. The whole of the treated excess sludge is fed at once to the denitrification zone, or it is fed to a concentrator, esp. a gravity or centrifugal separator or a cross-flow membrane separator. ADVANTAGE - The process solves the problems of inadequate N elimination at certain times of the day, and of dealing with the activated sludge.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der biologischen Denitrifikation durch Verwendung einer inter­ nen Kohlenstoffquelle. Die Kohlenstoffquelle ist der aus technischen Gründen zu entfernende Überschußschlamm.The invention relates to a method for controlling the biological denitrification using an inter a carbon source. The carbon source is the one from excess sludge to be removed for technical reasons.

Die biologische Abwasserreinigung setzt sich aus einem als Bioreaktor - Belebungsbecken, Festbettreaktor oder daraus entwickelten Mischformen (siehe Kunz, P.: Behandlung von Abwasser, 3. Auflage, Vogel-Verlag, Würzburg 1992) - und einem auf den Schlamm als Konzentrator wirkenden Phasen­ trenner zusammen. Neben den über den Zulauf eingetragenen Feststoffen wird im Bioreaktor durch das Wachstum der Mi­ kroorganismen, die die Abwasserinhaltsstoffe als Nährstof­ fe verstoffwechseln, Feststoff gebildet. Diese Feststoffe werden im Phasentrenner von der flüssigen Phase in Form von Schlamm mit Konzentrationen um 0,6 bis 1%; abgetrennt und aufkonzentriert.The biological wastewater treatment consists of an as Bioreactor - aeration tank, fixed bed reactor or from it developed mixed forms (see Kunz, P .: treatment of Abwasser, 3rd edition, Vogel-Verlag, Würzburg 1992) - and a phase acting on the sludge as a concentrator separators together. In addition to those entered via the inflow Solids is removed in the bioreactor by the growth of Mi microorganisms that use the wastewater ingredients as a nutrient Fe metabolize, solid formed. These solids are in the phase separator from the liquid phase in the form of sludge with concentrations around 0.6 to 1%; severed and concentrated.

Der Bioreaktor arbeitet optimal bei einer jeweils spezi­ fischen Biomassekonzentration von rund 0,3 bis 0,6%; in speziellen Reaktoren auch bis zu 3%. Da die Wachstumsrate der Mikroorganismen in submersen Bioreaktoren in der Regel kleiner ist als die Auswaschrate durch den Zufluß, muß permanent Biomasse in den Bioreaktor zurückgeführt werden. The bioreactor works optimally with one speci fish biomass concentration of around 0.3 to 0.6%; in special reactors up to 3%. Because the growth rate of microorganisms in submerged bioreactors usually is less than the wash-out rate by the inflow biomass is permanently returned to the bioreactor.  

Deshalb wird der abgetrennte Schlamm aus dem Phasentrenner zurückgeführt. In diesem Schlamm (über 99% Wasser) be­ finden sich aktive Biomasse, die für die Erhaltung der Stoffumsatzleistung benötigt wird, inerte anorganische Feststoffe und gebildete gelöste Reaktionsprodukte; insbe­ sondere von Bedeutung ist Nitrat.Therefore, the separated sludge from the phase separator returned. In this sludge (over 99% water) there are active biomass that are necessary for the conservation of Material turnover rate is required, inert inorganic Solids and formed dissolved reaction products; esp nitrate is of particular importance.

Infolge des Wachstums der Mikroorganismen und des Zuflus­ ses von Feststoffen würde die Feststoffkonzentration an­ steigen. Um dies einzuschränken, wird Überschußschlamm entsorgt. Dieser Überschußschlamm ist derzeit das große Problem, weil die landwirtschaftliche Verwertung infolge Verschärfung der Grenzwerte zur Aufbringung immer stärker zurückgeht, die anstehende TA Siedlungsabfall einen orga­ nischen Feststoffanteil unter 5% bei Deponierung vor­ schreiben wird und Verbrennungsanlagen in der benötigten kurzen Zeit nicht zu realisieren sein werden.As a result of the growth of microorganisms and the influx This would increase the solids concentration climb. To limit this, excess sludge is used disposed of. This excess sludge is currently the big one Problem because of agricultural recovery as a result Tightening of the application limits is becoming ever stronger declines, the upcoming TA municipal waste an orga African solid content below 5% when landfilling will write and incinerators in the needed will not be possible for a short time.

Angesichts der Eutrophierung der Gewässer müssen in Klär­ anlagen nicht nur die organische Substanz in Form von Koh­ lenwasserstoffen, sondern auch die anorganischen Nährstof­ fe wie Phosphor und Stickstoff entfernt werden. Die Stick­ stoff-Elimination, die im folgenden allein betrachtet wer­ den soll, erfolgt über eine Oxidation zum Nitrat in aero­ ben Bioreaktoren und über eine Reduktion des Nitrates zum molekularen Stickstoff in anaeroben Bioreaktoren. Die Re­ duktion des Nitrates, die als Denitrifikation bezeichnet wird, erfolgt in biologischen Kläranlagen dann, wenn Mi­ kroorganismen, die in der Lage sind, gebundenen Sauerstoff aus dem Nitrat anstelle gelösten Sauerstoffs zu verwerten, Nährstoffe angeboten bekommen.Given the eutrophication of the waters need to be clarified plants not only the organic substance in the form of Koh hydrogen, but also the inorganic nutrient Fe such as phosphorus and nitrogen are removed. The stick Substance elimination, which is considered in the following alone this is done by oxidation to nitrate in aero ben bioreactors and a reduction of the nitrate to molecular nitrogen in anaerobic bioreactors. The Re production of the nitrate, referred to as denitrification is carried out in biological sewage treatment plants when Mi microorganisms that are capable of binding oxygen from the nitrate instead of using dissolved oxygen, Get nutrients offered.

Derartige Nährstoffe sind die Abwasserinhaltsstoffe. Bio­ chemisch stellen sie Elektronendonatoren dar. Infolge der oben beschriebenen ohnehin ablaufenden Rückführung von Ni­ trat mit dem Rücklaufschlamm hat sich in vielen Kläranla­ gen die vorgeschaltete Denitrifikation durchgesetzt. Sie basiert - wie erwähnt - darauf, daß der Zulauf zur biolo­ gischen Abwasserbehandlung Elektronendonatoren enthält. Such nutrients are the wastewater ingredients. Organic chemically they are electron donors above-described recirculation of Ni occurred with the return sludge has in many sewage plants against the upstream denitrification. they is based - as mentioned - on the inflow to the biolo wastewater treatment contains electron donors.  

Dies ist in vielen Stunden des Tages der Fall, nicht je­ doch nachts und an Wochenenden, in Betriebsferien usw. in ausreichendem Maße. Deshalb zeigen die neuerdings infolge der Verbesserung der kontinuierlich arbeitenden Meßgeräte aufgezeichneten Meßwerte in vielen Abwasserreinigungsanla­ gen mangelnde Stickstoffeliminationsleistungen zu bestimm­ ten Tageszeiten.This is the case in many hours of the day, not ever but at night and on weekends, during company holidays etc. in sufficient measure. That is why they are showing recently the improvement of continuously working measuring devices Measured values recorded in many wastewater treatment plants against nitrogen deficiency performance times of the day.

Aufgabe der Erfindung ist es von daher, das zeitabhängige Denitrifikationsproblem zu lösen. Ein weiteres Problem in Kläranlagen stellt der Klärschlamm dar.The object of the invention is therefore the time-dependent To solve denitrification problem. Another problem in Sewage treatment plants are sewage sludge.

Der Klärschlamm setzt sich aus den beiden Fraktionen: Pri­ mär- und Sekundärschlamm zusammen: Der Primärschlamm wird vor einer biologischen Behandlung des Abwassers abgezogen, der Sekundärschlamm entspricht seiner Konsistenz dem Rück­ laufschlamm; er wurde weiter oben als Überschußschlamm be­ zeichnet. In der konventionellen Klärschlammbehandlung werden Primär- und Sekundärschlamm miteinander vermischt; man bezeichnet diese Form als Rohschlamm. Dieser Roh­ schlamm muß entsorgt werden.The sewage sludge is made up of the two fractions: Pri Marl and secondary sludge together: The primary sludge is subtracted before biological treatment of the wastewater, the secondary sludge corresponds to the consistency of the back running mud; it was used above as excess sludge draws. In conventional sewage sludge treatment primary and secondary sludge are mixed together; this form is called raw sludge. That raw sludge must be disposed of.

Die klassische Literatur auf dem Gebiet des Klärschlammes weist aus, daß rund zwei Drittel der Trockensubstanz im Rohschlamm noch organischer Natur, also oxidierbar, sind. Ein Teil der organischen Substanz liegt in Form von Mikro­ organismen gebunden in deren Zellhüllen als auch im Cyto­ plasma vor, ein anderer in gröberer partikulärer Form (Fä­ kalien, Speisereste und dergleichen). Dies hängt damit zu­ sammen, daß in Sedimentern nur Substanzen abgeschieden werden können, die einen Dichte- und Größenunterschied zu Wasser aufweisen.The classic literature in the field of sewage sludge shows that around two thirds of the dry matter in Raw sludge is still organic in nature, i.e. it can be oxidized. Part of the organic substance is in the form of micro organisms bound in their cell shells as well as in the cyto plasma before, another in coarser particulate form (Fä kalien, leftovers and the like). This depends on it together that only substances are deposited in sediments that can be a difference in density and size Have water.

Der Rohschlamm muß weiterbehandelt werden: Einerseits muß er stabilisiert werden, um Gerüche und unkontrollierten Stoffwechsel zu unterbinden, andererseits muß er aus wirt­ schaftlichen Gründen entwässert werden, bevor er verbrannt wird, bzw. aus ablagerungstechnischen Gründen, damit er deponiert werden kann. Die Deponieanforderung wird zukünf­ tig neben der Scherfestigkeit auch eine Begrenzung des or­ ganischen Anteils auf 5% beinhalten. The raw sludge has to be treated further: On the one hand it has to he stabilized to smells and uncontrolled To prevent metabolism, on the other hand, it must be economized for economic reasons before being burned is, or for reasons of deposit technology, so that he can be deposited. The landfill request will be in the future In addition to the shear strength, a limitation of the or ganic share to 5%.  

Bekannt sind die aerobe und anaerobe Stabilisierung des Rohschlammes in aerob-thermophilen Reaktoren durch Zufuhr von Sauerstoff bzw. völlig abgeschlossenen Faulbehältern, in denen mikrobiell aus den organischen Substanzen Methan und CO2 produziert wird. Wie bereits in der OS-DE 40 30 668 A1 vom Verfasser dargelegt, gehen die nicht bereits geschädigten, unter aerob/anaeroben Bedingungen in der Abwasserbehandlungsanlage produzierten Mikroorganismen in den Faulbehältern nicht in Lyse. Deshalb steht das zell­ gebundene Wasser und die intrazelluläre Zellsubstanz so­ wie die Zellwandsubstanz einem mikrobiellen Stoffumsatz nicht zur Verfügung. Neben der bereits angesprochenen OS-DE 40 30 668 A1, in der der Zellaufschluß durch Desinte­ gratoren mit dem Ziel der Klärschlamm-Masse-Minimierung über anaerobe Prozesse vorgestellt wird, beschreibt die Patentschrift DE 38 36 906 C2 die Masse-Minimierung über die freigesetzten Enzyme aus den aufgemahlenen Zellen. Die Firma RÖHM, Darmstadt bietet für den gleichen Zweck bereits seit einigen Jahren Enzyme an. Weiterhin be­ schreibt die OS-DE 39 19 176 A1 die Zudosierung von Lauge zum Desintegrationsschritt, um den Schlamm für die an­ aerobe Faulung der organischen Substanz alkalisch zu stellen. Allen beschriebenen Schriften geht ein Prozeß der Zellwandzerstörung voraus, wie er in der Biotechnolo­ gie bei der Aufarbeitung von intrazellulären Produkten schon seit einigen Jahrzehnten angewendet wird.The aerobic and anaerobic stabilization of the raw sludge in aerobic thermophilic reactors by supplying oxygen or completely closed digesters, in which methane and CO 2 are produced from the organic substances, are known. As already explained by the author in OS-DE 40 30 668 A1, the microorganisms in the digestion tanks which have not already been damaged and are produced under aerobic / anaerobic conditions in the wastewater treatment plant do not go into lysis. Therefore, the cell-bound water and the intracellular cell substance, like the cell wall substance, are not available for microbial metabolism. In addition to the already mentioned OS-DE 40 30 668 A1, in which the cell disruption by disintegrators is presented with the aim of minimizing sewage sludge mass via anaerobic processes, the patent specification DE 38 36 906 C2 describes the mass minimization via the released enzymes from the ground cells. The RÖHM company, Darmstadt, has been offering enzymes for the same purpose for several years. Furthermore, OS-DE 39 19 176 A1 describes the addition of lye to the disintegration step in order to make the sludge alkaline for the aerobic digestion of the organic substance. All of the documents described are preceded by a process of cell wall destruction, as has been used in biotechnology for processing intracellular products for several decades.

In Erweiterung dieser Kenntnisse gibt sich das erfin­ dungsgemäße Verfahren nicht damit zufrieden, die Mikroor­ ganismenzellen im Klarschlamm nur irgendwie aufzuschließen - ein technisch-wirtschaftlicher Aufschlußgrad liegt ohnehin nur bei etwa 80% der Zellen - und die aufge­ schlossenen Zellen mehr oder weniger gut zu mineralisie­ ren - 60% Stoffumsatz sind in eigenen Versuchen bisher erst nachgewiesen. Vielmehr geht es darum, das Klar­ schlamm-Problem insgesamt zu lösen. Die Erweiterung der oben genannten Verfahren im Hinblick auf eine technische Nutzung setzt überhaupt voraus, daß die mit dem Zellwas­ ser freigesetzten Verbindungen und die Zellwände voll­ ständig sowie die nicht aufgeschlossenen Zellen ebenfalls mineralisiert werden und der Verbleib der Stickstoff- und Phosphor-Verbindungen geklärt wird. This is invented by expanding this knowledge The method according to the invention is not satisfied with the Mikroor to somehow unlock ganism cells in the clear sludge - there is a technical-economic degree of digestion anyway only in about 80% of the cells - and the up closed cells more or less well to mineralize ren - 60% material turnover has so far been in our own experiments only proven. Rather, it is about the clear solve mud problem overall. The extension of the above-mentioned procedures with regard to a technical Use presupposes that the cell was This released connections and the cell walls full constantly as well as the undigested cells as well be mineralized and the whereabouts of nitrogen and Phosphorus compounds is clarified.  

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Probleme bei der Denitrifikation, das Klärschlammproblem und das Pro­ blem der aus dem Klärschlamm freigesetzten Stoffe gemein­ sam elegant zu lösen.The object of the invention is therefore to solve the problems denitrification, the sewage sludge problem and the pro Common to the substances released from the sewage sludge sam to solve elegantly.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Sekundär- oder Überschußschlamm einer Zellwand-Aufschluß­ behandlung so unterzogen wird, daß der Bedarf an durch Nitrat mikrobiell zu oxidierende Verbindungen im Abwasser leicht höher ist als das in der Nitrifikationsstufe pro­ duzierte Nitrat. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird damit das bekannte Verfahren der Denitrifikation auch von der Seite des Kohlenstoff-Angebotes steuerbar und von den Zuflüssen unabhängig, ohne externe Kohlen­ stoff-Quellen einsetzen zu müssen.According to the invention the object is achieved in that the Secondary or excess sludge from a cell wall digestion treatment is subjected so that the need for through Nitrate compounds to be oxidized in wastewater is slightly higher than that in the nitrification level pro induced nitrate. By the method according to the invention it becomes the well-known method of denitrification also controllable from the carbon supply side and independent of the inflows, without external coal to have to use material sources.

Im Extremfall kann durch permanente Kreislaufführung des Schlammes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der gesam­ te biologisch abbaubare, organische Kohlenstoff des Ab­ wassers in die Gasphase überführt werden. Da auch der Stickstoff über die Denitrifikation in molekularen Stick­ stoff überführt wird, entweicht auch er in die Gasphase, so daß neben den Spurenelementen, Silikaten und Schwerme­ tallen alle Komponenten, die einen Klärschlamm verursa­ chen, über die Gasphase eliminiert werden können.In extreme cases, the permanent circulation of the Sludge according to the inventive method of the total te biodegradable, organic carbon from Ab water into the gas phase. Since that too Nitrogen via denitrification in molecular stick material is transferred, it also escapes into the gas phase, so that in addition to the trace elements, silicates and heavy metals all components that cause sewage sludge The gas phase can be eliminated.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß in Abhängigkeit der Intensität der Zellwand-Auf­ schlußmaßnahmen mehr oder weniger organische Substanz freigesetzt wird. Aus einem Rohschlamm lassen sich gemäß eigener Versuche je 1% Trockensubstanz bei Mahlkugeln von ca. 0,8 mm Durchmesser, die klein genug sind, um Zellen wirkungsvoll aufzumahlen, aber groß genug, um Blockierun­ gen im Mahlraum weitgehend auszuschließen, und somit eine technisch sinnvolle Grenze darstellen, je nach Mahldauer zwischen einer und fünf Minuten jeweils zwischen 100 und 500 Milligramm CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) aus den Zellen freisetzen. The method according to the invention is based on the knowledge that that depending on the intensity of the cell wall-on final measures more or less organic matter is released. According to, from a raw sludge own experiments each 1% dry matter with grinding balls of about 0.8 mm in diameter, which are small enough to hold cells effective to grind, but large enough to block conditions in the grinding room to a large extent, and thus a represent a technically reasonable limit, depending on the grinding time between one and five minutes between 100 and 500 milligrams of COD (chemical oxygen demand) from the Release cells.  

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dahingehend optimiert, daß über eine Messung der Konzentrationen an oxidierbaren Verbindungen im Zulauf zur Abwasserreinigungsanlage oder über eine Messung an Nitrat, respektive des Redoxpoten­ tials im Ablauf der Denitrifikationsstufe und über eine Messung des gebildeten Nitrats im Ablauf der Nitrifika­ tionsstufe die für eine wirkungsvolle Denitrifikation be­ nötigte Menge an oxidierbaren Verbindungen ermittelt und über die Intensität des Zellaufschlusses bzw. des Auf­ schlusses von Bestandteilen des Primärschlammes eine ent­ sprechende Menge an oxidierbaren Verbindungen in die De­ nitrifikation zudosiert wird. Dadurch wird ein Maximum an Nitrat in die Gasphase umgesetzt und unmittelbar ein Teil des Kohlenstoffs. Der Rest des Kohlenstoffs (unter 50%) wird allerdings zu Biomasse aufgebaut. Diese wird wiede­ rum im Zuge der Schlammbehandlung aufgeschlossen, so daß sie erneut als Kohlenstoffquelle zur Verfügung steht, bis zur vollständigen Oxidation.The method according to the invention is optimized in that that by measuring the concentrations of oxidizable Connections in the inlet to the wastewater treatment plant or about a measurement of nitrate or the redox potential tials in the course of the denitrification stage and via a Measurement of the nitrate formed in the course of the nitrification level for effective denitrification required amount of oxidizable compounds determined and about the intensity of cell disruption or opening conclusion of components of the primary sludge speaking amount of oxidizable compounds in the De nitrification is added. This will maximize Nitrate converted into the gas phase and immediately a part of carbon. The rest of the carbon (under 50%) However, it is built into biomass. This will be again opened up in the course of sludge treatment, so that again as a carbon source until for complete oxidation.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auch vor, daß der gesamte aufbereitete Klärschlamm in die Abwasserreini­ gungsanlage gegeben wird - fallweise nachdem der Primär­ schlamm separat vom Sekundärschlamm nach den in den An­ sprüchen beschriebenen Verfahren aufbereitet wurde, um die gesamte organische Substanz bis auf die im Ablauf to­ lerierbaren Restgehalte in die Gasphase umzusetzen, um das Klärschlammproblem gar nicht erst entstehen zu las­ sen. Gegenüber den bekannten aeroben Stabilisierungsver­ fahren, die dasselbe Ziel verfolgen, stellt diese Verfah­ rensweise eine Kostenminimierung dar, da die Reaktoren nicht auf Abwasserverweilzeiten von Tagen sondern nur auf Stunden bemessen werden müssen und die Energie zur Oxida­ tion der Abwasserinhaltsstoffe für den entsprechenden Kohlenstoffanteil und nicht für die Autoxidation (Selbst­ verbrennung) der Mikroorganismen gebraucht wird. Die ver­ bleibenden anorganischen Abwasserinhaltsstoffe, die sich bislang im Klärschlamm in Verbindung mit den organischen Komponenten angereichert haben, werden nun immer wieder in die Lösung freigesetzt. The inventive method also provides that the all treated sewage sludge in the wastewater treatment plant is given - occasionally after the primary sludge separately from the secondary sludge according to the in processes described was prepared to the entire organic substance except for the to convertible residual contents into the gas phase in order to not reading the sewage sludge problem in the first place sen. Compared to the known aerobic stabilization ver driving that pursue the same goal, this procedure is a cost minimization because the reactors not on wastewater retention times of days but only on Hours need to be measured and the energy to the oxide tion of the wastewater ingredients for the corresponding Carbon content and not for autoxidation (self combustion) of the microorganisms. The ver permanent inorganic wastewater constituents so far in sewage sludge in connection with organic Components have been enriched again and again released into the solution.  

Kläranlagen dürfen in einem begrenzten Umfang organische und anorganische Komponenten in die Gewässer ableiten. Dieser Anteil soll durchaus als stoffliche Senke genutzt werden. Der darüber hinausgehende Anteil kann in dem er­ findungsgemäßen Verfahren als anorganischer Schlamm in einem nachgeschalteten Filter aus dem gereinigten Abwas­ ser eliminiert werden. Bei Überschreitung des Phosphat­ grenzwertes kann darüberhinaus das von D. Donnert/S.H. Eberle (Die praktische Erprobung und Optimierung des Ak­ tivtonerde-Verfahrens zur Nachreinigung von Abwässern. Hoechst-Symposium Weitergehende Reinigung kommunaler Ab­ wässer insbesondere zur Phosphatelimination, Knapsack; 1982) vorgeschlagene Verfahren vor den Filter geschaltet werden.Wastewater treatment plants may be organic to a limited extent and drain inorganic components into the water. This proportion is said to be used as a material sink become. The portion beyond that can be in the inventive method as an inorganic sludge in a downstream filter from the cleaned waste water be eliminated. If the phosphate is exceeded limit values can also be used by D. Donnert / S.H. Eberle (The practical testing and optimization of the Ak tiv alumina process for the purification of waste water. Hoechst Symposium Further cleaning of municipal waste water especially for phosphate elimination, Knapsack; 1982) proposed method before the filter become.

Zur Erläuterung der Ansprüche ist noch auszuführen, daß die aus der Biotechnologie bekannten Zellaufschlußverfah­ ren zur Freisetzung intrazellulärer Verbindungen hier al­ le zum Einsatz kommen können und die Erfahrungen aus die­ sem Bereich übertragbar sind. Die Randbedingungen in Kläranlagen sind jedoch wesentlich günstiger, da ledig­ lich die Temperatur des Schlammes nicht über 55°C stei­ gen sollte, um die Bildung von schwer abbaubaren Crack­ produkten zu verhindern. Insbesondere sind in Abhängig­ keit der Zuflußbedingungen in die Kläranlage (zum Bei­ spiel, ob es sich um eher organische Abwässer oder anor­ ganische handelt) die bekannten Zellaufschlußanlagen mit­ einander zu kombinieren, um die Aufschlußintensität zu steigern. Kombinationen mit chemischen Verfahren mit dem Ziel, den osmotischen Druck in der Zelle zu verändern, können die gewünschten Effekte verstärken. Auch der Zu­ satz von Enzymen, wie zum Beispiel Lysozym oder Cellula­ sen, mit dem Ziel die Zellwände anzuknacken können Anwen­ dung finden; im Gegensatz zu allen bisher beschriebenen Verfahren dieses Einsatzes jedoch in einer immobilisier­ ten Form, um die Enzyme vom aufbereiteten Schlamm wieder abtrennen und wiederverwenden zu können.To explain the claims, it should also be stated that the cell disruption process known from biotechnology ren for the release of intracellular compounds here al le can be used and the experience from the are transferable in this area. The boundary conditions in However, wastewater treatment plants are much cheaper because they are single The temperature of the sludge does not exceed 55 ° C should prevent the formation of hard-to-decompose crack to prevent products. In particular are dependent inflow conditions into the sewage treatment plant (for game, whether it is more organic waste water or anor ganic deals) with the known cell disruption plants to combine each other to increase the digestion intensity increase. Combinations with chemical processes with the Aim to change the osmotic pressure in the cell can enhance the desired effects. The Zu too set of enzymes, such as lysozyme or cellula with the aim of cracking the cell walls find dung; in contrast to all previously described However, this use method in an immobilized form to recover the enzymes from the processed sludge to be able to separate and reuse.

Erfindungsgemäß kann der aufbereitete Schlamm auch kon­ zentriert werden, um ihn erneut einer Zellaufschlußanlage zuzuführen und den Aufschlußgrad zu verbessern. According to the processed sludge can also kon be centered around it again using a cell disruption facility to feed and improve the degree of digestion.  

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß überschüssige Anteile des Rohschlammes zunächst einer anaeroben Fermen­ tation zugeführt werden, um daraus ein größeres Faulgas­ potential im Vergleich ohne Zellaufschluß für die Ener­ gieversorgung der Kläranlage zu erzielen. Das Produkt aus der Faulung, der stabilisierte Schlamm, kann hernach im­ mer noch in die Abwasserreinigungsanlage gegeben werden: einerseits, um die noch nicht anaerob umgesetzten orga­ nischen Kohlenstoffverbindungen (ca. 10 bis 20% des Ein­ gangs-CSB) als Elektronendonatoren zu verwerten, anderer­ seits, um den Schlamm wie oben beschrieben vollständig umzusetzen.According to the invention, it is also provided that excess Portions of the raw sludge in an anaerobic ferment tation are fed to a larger fermentation gas potential in comparison without cell disruption for the Ener Achieving the wastewater treatment plant. The product out the digestion, the stabilized sludge, can subsequently still be put into the wastewater treatment plant: on the one hand, to the organization that has not yet been implemented anaerobically African carbon compounds (approx. 10 to 20% of the gangs-COD) as electron donors, others hand to completely complete the sludge as described above to implement.

Die erfindungsgemäßen Vorteile des Verfahrens und der da­ für eingesetzten Anlagenkomponenten bestehen im wesent­ lichen darin, daßThe advantages of the method and the invention essentially exist for plant components used lichen in that

  • - die Stickstoff-Eliminationsleistung der Abwasserreini­ gungsanlage verbessert wird, weil sämtliches Nitrat, das in die dafür vorgesehene Denitrifkationsstufe ein­ geleitet wird, rund um die Uhr ohne Zufuhr von externen Substraten, wie es in einigen Klärwerken geplant ist, realisiert werden kann, oder entsprechend dem verfügba­ ren Kohlenstoff aus Primär- und Sekundärschlamm die Ni­ tratreduktion maximiert wird, weil mehr Nitrat als ur­ sprünglich geplant in die Denitrifikationsstufe geführt werden kann,- The nitrogen elimination performance of the wastewater treatment system is improved because all nitrate, that into the designated denitrification stage is routed around the clock without supply from external Substrates, as is planned in some sewage treatment plants, can be realized, or according to the avail Ren carbon from primary and secondary sludge the Ni Pedal reduction is maximized because more nitrate than ur originally planned in the denitrification stage can be,
  • - die Klärschlamm-Menge extrem minimiert wird, weil der organische Kohlenstoff weitergehend als bei allen bis­ herigen Verfahren der Abwasserreinigung zu CO2 umge­ setzt wird, indem der Sekundärschlamm immer wieder auf­ bereitet und auch der Primärschlamm der Abwasserreini­ gung in einer dort verfügbarer Form zugegeben wird (kleinere Reaktoren sowohl im anaeroben Abbauschritt als auch im aeroben, im letzteren auch wesentlich weni­ ger O2-Zufuhr, weil die Mikroorganismen sich nicht mineralisieren).- The amount of sewage sludge is extremely minimized because the organic carbon is converted to CO 2 more extensively than in all previous wastewater treatment processes by repeatedly treating the secondary sludge and also adding the primary sludge to the wastewater treatment in an available form (Smaller reactors both in the anaerobic degradation step and in the aerobic, in the latter also significantly less O 2 supply because the microorganisms do not mineralize).

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert: In the following the invention in connection with the Drawings using exemplary embodiments tert:  

Fig. 1 zeigt schematisch eine Abwasserreinigungsanlage, in die Abwasser nach einer konventionellen Vorbe­ handlung (1) eingeleitet wird, mit Vorklärung (A) zum Primärschlammabzug (6), mit einer vorgeschal­ teten Denitrifikation (B), in die sowohl der ni­ trathaltige Rücklaufschlamm (10) als auch das ni­ trathaltige Kreislaufwasser (9) eingeleitet wird, neben dem CSB-haltigen Zulauf (2). Der aus dem Rücklaufschlamm abgezogene Überschuß- oder Sekun­ därschlamm genannte biologisch erzeugte Schlamm wird mit Primärschlamm angereichert in einen Sta­ pelbehälter (E) gegeben, in dem er eindickt und von wo er in die Aufschlußanlagen (G) abgezogen wird. Fallweise werden dem Rohschlamm in (E) Zu­ satzstoffe, wie in den Ansprüchen beschrieben aus den Vorlagen (F) über (11) zudosiert. Gegebenen­ falls wird der so behandelte Rohschlamm in einen Konzentrator (H) gegeben, der die flüssigere Pha­ se von der weniger flüssigeren trennt. Die flüs­ sigere Phase (8) wird erfindungsgemäß entspre­ chend des Bedarfs an oxidierbaren Verbindungen zur Reduktion des in der Nitrifikationsstufe (C) gebildeten Nitrates in die Denitrifikation einge­ leitet, die feststoffhaltigere Phase (14) wird einer weiteren Aufbereitung unterzogen, in dem sie in den Stapelbehälter (E) gegeben wird. Das in (B) und (C) produzierte CO2 entweicht in die Athmosphäre. Ähnlich ergeht es dem Stickstoff:
Die freigesetzten organischen Stickstoffverbin­ dungen werden in der Nitrifikationsstufe (C) oxi­ diert und über den Rücklaufschlamm bzw. das Kreislaufwasser der Denitrifikation (B) zuge­ führt, wo der Stickstoff die Anlage gasförmig verläßt. Das Abwasser verläßt nach der Phasent­ rennung in (D) über (5) die Kläranlage. Fig. 1 shows schematically a wastewater treatment plant, in which wastewater is introduced after a conventional pretreatment ( 1 ), with primary clarification (A) to the primary sludge discharge ( 6 ), with an upstream denitrification (B), in which both the nitrate-containing return sludge ( 10 ) and the nitrate-containing circulating water ( 9 ) is introduced, in addition to the COD-containing inlet ( 2 ). The excess sludge or excess sludge called organic sludge withdrawn from the return sludge is enriched with primary sludge in a stacking container (E), in which it thickens and from where it is withdrawn into the digestion plants (G). Occasionally, the raw sludge in (E) is added to additives as described in the claims from the templates (F) via ( 11 ). If necessary, the raw sludge treated in this way is placed in a concentrator (H) which separates the more liquid phase from the less liquid one. The liquid phase ( 8 ) is introduced according to the need for oxidizable compounds for reducing the nitrate formed in the nitrification stage (C) into the denitrification, the more solid phase ( 14 ) is subjected to a further treatment in which it is in the Stacking container (E) is given. The CO 2 produced in (B) and (C) escapes into the atmosphere. The situation is similar with nitrogen:
The released organic nitrogen compounds are oxidized in the nitrification stage (C) and fed via the return sludge or the circulating water to the denitrification (B), where the nitrogen leaves the system in gaseous form. The waste water leaves after the phase separation in (D) via ( 5 ) the sewage treatment plant.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der der gesamte aufbereitete Schlamm der Denitrifikationsstufe (B) zugeführt wird. Fig. 2 shows an embodiment in which all the processed sludge is fed to the denitrification stage (B).

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Primär­ schlamm separat in einer Schlammbehandlungsanlage (I) weiterbehandelt wird, während der Überschuß­ schlamm aufbereitet wird. Fig. 3 shows an embodiment in which the primary sludge is treated separately in a sludge treatment plant (I), while the excess sludge is processed.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der aufberei­ tete, im Konzentrator (H) eingedicktere Schlamm (14) in eine weitere Aufschlußanlage (J) gegeben wird, um den Aufschlußgrad zu erhöhen, bevor die so behandelte Phase wieder in den Stapelbehälter (E) gegeben wird. Fig. 4 shows an embodiment in which the processed, in the concentrator (H) thickened sludge ( 14 ) is placed in a further digestion system (J) in order to increase the degree of digestion before the phase treated in this way again in the stacking container (E ) is given.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der aufberei­ tete, im Konzentrator (H) eingedicktere Schlamm (14) aus der weiteren Aufschlußanlage (J) direkt (16) in den Zulauf (8) zur Denitrifikation gege­ ben wird. Fig. 5 shows an embodiment in which the processed, in the concentrator (H) thickened sludge ( 14 ) from the further digestion plant (J) directly ( 16 ) in the feed ( 8 ) for denitrification is given.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der lediglich über den Filter oder einen vergleichbaren Phasen­ trenner (K) im Ablauf der Kläranlage noch ein Reinigungs-Rückstand anfällt, der jedoch nicht mehr vergleichbar ist, mit dem konventionellen Klärschlamm. Das Abwasser verläßt dann über (18) die Kläranlage; der Reinigungsrückstand, der weitgehend anorganisch ist, wird über (17) zur Deponie abtransportiert. Fig. 6 shows an embodiment in which only a filtering residue is obtained in the effluent of the sewage plant only via the filter or a comparable phase separator (K), but this is no longer comparable with the conventional sewage sludge. The wastewater then leaves the treatment plant via ( 18 ); the cleaning residue, which is largely inorganic, is transported to the landfill via ( 17 ).

Die gezeigten Merkmale in den einzelnen Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar, wenn sie in das Gesamtziel hineinpassen. Die in den Figuren gezeigte Kläranlage mit nacheinander kombinierten Reaktoren und Phasentrennern kann beliebig auf mehrstufige Reinigungs­ verfahren erweitert sein, wie auch in einem oder mehreren Behältern in zeitlicher Abfolge ablaufen, um dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren zu entsprechen.The features shown in the individual embodiments are freely combinable with each other if they are in the Fit overall goal. The one shown in the figures Wastewater treatment plant with successively combined reactors and Phase separators can be used on multi-stage cleaning procedure, as in one or more Containers expire in chronological order to the invent to comply with the method according to the invention.

Claims (27)

1. Anlage und Verfahren zur biologischen Abwasserreini­ gung, insbesondere Stickstoffelimination, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der als Überschußschlamm entnommene Belebtschlamm zur intern verfügbaren Kohlenstoffquelle aufbereitet und gezielt zur Reduktion von Nitrat in ein Denitrifikationsbecken zudosiert wird.1. Plant and method for biological wastewater treatment, in particular nitrogen elimination, characterized in that the activated sludge removed as excess sludge is processed into an internally available carbon source and is metered in specifically for the reduction of nitrate in a denitrification tank. 2. Anlage und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufbereitung des Belebtschlammes durch Zellwandaufschluß erfolgt.2. Plant and method according to claim 1, characterized records that the treatment of the activated sludge by cell wall disruption. 3. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zellwandaufschluß mecha­ nisch über Rührwerkskugelmühlen erfolgt.3. Plant and method according to claims 1 and 2, since characterized in that the cell wall disruption mecha niche takes place over agitator ball mills. 4. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zellwandaufschluß mecha­ nisch über Hochdruckhomogenisatoren erfolgt. 4. Plant and method according to claims 1 and 2, because characterized in that the cell wall disruption mecha nically via high pressure homogenizers.   5. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zellwandaufschluß mecha­ nisch über elektroakustische Einrichtungen erfolgt.5. Plant and method according to claims 1 and 2, because characterized in that the cell wall disruption mecha nisch takes place via electro-acoustic devices. 6. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zellwandaufschluß che­ misch über Zudosierung von Säure erfolgt.6. Plant and method according to claims 1 and 2, since characterized in that the cell wall disruption che is mixed by metering in acid. 7. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zellwandaufschluß che­ misch über Zudosierung von Lauge erfolgt.7. Plant and method according to claims 1 and 2, since characterized in that the cell wall disruption che mixing is carried out by adding lye. 8. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zellwandaufschluß che­ misch über Zudosierung von Enzymen erfolgt.8. Plant and method according to claims 1 and 2, since characterized in that the cell wall disruption che is done by adding enzymes. 9. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Intensität des Zellauf­ schlusses in Abhängigkeit des Bedarfes an Elektronen­ donatoren in der Denitrifikationszone eingestellt wird.9. Plant and method according to claims 1 to 8, there characterized in that the intensity of the cell opening conclusion depending on the need for electrons donors set in the denitrification zone becomes. 10. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der gesamte aufbereitete Überschußschlamm unverzüglich in die Denitrifikations­ zone gegeben wird.10. Plant and method according to claims 1 to 9, there characterized by that the entire processed Excess sludge immediately in the denitrification zone is given. 11. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der aufbereitete Überschuß­ schlamm in einen Konzentrator gegeben wird.11. Plant and method according to claims 1 to 9, there characterized in that the processed excess is put into a concentrator. 12. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentra­ tor ein Schwerkraftabscheider ist.12. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 11, characterized in that the concentra gate is a gravity separator. 13. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentra­ tor ein Zentrifugalabscheider ist. 13. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 11, characterized in that the concentra is a centrifugal separator.   14. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentra­ tor eine Membrantrennanlage nach dem Querstromprinzip ist.14. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 11, characterized in that the concentra a membrane separation system based on the cross flow principle is. 15. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase mit der geringeren Dichte, respektive das Permeat in die Denitrifikationszone dosiert abgegeben wird.15. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 14, characterized in that the phase with the lower density, respectively the permeate in the Denitrification zone is metered. 16. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase mit der höheren Dichte, respektive das Konzentrat in die Zellwandaufschlußanlage zurückgegeben wird.16. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 14, characterized in that the phase with the higher density, respectively the concentrate in the Cell wall digestion system is returned. 17. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase mit der höheren Dichte, respektive das Konzentrat in eine separate Mineralisierungsanlage gegeben wird.17. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 14, characterized in that the phase with the higher density, or the concentrate into one separate mineralization plant is given. 18. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 14 sowie 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralisierungsanlage ein anaerober Reaktor ist.18. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 14 and 17, characterized in that the Mineralization plant is an anaerobic reactor. 19. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8 und 10 bis 15 sowie 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Phase mit der geringeren Dichte in die Mine­ ralisierungsanlage gegeben wird.19. Plant and method according to claims 1 to 8 and 10 to 15 and 17 and 18, characterized in that also the phase with the lower density in the mine installation is given. 20. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß vor die Zellwandaufschlußan­ lage eine Anlage mit immobilisierten Enzymen vorge­ schaltet wird.20. Plant and method according to claims 1 to 19, there characterized in that before the cell wall disruption at a plant with immobilized enzymes is switched. 21. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Überschußschlamm in zwei oder mehr der genannten Zellaufschlußanlagen aufberei­ tet wird. 21. Plant and method according to claims 1 to 19, there characterized in that the excess sludge in two or more of the cell digestion plants mentioned is tested.   22. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß der in Abscheidern vor der biologischen Abwasserbehandlung separierte Schlamm ebenfalls einer der genannten Aufschlußanlagen zuge­ führt und aufgeschlossen wird.22. Plant and method according to claims 1 to 21, because characterized in that in the separators before the biological wastewater treatment separated sludge also one of the mentioned digestion plants leads and is unlocked. 23. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß der aufzubereitende Schlamm in zwei oder mehr der genannten Aufschlußanlagen in Verfahrenskombination aufgeschlossen wird.23. Plant and method according to claims 1 to 22, there characterized in that the sludge to be treated in two or more of the named digestion plants in Process combination is unlocked. 24. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 23, da­ durch gekennzeichnet, daß das gereinigte Abwasser nach dem konventionellen Schwerkraftabscheider über einen Phasenseparator mit definierter Abscheideleistung ge­ führt wird.24. Plant and method according to claims 1 to 23, there characterized in that the cleaned wastewater after the conventional gravity separator via one Phase separator with defined separation performance leads. 25. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bedarf an Elektronendo­ natoren über eine kontinuierliche Stickstoff-Konzen­ trationsmessung im Zulauf zur Denitrifikationsstufe erfaßt wird.25. Plant and method according to claims 1 to 24, because characterized by that the need for electronendo nators over a continuous nitrogen concentration tration measurement in the feed to the denitrification stage is detected. 26. Anlage und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß die Masse an Nitrat für die gezielte Denitrifikation über eine CSB-Konzentrati­ onsmessung im aufbereiteten Schlamm festgelegt werden kann.26. Plant and method according to claims 1 to 24, there characterized in that the mass of nitrate for the targeted denitrification using a COD concentrate measurement in the processed sludge can. 27. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen oder mehrere Stapelbehälter, eine Einheit zur Vorbehandlung des gestapelten Überschußschlammes und des Primärschlammes, eine oder mehrere Zellwand­ aufschlußanlagen, einen oder mehrere Konzentratoren und eine MSR-Einheit neben den erforderlichen Armatu­ ren und Dosieranlagen enthält.27. Plant for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that one or more stacking containers, one unit for the pretreatment of the stacked excess sludge and the primary sludge, one or more cell walls digestion plants, one or more concentrators and an MSR unit in addition to the required armatu and dosing systems.
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