DE4424425C1 - Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung insbesondere zur Eliminierung von Stickstoffverbindungen, wobei das Abwasser im Belebungsver­ fahren in einer mehrstufigen Beckenkaskade denitrifiziert und nitrifiziert wird.

Aus der DE-OS 38 13 386 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen Stickstoffentfernung aus Abwasser bekannt, indem das Abwasser einer unter anoxischen Bedingungen betriebenen ersten Behandlungsstufe zugeführt wird, anschließend in eine unter aeroben Bedingungen betriebene zweite Behandlungsstufe geleitet wird und ein Teil des unter aeroben Bedingungen behandelten Ab­ wassers in die erste Behandlungsstufe zurückgeführt wird, wobei die Behandlung sowohl in der ersten als auch in der zweiten Be­ handlungsstufe in Gegenwart von auf Trägermaterial fixierter Biomasse erfolgt und ein Teil des in der zweiten Behandlungsstufe behandelten Abwassers einer dritten Behandlungsstufe zugeführt wird, in der das Abwasser in Gegenwart von auf Trägermaterial fixierter Biomasse unter aeroben Bedingungen behandelt wird.

Dabei ist von Nachteil, daß eine externe Rezirkulation des Abwassers von der zweiten zur ersten Behandlungsstufe erforderlich ist, was über zusätzliche Rohrleitungen und Pumpeinrichtungen erfolgt und mit technischem Aufwand verbunden ist. Bei nährstoff­ armem Abwasserzulauf ist in der zweiten aeroben Behandlungsstufe für eine vollständige Ammoniumentfernung unter Umständen die Zuführung von Fremdkohlenstoff notwendig. Um eine optimale Am­ moniumeliminierung zu erreichen, müssen in den Behandlungsstufen II und III unterschiedliche pH-Werte eingestellt und geregelt werden.

Aus einer weiteren DE-OS 39 34 958 ist bekannt, das Abwasser in einer n-stufigen Beckenkaskade zu nitrifizieren und gegebenen­ falls zu denitrifizieren, indem die Stufen der Beckenkaskade mit in Strömungsrichtung abnehmender Abwasserzulaufmenge beschickt werden, während der Rücklaufschlamm der ersten Stufe zugeleitet wird. Auch hier ist eine externe Rezirkulation des Abwassers zwischen den einzelnen Behandlungsstufen vorgesehen.

Weiterhin ist aus DE-OS 34 02 688 ein Abwasserreinigungs­ verfahren mit mindestens einer Nitrifikationszone bekannt, wobei das Abwasser mit Nitrifikanten enthaltendem Rücklaufschlamm unter Sauerstoffzufuhr zur Reaktion gebracht wird, um im Abwasser ent­ haltene Stickstoffverbindungen in Nitrat umzuwandeln, indem in einer den Nitrifikationszonen nachgeschalteten Stufe der Schlamm abgetrennt und mindestens teilweise als Rücklaufschlamm zur Nitri­ fikationszone zurückgeführt wird, und der abgetrennte Rücklauf­ schlamm vor seiner Zuführung zur Nitrifikationszone in einer von der Nitrifikationszone getrennten Alterungszone während einer für das Wachstum der nitrifizierenden Mikroorganismen aus­ reichenden Zeit zurückgehalten wird.

Die Rücklaufschlammaufbereitung erfolgt in einem separat betriebenen Becken und erfordert zusätzlichen Aufwand an Be­ lüftungs- und Pumpeinrichtungen. Um den Nitratgehalt des ab­ laufenden Abwassers gering zu halten, muß außerdem ein Großteil davon über einen externen Kreislauf zur Denitrifikationsstufe zurückgepumpt werden.

Dem beschriebenen Stand der Technik haftet der gemeinsame Nachteil an, daß die Nitrifikationsleistung und die Denitrifi­ kationsleistung bei laufendem Betrieb entsprechend des Abwasser­ zulaufes nur durch entsprechend groß dimensionierte Beckenvolumina angepaßt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung zu schaffen, das unter Be­ seitigung der genannten Nachteile eine Anpassung der Nitrifi­ kationsleistung und Denitrifikationsleistung an die jeweilige Schmutzbelastung des eingeleiteten Abwassers bei laufendem Betrieb ermöglicht, um so eine weitestgehende Eliminierung der Stickstoff­ verbindungen aus dem Abwasser zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zwischenbecken als mit Trägermaterial ausgestaltete Hoch­ leistungsbecken in Abhängigkeit von der Schmutzfracht des Ab­ wassers entweder als anoxisches Denitrifikationsbecken oder aerobes Nitrifikationsbecken betrieben werden und das Abwasser vom letzten Nitrifikationsbecken in das erste Denitrifikations­ becken überführt wird.

Damit lassen sich die Denitrifikationsleistung und die Nitri­ fikationsleistung schnell und flexibel bei deutlich verringerten Beckenvolumina an Belastungsschwankungen des Abwassers anpassen. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Behandlung von nährstoffreichen Abwässern, bei denen es auf eine hohe Reinigungs­ leistung, d. h. geringe Ablaufwerte für Ammonium, Nitrat bzw. Nitrit ankommt. Starke Schwankungen in der Menge und Zusammen­ setzung des Abwassers können so verfahrenstechnisch leicht be­ herrscht werden, wodurch ein stabiler Prozeß in der Abwasser­ reinigung erzielt wird.

Weitere vorteilhafte Durchführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit dem Abwasserkreislauf innerhalb der Beckenkaskade ent­ fallen die sonst üblichen Rezirkulationseinrichtungen, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind. Das Verfahren eignet sich nicht nur für die Projektierung neuer Anlagen, sondern kann auch kostensparend für die Rekonstruktion bestehender Altanlagen ge­ nutzt werden. Durch die Zu- bzw. Abschaltung der Sauerstoff­ zuführung für die Zwischenbecken können diese in Abhängigkeit von Belastungsschwankungen sowohl als Denitrifikations- bzw. Nitrifikationsbecken bei laufendem Betrieb umfunktioniert werden. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt auch darin, daß es für unterschiedliche Beckenformen anwendbar ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei zwischen den Denitrifikationsbecken und Nitrifikationsbecken Zwischenbecken angeordnet sind, die mit auf Trägermaterial fixierter Biomasse ausgerüstet sind, und eine Überführungsmöglichkeit vom letzten Nitrifikationsbecken zum ersten Denitrifikationsbecken vorgesehen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abwasserreinigung mit einer Becken­ kaskade in Draufsicht

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der hintereinander liegenden Becken 4; 5; 6 gemäß Fig. 1 mit Anordnung der Sauerstoffzuführung zur Regelung der Nitrifikations-/Denitrifikationsleistung.

Das über eine Leitung 1 eingespeiste Abwasser wird über die Leitungen 2; 3 in zwei Teilströme aufgeteilt und in die De­ nitrifikationsbecken 4; 4′ eingeleitet und füllt die nachgeord­ neten Zwischenbecken 5; 5′ und Nitrifikationsbecken 6; 6′ zur Denitri­ fizierung und Nitrifizierung des Abwassers. Die Zwischenbecken 5; 5′ werden abwechselnd als Denitrifikationsbecken oder Nitri­ fikationsbecken betrieben. Dadurch verändert sich das ursprüng­ liche Beckenvolumen der Denitrifikations- und Nitrifikationsbecken und führt zu einer höheren Leistung der durch das Zwischenbecken jeweils erweiterten Behandlungszone. Das Umschalten der Betriebs­ weise der Zwischenbecken 5; 5′ erfolgt über eine Druckbelüftung 7 im Bodenbereich, die zu- bzw. abgeschaltet wird.

Bei Abschaltung der Druckbelüftung 7 in den Zwischenbecken 5; 5′ übernimmt ein Rührer 17 die Abwasserumwälzung.

Durch die Ausgestaltung der Zwischenbecken 5; 5′ mit auf Träger­ material fixierter Biomasse 14 als textiles Festbett wird die Biomassenkonzentration erhöht, was bei relativ kleinen Volumina der Zwischenbecken zu einer erhöhten Reinigungsleistung in der jeweils mit Zwischenbecken betriebenen Behandlungszone führt. Das aus dem Nitrifikationsbecken 6′ abgezogene Abwasserbelebt­ schlammgemisch gelangt über die Ablaufleitung 16 in ein Nachklär­ becken 8, wo eine Trennung des gereinigten Abwassers vom mitge­ führten Schlamm erfolgt. Der sedimentierte Abwasserschlamm wird zum Teil als Rücklaufschlamm über die Leitung 15 in das Denitri­ fikationsbecken 4 und so in den Abwasserreinigungskreislauf zurückgeführt, während der übrige Schlamm über die Leitung 18 abgeführt und entsorgt wird. Das gereinigte Wasser wird über den Abwasserablauf 9 abgeleitet. Innerhalb der Beckenkaskade wird eine interne Abwasserrezirkulation aufrechterhalten.

Nach Fig. 2 sind in der Leitung 1 und in der Ablaufleitung 16 Meßinstrumente 10; 11 integriert, die entsprechend den ein­ gestellten Schmutzlastwerten des Abwassers über einen Regler 12 ein Ventil 13 betätigen, wodurch die Sauerstoffzuführung über die Druckluftleitung 7 bei Erhöhung der Denitrifikationsleistung geschlossen und umgekehrt bei Erhöhung der Nitrifikationsleistung geöffnet ist.

Die Erfindung sieht aus technologischen Gründen eine zweistufige Nitrifikation vor. Sie ist auch bei einstufiger oder n-stufiger Nitrifikation einsetzbar.

Claims (13)

1. Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, insbesondere zur Eliminierung von Stickstoffverbindungen, wobei das Abwasser im Belebungsverfahren in einer mehrstufigen Beckenkaskade denitri­ fiziert und nitrifiziert wird, indem das Abwasser in einem an­ oxisch betriebenen ersten Denitrifikationsbecken (4), einem Zwischenbecken (5) und einem aerob betriebenen Nitrifikations­ becken (6) einer ersten Behandlungsstufe unterzogen wird und unter Zuführung von Abwasser in einem zweiten Denitrifikationsbecken (4′), zweiten Zwischenbecken (5′) und zweiten Nitrifikationsbecken (6′) einer zweiten Behandlungsstufe unterzogen wird, wonach das so behandelte Abwasser in ein Nachklärbecken (8) abgeleitet und ein Teil des sedimentierten Belebtschlammes in das erste Denitrifikationsbecken (4) und damit der ersten Behandlungsstufe wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen­ becken (5; 5′) als ein mit Trägermaterial ausgestaltetes bio­ logisches Hochleistungsbecken in Abhängigkeit von der Schmutz­ fracht des Abwassers entweder als anoxisches Denitrifikations­ becken oder aerobes Nitrifikationsbecken betrieben wird und das Abwasser vom letzten Nitrifikationsbecken (6′) in das erste De­ nitrifikationsbecken (4) überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina der Denitrifikationsbecken (4; 4′) und Zwischen­ becken (6; 6′) jeweils 10-15% und der Nitrifikationsbecken (5; 5′) jeweils 20-30% des Gesamtvolumens der Anlage betragen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial ein textiles Festbett verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrifikationsbecken (6; 6′) wahlweise mit auf Trägermaterial fixierter Biomasse ausgerüstet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwasserzulauf zu den beiden Denitrifi­ kationsbecken (4, 4′) im Verhältnis 1 : 1 erfolgt und in gewissen Grenzen variiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhr in den einzelnen Zwischenbecken (5, 5′) über eine Druckbelüftung (7) erfolgt und in der Betriebsweise der Zwischenbecken durch Zu- oder Abschaltung der Sauerstoffzufuhr erreicht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Beckenkaskade eine anaerobe Zone zur Phosphorrücklösung vorgeschaltet ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über im Abwasserzulauf (1) und Abwasserablauf (9) vorgesehene Meßinstrumente (10; 11) der jeweilige Verschmutz­ ungsgrad des Abwassers ermittelt wird und danach über ein Ventil (13) die Sauerstoffzufuhr für die Zwischenbecken (5, 5′) ent­ sprechend der Betriebsweise gesteuert wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Denitrifikationsbecken und Nitrifikationsbecken in Reihe kaskaden­ förmig angeordnet sind und den letzten Nitrifikationsbecken ein Nachklärbecken (8) nachgeschaltet ist, welches über eine Rück­ laufschlammleitung (15) mit dem ersten Denitrifikationsbecken (4) der Kaskade verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Denitrifikationsbecken (4; 4′) und Nitrifikations­ becken (6; 6′) Zwischenbecken (5; 5′) entsprechend der Anzahl der Kaskaden angeordnet sind, die mit auf Trägermaterial fixierter Biomasse (14) ausgestattet sind und daß eine Überführungsmöglichkeit vom letzten Nitrifikationsbecken (6′) zum ersten Denitrifikationsbecken (4) besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich der Zwischenbecken (5; 5′) und der Nitrifi­ kationsbecken (6; 6′) Druckbelüfter (7) für den Sauerstoffeintrag angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abwasserzuleitung (1) und Abflußleitung (16) Meß­ instrumente (10; 11) zur Regelung der Sauerstoffzuführung in den Zwischenbecken (5; 5′) und Nitrifikationsbecken (6; 6′) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsbecken in quadratischer, rechteckiger oder runder Form oder als Kreisring­ becken ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwei in einer Richtung liegende De­ nitrifikationsbecken (4; 4′) und Nitrifikationsbecken (6; 6′) zu den benachbarten Denitrifikationsbecken (4; 4′) und Nitrifikations­ becken (6; 6′ parallel angeordnet sind.