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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die biologische Klärung von
Abwässern durch das Belebtschlammverfahren, bei dem das Abwasser in
zwei Behandlungszonen in Berührung mit Mikroorganismen gebracht
wird, indem es abwechselnd in die eine und die andere
Behandlungszone geführt und abwechselnd unter anoxischen und aeroben
Bedingungen behandelt wird, und das so behandelte Abwasser zum Abscheiden
von Schlamm in eine Klärzone geführt wird und zumindest ein Teil des
abgeschiedenen Schlamms zurückgeführt und mit unbehandeltem Abwasser
gemischt wird.
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Die GB-PS 1404565 beschreibt ein Verfahren der obengenannten Art.
Dieses bekannte Verfahren gestattet ein effektives Entfernen von
Stickstoff mit verhältnismäßig geringem Energieverbrauch. Das
Entfernen von Stickstoff erfolgt durch eine Nitrifikation und eine
darauf folgende Denitrifikation.
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Die Nitrifikation, die unter aeroben Bedingungen durchgeführt wird,
umfaßt die Oxidation von Stickstoff in der form von Ammoniak, um
Nitrat zu bilden. Der Nitrifikationsvorgang läßt sich folgendermaßen
darstellen:
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NH&sub3;+ CO&sub2;+ O&sub2; NO&sub3;+ neuer Bakterien.
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Die Denitrifikation, die unter anoxischen Bedingungen durchgeführt
wird, umfaßt den Abbau von organischen Stoffen unter Verwendung von
Nitrationen als Oxidationsmittel. Als Ergebnis des Abbaues werden
die Nitrationen zu freiem Stickstoff reduziert, das in Gasform
freigesetzt wird.
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Die Denitrifikation läßt sich folgendermaßen darstellen:
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NO&sub3;+ organischer Stoffe N&sub2; (Gas) + neuer Bakterien.
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Unter aeroben Bedingungen erfolgt außerdem eine Oxidation der im
Abwasser enthaltenen organischen Stoffe. Diese Reaktion läßt sich
folgendermaßen darstellen:
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Organische Stoffe + O&sub2; CO&sub2;+ H&sub2;O + neuer Bakterien.
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Wie
oben erwähnt erfolgt bei einer Nitrifikation in Anwesenheit von
organischen Stoffen ein Abbau der organischen Stoffe. Dies ist
unzweckmäßig, nachdem die organischen Stoffe eine Voraussetzung für
die Durchführung der Denitrifikation sind.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, handelt es sich um bakterielle
Prozesse, bei denen die Bakterien Kohlenstoff für ihre Reproduktion
verwenden, der beim Nitrifikationsprozeß von CO&sub2; und bei den beiden
anderen Prozessen von im Rohabwasser enthaltenem Kohlenstoff
geliefert wird.
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Die DE-PA 3427310.7 beschreibt eine Weiterentwicklung der vorstehend
beschriebenen biologischen Reinigungsmethode. Bei dieser
Reinigungsmethode wird in einer ersten Behandlungszone das Abwasser
unter anaeroben Bedingungen in Berührung mit Mikroorganismen
gebracht, bevor es abwechselnd anoxischen und aeroben Bedingungen
unterzogen und der Schlamm aus der Klärzone in die erste
Behandlungszone zurückgeführt wird.
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Diese Reinigungsmethode gestattet außer einem effektiven Entfernen
von Nitrogen auch ein befriedigendes Entfernen von Phosphor.
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Das Entfernen von Phosphor wird durch zwei Bakterienarten bewirkt,
nämlich durch
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a) phosphorspeichende Bakterien und
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b) nicht-phosphorspeichende Bakterien.
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Während der anaeroben Behandlung des Abwassers absorbieren die
phosphorspeichenden Bakterien das gespeicherte Polyphosphatenthalten
die niedermolekularen, z. B. in Form von Polyhydroxybutyrat (PHB),
gespeicherten, organischen Stoffe, wobei das verhältnismäßig
energiereiche Polyphosphat als Energiequelle verwendet wird. Dadurch
werden Orthophosphationen erzeugt, die an das wäßrige Medium in der
anaeroben Behandlungszone freigegeben werden.
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Während der darauf folgenden aeroben Behandlung des Abwassers
erfolgt eine Oxidation von gespeichtertem und hydrolysiert
suspendiertem Stoff, und die dadurch freigegebene Energie wird teils für
das Wachstum der Mikroorganismen und teils um Orthophosphationen vom
wäßrigen Medium in den phosphatspeichernden Bakterien in Form von
Polyphosphat zu speichern. Auf diese Weise wird gelöstes Phosphat
aus dem Abwasser entfernt.
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Für beide vorstehend beschriebenen bekannten Prozesse gilt, daß das
in die Klärzone eingeleitete Abwasser aus einer aeroben
Behandlungszone kommen sollte, weil der Zufluß von Abwasser aus
einer anoxischen Zone einen relativ hohen NH&sub3;-Gehalt des gereinigten
Abwassers aus dem Klärbehälter zur folge haben würde.
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Die praktische Verwendung der vorstehend beschriebenen bekannten
Prozesse setzt voraus, daß das Verhältnis von Nitrifikationsdauer
zur Denitrifikationsdauer um etwa 1,67:1 oder höher gehalten wird,
um die NH&sub3;-Konzentration im gereinigten Abwasser auf einem
gewünschten niedrigen Wert zu halten.
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Bei einem solchen Verhältnis von Nitrifikationsdauer zur
Denitrifikationsdauer treten in der aeroben Behandlungszone relativ
drastische Variationen der Ammoniak- und Nitratkonzentrationen auf, so
wie es aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, von denen Fig. 1 die
Variationen der Ammoniak- und Nitratkonzentrationen, die in der
aeroben Behandlungszone einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens
nach der GB-PS 1.404.565 während einer Zyklusperiode von 240 Minuten
auftreten, zeigt, und Fig. 2 die Variationen von sowohl der
Ammoniak- als auch der Nitratkonzentration und der Phosphatkonzentration,
die während einer Zyklusperiode von 240 Minuten in der aeroben
Behandlungszone einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach
der DE-PA 3427310.7 auftreten zeigt.
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Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, wird gleichzeitig mit dem
Durchlüften einer Behandlungszone (aerober Behandlung des
Abwassers), um eine Nitrifikation zu erzielen, eine Oxidation organischer
Stoffe erfolgen, welche Oxidation keine Wirkung hinsichtlich der
Reinigung des Abwassers von Stickstoff und Phosphor hat. Diese
Oxidation von organischen Stoffen ist unerwünscht, da sie eine
solche Reduktion des Gehaltes des Abwassers an organischen Stoffen
bewirken kann, daß der Restgehalt des Abwassers an organischen
Stoffen für die Durchführung der nachfolgenden Denitrifikation
unzureichend sein wird.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß wenn das Abwasser,
welches vorher abwechselnd anoxischen und aeroben Behandlungen
unterzogen worden ist, durch eine weitere Behandlungszone geführt
wird, in der es ausschließlich einer aeroben Behandlung unterzogen
wird, bevor es der Klärzone zugeführt wird, die Periode begrenzt
werden kann, während der das Abwasser bei den abwechselnd anoxischen
und aeroben Behandlungen in den beiden Behandlungszonen unter den
aeroben Bedingungen behandelt wird, wobei mehrere Vorteile, wie z. B.
eine bessere Ausnutzung des Inhaltes des Abwassers an Kohlenstoff
und geringere Variationen der Ammoniak- und Nitratkonzentrationen im
gereinigten Abwasser erzielt werden.
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Folglich ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß das Abwasser nach der abwechselnden anoxischen und aeroben
Behandlungen in den beiden Behandlungszonen in eine weitere
Behandlungszone geführt wird, in der es vor dem Einführen in die Klärzone
ausschließlich einer aeroben Behandlung unterzogen wird.
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Wie es aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist die Denitrifikation
derjenige Prozeß, bei dem das eigentliche Entfernen von Stickstoff
erfolgt, nämlich durch die Umwandlung von Nitrat in freien
Stickstoff (N&sub2;) der in Gasform entweicht.
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Zum Entfernen von Stickstoff muß Nitrat anwesend sein, was eine
vorhergehende Nitrifikation voraussetzt, durch die Stickstoff in
dessen normalerweise in Abwasser vorkommenden Form, nämlich als
gelöstes Ammoniak, in Nitrat umgewandelt wird.
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Falls sauerstoffreiche (aerobe) Bedingungen geschaffen werden, um
einen hohen Nitrifikationsgrad (Nitratbildung) zu erzielen, wird
gleichzeitig eine starke Oxidation der im Abwasser enthaltenen
organischen Stoffen erfolgen, und wenn eine darauf folgende
Denitrifikation durchgeführt werden soll, kann ein Mangel an organischen
Stoffen auftreten, so daß die Bildung von freiem Stickstoff und das
Entfernen von Stickstoff aufhören.
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Aus diesem Grund ist es unzweckmäßig, daß die Nitrifikation in
einer Behandlungszone in einem Behälter durchgeführt wird, in den
gleichzeitig Abwasser (enthaltend organische Stoffe) eingeleitet
wird.
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Wird nach den abwechselnden anoxischen und aeroben Behandlungen des
Abwassers das teilweise gereinigte Abwasser einer aeroben Behandlung
unterworfen, wird problemlos eine Nitrifikation durchgeführt werden
können, wobei der restliche Inhalt des Abwassers an organischen
Stoffen für die Denitrifikation voll ausgenutzt wird.
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Durch diese Denitrifikation werden ein verhältnismäßig niedriger
und im wesentlichen gleichbleibender Gehalt des Abwassers an
Ammoniak und ein etwas höherer jedoch gleichartigerer Gehalt des
Abwassers an Nitrat erzielt. Dies geht aus Fig. 3, die den
Ammoniakgehalt zeigt und aus Fig. 4 hervor, die den Nitratgehalt in dem
Abfluß von einer Anlage nach der GB-PS 1404565 und in dem Abfluß
einer Anlage nach der Erfindung als Funktion der Zeit zeigt.
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Das Verfahren nach der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß das
Verhältnis von Nitrifikationszeit zur Denitrifikationszeit frei
gewählt werden kann, so daß die Denitrifikationszeit mehr als die
50% der gesamten Betriebszeit betragen kann, die bei den bekannten
Verfahren die maximale Denitrifikationszeit sind. Die Verlängerung
der Denitrifikationszeit ergibt eine maximale Ausnutzung von
Kohlenstoff und gestattet gleichzeitig den Abfluß von einer aeroben
Behandlungszone.
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Das Verfahren nach der Erfindung bietet ferner den technischen
Vorteil, daß durch das gleichzeitige Entfernen von Nitrogen und
Phosphor eine wesentlich größere Reduktion des Gehaltes des
Abwassers an Phosphor erzielt wird. Dies geht aus Fig. 5 hervor, die
den Phosphorgehalt (in der Form von Orthophosphat) im Abfluß einer
Anlage nach der GB-PS 1405565 bzw. einer Anlage nach der Erfindung
als Funktion der Zeit zeigt.
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Die Schaffung aerober Bedingungen in der weiteren Behandlungszone
kann in an sich bekannter Weise erfolgen, z. B. durch Einführen von
Luft unter Druck in das Abwasser oder durch Einpeitschen von Luft in
das Abwasser.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Anlage zur Durchführung des
beschriebenen Verfahrens.
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Die Anlage nach der Erfindung umfaßt mindestens zwei
Behandlungsbehälter, die mit Mitteln zur Förderung von Abwasser aus dem einem
in den anderen Behälter versehen und so ausgebildet sind, daß in
jedem Behälter abwechselnd aerobe und anoxische Bedingungen
geschaffen werden können, und Mittel zum Einführen von Abwasser
abwechselnd in den einen und den anderen Behälter, Mittel zum
Überführen von Abwasser abwechselnd aus dem einen und dem anderen
Behälter in einen Klärbehälter und Mittel zum Rückführen von Schlamm
aus dem Klärbehälter in das jeweils in einen der Behandlungsbehälter
einzuführende Abwasser aufweisen, und diese Anlage ist dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Behälter umfaßt, der teils
mit den beiden Behandlungsbehältern und teils mit dem Klärbehälter
verbunden und so ausgebildet ist, daß darin aerobe Bedingungen
geschaffen werden können.
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Eine besonders bevorzugte für das Entfernen von sowohl Stickstoff
als auch Phosphor aus dem Abwasser geeignete Anlage nach der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Behälter
mit Mitteln zum Einführen von Abwasser in den Behälter sowie mit
Mitteln zum Überführen von Abwasser abwechselnd aus dem einem und
dem anderen Behälter in jeweils eine der beiden Behandlungszonen
umfaßt, und daß dieser weitere Behälter so ausgebildet ist, daß
darin aerobe Bedingungen geschaffen werden können.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 6 und 7 näher
erläutert, die schematisch bevorzugte Ausführungsformen einer Anlage
nach der Erfindung zeigen.
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Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Anlagen umfassen jeweils
zwei Behandlungsbehälter 1 und 2 mit Abwasserzufuhrleitungen 3 und 4
und Abwasserablaufleitungen 5 und 6, durch die das Abwasser in einen
weiteren Behälter 7 geführt werden kann. Der Behälter 7 ist über
eine Leitung 8 mit einem Klärbehälter 9 verbunden, der eine
Ablaufleitung 11 für gereinigtes Abwasser und eine Rückführleitung
aufweist. Die Behandlungsbehälter 1 und 2 sind über Leitungen 13 und 14
miteinander verbunden.
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Die in Fig. 6 dargestellte Anlage umfaßt ferner ein
Rohrverzweigungselement 15, das mit den Leitungen 3 und 4 und mit einer
Versorgungsleitung 16 für unbehandeltes Abwasser verbunden ist. Auch
die Rückführleitung 12 ist mit dem Rohrverzweigungselement 15
verbunden.
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Die in Fig. 7 dargestellte Anlage umfaßt einen weiteren
Behandlungsbehälter 17, der in gleicher Weise wie das
Rohrverzweigungselement 15 mit einer Versorgungsleitung 18 für
unbehandeltes Abwasser und mit den Leitungen 3 und 4 und der
Rückführleitung 12 verbunden ist.
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Die Arbeitsweise der in Fig. 6 dargestellten Anlage ist wie folgt:
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Unbehandeltes Abwasser wird über die Versorgungsleitung 16 in das
Rohrverzweigungselement 15 geführt, worin es mit über die
Rückführleitung 12 rückgeführtem Schlamm vermischt wird. Das schlammhaltige
Abwasser wird über die Leitungen 3 und 4 abwechselnd in die Behälter
1 und 2 geführt. In Phase 1 wird das Abwasser in den Behälter 1
geführt, worin anoxische Bedingungen geschaffen worden sind. Vom
Behälter 1 wird das Abwasser über die Leitung 13 in den Behälter 2
geführt, worin aerobe Bedingungen geschaffen worden sind.
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In Phase 1 wird Abwasser aus dem Behälter 2 über die Leitung 6 in
den Behälter 7 geführt, worin aerobe Bedingungen konstant
aufrechterhalten werden. Das behandelte Abwasser wird aus dem Behälter 7 in
den Klärbehälter 9 geführt, worin eine Abscheidung von gereinigtem
Abwasser, das über die Leitung 11 abgeführt wird, und Schlamm
erfolgt, wobei mindestens ein Teil des Schlamms über die Leitung 12
zum Rohrverzweigungselement 15 zurückgeführt wird.
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In Phase 2 wird Abwasser aus dem Rohrverzweigungselement 15 über die
Leitung 4 in den Behälter 2, worin jetzt anoxische Bedingungen
aufrechterhalten werden, und weiter-über die Leitung 14 in den
Behälter 1 geführt, worin aerobe Bedingungen aufrechterhalten
werden. Von dem Behälter 1 wird das Abwasser über die Leitung 5 in
den Behälter 7 und weiter aus diesem in den Klärbehälter 9 geführt
und wird in diesen Behältern den oben beschriebenen Behandlungen
unterzogen.
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Die Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten Anlage entspricht mit
dem Unterschied der Arbeitsweise der in Fig. 6 dargestellten Anlage,
daß das Abwasser, nachdem es über die Leitung 18 in den Behälter 17
geführt worden ist, einer anaeroben Behandlung unterzogen wird,
bevor es in den Behälter 1 (Phase 1) oder in den Behälter 2 (Phase
2) geleitet und wie oben beschrieben weiterbehandelt wird.