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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Klärung von
Klüssigkeit, speziell Abwasser.
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Bei der Klärung von Abwasser müssen chemische und
biologisch oxidierbare Substanzen, hiernach mit dem Ausdruck CZV
abgekürzt, beseitigt werden. Überdies ist es das Ziel, im
Abwasser enthaltene Nährstoffe, z.B. Stickstoff- und
Phosphorverbindungen zu eliminieren. Die im Abwasser
enthaltenen CZV werden im allgemeinen mit Sauerstoff oxidiert.
Stickstoffverbindungen werden oft in Rohabwasser in Form
von organisch gebundenem Stickstoff und, in größerem
Umfang, in Form von Ammoniumstickstoff festgestellt. Die
biologische Zersetzung von Ammoniumstickstoff findet im
allgemeinen in zwei Stufen statt. In einer ersten Stufe
wird Ammonium mit Verwendung von Sauerstoff in Nitrit und
Nitrat durch spezifische Mikroorganismen, hiernach
nitrifizierende Mikroorganismen genannt, umgewandelt. Diese
Umwandlungen, hiernach Nitrifizierung genannt, führen zu
einer Abnahme der Alkalinität. Der erforderliche Sauerstoff
kann mittels eines Belüftungssystems eingeführt werden. Die
genannten spezifischen Mikroorganismen erfordern im
allgemeinen keine Kohlenstoffquelle, besitzen eine geringe
Wachstumsgeschwindigkeit und sind gegen Niedrigtemperaturen
ziemlich empfindlich.
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In einer zweiten Stufe der biologischen
Stickstoffbeseitigung werden das gebildete Nitrit und Nitrat durch
eine andere Art von Mikroorganismen, hiernach
denitrifizierende Mikroorganismen genannt, in gasförmige
Stickstoffverbindungen, z.B. N&sub2;, NO und N&sub2;O, umgewandelt. Diese
Umwandlungen, hier mit dem Ausdruck Denitrifizierung
zusammengefaßt, erfolgen meistens nur mit geringem
Sauerstoffdruck. Nitrat und Nitrit dienen dabei als
Elektronenakzeptor anstelle von Sauerstoff bei der Oxidierung der
CZV. Im Gegensatz zu den meisten der nitrifizierenden
Mikroorganismen verwenden denitrifizierende Mikroorganismen
eine Kohlenstoffquelle, z.B. CZV. Die Denitrifizierung
schreitet bei einer hohen Geschwindigkeit fort, wobei die
Fraktion der CZV aus leicht zersetzungsfähigen
Verbindungen, wie zum Beispiel magerere Fettsäuren und Alkohole,
hiernach exogene Denitrifizierung genannt, besteht. Bei
CZV-Bestandteilen, die schwer zu zersetzen sind, und durch
Verwendung einer endogenen Kohlenstoffquelle, hiernach
endogene Denitrifizierung genannt, schreitet die
Denitrifizierung viel langsamer fort. Denitrifizierung führt zu
einer Erhöhung der Alkalinität.
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Bei der praktischen Klärung von Abwasser angewandt, haben
die obigen bekannten Tatsachen folgende Bedeutung.
Extensive biologische Beseitigung von Stickstoffverbindungen aus
Abwasser ist nicht nur mit einer beinahe vollständigen
Nitrifizierung, sondern auch mit einer Optimierung der
Denitrifizierung verbunden. Rohabwasser enthält im
allgemeinen CZV, die eine bestimmte Fraktion leicht zersetzbarer
CZV besitzen. Denitrifizierung kann nur stattfinden,
nachdem Nitrit und Nitrat aus Ammonium und organisch gebundenem
Stickstoff in einer belüfteten Phase des Klärungsprozesses
gebildet sind. Denitrifizierung hat den Vorteil, daß sie
Belüftungskapazität einspart, weil ein Teil der CZV nicht
durch Sauerstoff, sondern durch oxidierte
Stickstoffbestandteile umgewandelt wird. Außerdem wirkt
Denitrifizierung der Alkalinität verbrauchenden Wirkung der
Nitrifizierung
leicht entgegen. Deshalb kann die Dosierung der den
Säuregehalt korrigierenden Chemikalien reduziert oder sogar
eliminiert werden. Schließlich führt die Denitrifizierung
auch zu einem gereinigten Abwasser, das frei von Nitrat und
deshalb reiner ist, so daß ein besseres Klärungsergebnis
erzielt wird.
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Der Wunsch, Denitrifizierung durchzuführen, hat zu einer
Vielfalt von Reaktorkonfigurationen und
Klärungseinrichtungen geführt, die in folgende Typen unterteilt werden
können.
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Bei einem ersten Typ erfolgt die Denitrifizierung in einem
getrennten Raum nach dem aeroben Raum, in dem das Nitrit
und Nitrat aus Ammonium und organisch gebundenem Stickstoff
gebildet werden. Die Nachdenitrifizierung kann die
Dosierung einer externen Kohlenstoffquelle, wie z.B. Methanol,
erfordern, weil die erforderlichen CZV, und bestimmt deren
im Abwasser leicht zersetzbare Fraktion, hauptsächlich mit
Sauerstoff in dem vorangeordneten aeroben Raum oxidiert
werden. Nachteile dieses Einrichtungstyps sind darin zu
sehen, daß dabei nur wenig Belüftungsenergie eingespart
wird, und wegen der erforderlichen Dosierung der externen
Kohlenstoffquelle hohe Kosten entstehen können.
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Bei einem zweiten Typ der Klärungseinrichtung erfolgt
Denitrifizierung vor der aeroben Stufe, in der das Nitrat und
Nitrit aus Ammonium und organisch gebundenem Stickstoff
gebildet werden. Durch Zuführung des gesamten oder eines
Teils des Rohabwassers zu dieser Vordenitrifizierung wird
die schnelle exogene Denitrifizierung möglich gemacht.
Vorteile in bezug auf den ersten Typ sind eine größere
Einsparung
von Belüftungsenergie und eine Überflüssigkeit der
Dosierung des externen Substrats. Die Anordnung der
Nitrifizierung nach der Denitrifizierung erfordert jedoch eine
hohe externe Rückführung des im aeroben Reaktors gebildeten
Nitrats und Nitrits in den Denitrifizierungsraum. Deshalb
sind Nachteile dieses Typs der hohe Rückführungsfaktor und
die darin für eine extensive Stickstoffbeseitigung
erforderliche Pumpenförderleistung.
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Bei einem dritten Typ der Klärungseinrichtung erfolgen
Nitrifizierung und Denitrifizierung in einem Raum durch
Schaffung von sauerstoffreichen und sauerstoffarmen Zonen.
Die leicht zersetzbare Fraktion der CZV im Rohabwasser kann
in Abhängigkeit von der Position des Einlasses in dieses
Umwälzsystem die (schnelle) exogene Denitrifizierung in
einem größeren oder kleinerem Umfang, genau wie beim
zweiten Typ fördern. Vorteil dieser simultanen Denitrifizierung
in bezug auf den zweiten Typ ist das Fehlen einer externen
Rückführung für Nitrat und Nitrit. Der Nachteil des dritten
Typs besteht jedoch darin, daß es oft schwierig ist, die
Verweilzeit in der(n) sauerstoffarmen Zone(n), die oft von
der auf vollständige Nitrifizierung eingestellten
Sauerstoffzuführung abhängig, und die deshalb für eine wirksame
und extensive Denitrifizierung meistens zu kurz ist.
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Die NL-Patentanmeldung 8301500 offenbart eine Modifizierung
der Einrichtung des dritten Typs, in welcher die erwähnten
Nachteile in geringem Umfang aufgehoben werden. Bei dieser
Modifizierung wird das gesamte Rohabwasser in eine
sauerstoffarme Zone des als Denitrifizierungsraum dienenden
Umwälzsystems eingeführt, welche Zone mittels verstellbarer
Verschlußklappen mit gleichzeitiger Vergrößerung bzw.
Reduzierung
des sauerstoffreichen Teils im System reduziert
oder vergrößert werden kann. Dieses System hat jedoch eine
Anzahl von Nachteilen, welche die maßgeblichen
Beanstandungen des dritten Typs nur teilweise beseitigen und die
Vorteile des zweiten Typs nicht in optimalem Ausmaß ausnutzen.
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Ein erster Nachteil besteht darin, daß die meiste Zeit der
erreichbaren Verlängerung der Verweilzeit in der
zusätzlichen sauerstoffarmen Zone für eine optimale Ausnutzung
des Möglichkeit exogener Denitrifizierung immer noch nicht
lang genug ist. Als zweiter Nachteil ergibt sich, wenn die
wie in der obigen Patentanmeldung beschriebenen, um eine
vertikale Achse verstellbaren Klappenflügel eingestellt
werden, um die Strömungsbedingungen zwischen Kanalteilen
steuern zu können, erfolgt schon eine Abnahme der
Strömungsgeschwindigkeit in dem von dem Flügel geschützten
Schenkel schnell in einem solchen Ausmaß, daß die Biomasse
dort nicht mehr in Suspension gehalten werden kann, wobei
das letztere eine Vorbedingung für gute Klärungsergebnisse
ist. Ein dritter Nachteil besteht darin, daß in dem
sauerstoffarmen Kanalteil der in der genannten Patentanmeldung
beschriebenen Einrichtung eine Pfropfenströmung gebildet
wird, wobei keine vollständige Mischung von Zufluß und
Abwasser im Denitrifizierungsraum erfolgt. Im Falle der oft
diskontinuierlichen Wasserzuführung wird jedoch eine
beinahe vollständige Mischung von Wasserzufluß und Abwasser im
Denitrifizierungsraum bevorzugt, um eine effizientere
Denitrifizierung zu bewirken.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung
anzugeben, in welcher eine optimale CZV- und
Stickstoffbeseitigung aus dem Abwasser so bewirkt wird, daß die Vorteile der
vorläufigen und gleichzeitigen Denitrifizierung ausgenutzt
und, gleichzeitig, die Nachteile der Einrichtung des oben
beschriebenen zweiten und dritten Typs soweit wie möglich
aufgehoben werden.
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Zur Erfüllung dieser Aufgabe gibt die Erfindung eine
Einrichtung für die Klärung von Flüssigkeit, speziell
Abwasser, an, umfassend ein Reservoir einschließlich eines
Primärumwälzsystems für die Flüssigkeit darin, einer
Wasserzuführung und eines Abwasserabflusses, die an das Reservoir
angeschlossen sind, einer Antriebsvorrichtung für die
Umwälzung der Flüssigkeit im Umwälzsystem und einer
Belüftungsvorrichtung für die Einführung von Sauerstoff in die
Flüssigkeit, wobei das Reservoir mit einem
Denitrifizierungsraum ausgerüstet ist, der mit dem Rest des Reservoirs
durch einen Einlaß und Auslaß verbunden ist, und an den die
Wasserzuführung anschließt, und worin innerhalb des
Denitrifizierungsraums ein Sekundärumwälzsystem gebildet ist,
das seine eigene Antriebsvorrichtung besitzt.
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Die Erfindung bietet im Vergleich mit den konventionellen
Systemen eine Anzahl von signifikanten Vorteilen. Zum
Beispiel ist es möglich, innerhalb des geschaffenen
Denitrifizierungsraums, der sein eigenes Umwälzsystem besitzt, im
Vergleich mit den konventionellen oder beschriebenen
Systemen, wie z.B. dem des Karusselltyps, längere Verweilzeiten
zu erzielen. Eine längere Verweilzeit unter sauerstoffarmen
Bedingungen kann zu einer größeren Fraktion der
denitrifizierenden Mikroorganismen in der Biomasse führen. Eine
längere Verweilzeit bedeutet auch, daß ein größerer Teil der
leicht zersetzbaren Fraktion der CZV für exogene
Denitrifizierung zur Verfügung steht. Infolge der Installation von
getrennten Antriebsvorrichtungen innerhalb des
Denitrifizierungsraums, und auch durch Anwendung des Umwälzprinzips
in diesem Raum, wird eine Optimierung zwischen der
Einsparung von Energie durch Denitrifizierung einerseits und der
Ausnutzung von Energie zum Zweck der Umwälzung der Biomasse
in dem genannten Raum und deren Haltung in Suspension
andererseits ermöglicht. Im Umwälzsystem, einschließlich der
Belüftungsvorrichtung, in der etwas exogene und speziell
endogene Denitrifizierung stattfinden können, werden
meistens noch stickstoffarme Zonen festgestellt. Durch
Schaffung einer Sauerstoffmangelzone mit Zuführung von leicht
zersetzbaren CZV aus Rohabwasser kann die Situation
entstehen, in der Nitrat- und Nitritkonzentrationen so
geringfügig vorkommen, daß die Bedingungen für biologische
Phosphatbeseitigung, in diesem Fall die Wachstumsbedingungen
für Phosphat ansammelnde Bakterien, gefördert werden. Diese
Möglichkeit wird als ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung
erachtet.
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Im Einlaß und/oder Auslaß des Umwälzsystems innerhalb des
Denitrifizierungsraums sind vorzugsweise regelbare
Verschlußvorrichtungen angeordnet.
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Infolge dieser geregelten Verschlußvorrichtungen kann die
Verweilzeit der Flüssigkeit innerhalb des
Denitrifizierungsraums geregelt werden.
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Hierin ist es von Vorteil, wenn die regelbaren
Verschlußvorrichtungen von einem Steuersignal eines oder mehrerer
Monitore in einem der Umwälzsysteme in der Wasserzuführung
und/oder im Abfluß des gereinigten Abwassers zur
Überwachung des Gehalts an Stickstoffbestandteilen und/oder
Sauerstoff
und/oder zur Messung des Redoxpotentials gesteuert
werden.
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Auf diese Weise kann die Verweilzeit der Flüssigkeit
innerhalb des Denitrifizierungsraums, wenn gewünscht,
automatisch geregelt werden.
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Eine spezielle Ausführungsform der Einrichtung nach der
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Sekundärumwälzsystem mit dem Reservoir des Primärumwälzsystems
integriert ist.
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Diese Ausführungsform ist speziell für die Anpassung
vorhandener Klärungsanlagen, in welchen folglich ein Teil des
vorhandenen Primärumwälzsystems in das Sekundärumwälzsystem
umgewandelt wird, geeignet.
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Eine alternative Möglichkeit besteht darin, daß der
Denitrifizierungsraum neben dem Reservoir des
Primärumwälzsystems angeordnet wird.
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Diese Ausführungsform ist speziell für neu zu errichtende
Einrichtungen oder für vorhandene Einrichtungen, deren
Kapazität des Primärumwälzsystems zu gering ist, um teilweise
in ein Sekundärumwälzsystem umgewandelt zu werden, geeignet.
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Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Einlaß des
Sekundärumwälzsystems im Denitrifizierungsraum an das
Primärumwälzsystem innerhalb eines Teils desselben, der
sauerstoffarme Flüssigkeit enthält, während des Betriebs der
Einrichtung angeschlossen ist.
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Infolge dieser Position des Einlasses des
Sekundärumwälzsystems in den Denitrifizierungsraum ist es möglich,
innerhalb des Denitrifizierungsraums sehr günstige Bedingungen
zu erzielen, weil die in ihn aus dem Primärumwälzsystem
einfließende Flüssigkeit in hohem Maße schon sauerstoffarm
ist.
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Die Erfindung wird hiernach beispielsweise mit Verweis auf
die Zeichnung, in der zwei Ausführungsformen der
Einrichtung für die Klärung von Abwasser nach der Erfindung
dargestellt sind, erläutert.
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Figur 1 ist eine sehr schematische Draufsicht einer ersten
Ausführungsform der Einrichtung für die Klärung von
Abwasser nach der Erfindung.
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Figur 2 ist eine der Figur 1 entsprechende Ansicht einer
zweiten Ausführungsform der Einrichtung für die
Klärung von Abwasser nach der Erfindung.
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Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Einrichtung für die
Klärung von Abwasser, umfassend ein Reservoir 1 mit einem
Umwälzsystem 2 darin, mit dem bewirkt wird, daß in
Suspension gehaltene Biomasse enthaltendes Abwasser dem Reservoir
1 zur Umwälzung darin zugeführt wird. Das Umwälzsystem 2
ist wie dargestellt nach dem in der Fachwelt unter dem
Namen Karussell bekannten Prinzip konstruiert, jedoch ist
die Erfindung auch auf andere Umwälzsysteme anwendbar.
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Das Umwälzsystem 2 enthält eine Mittelwand 3 zur Trennung
der hin und her verlaufenden Strömungskanäle. Die Belüfter
4A, 4B sind an den Enden der Mittelwand 3 angeordnet, um zu
bewirken, daß einerseits das Abwasser innerhalb des
Umwälzsystems durch eine Antriebsvorrichtung umgewälzt, und
andererseits Luft und demzufolge Sauerstoff in das Abwasser
eingeführt werden.
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Wasser wird dem Reservoir 1 durch eine Wasserzuführung 5
zugeführt, und gereinigtes Abwasser wird aus dem Reservoir
durch einen Abwasserabfluß 6 abgelassen. Die von dem
gereinigten Abwasser mitgeführte Biomasse wird von dem
gereinigten Abwasser in einem (nicht gezeigten) Nachklärtank
getrennt gelassen. Im Prinzip ist es jedoch auch möglich,
die Biomasse aus dem gereinigten Abwasser schon innerhalb
des Reservoirs zu entfernen.
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Nach der Erfindung ist die Einrichtung mit einem separaten
Denitrifizierungsraum 7 ausgerüstet, der durch einen Einlaß
8 und einen Auslaß 9 mit dem Umwälzsystem 2 offen
verbunden, und der mit seinem eigenen Sekundärumwälzsystem
ausgerüstet ist.
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Das Umwälzsystem innerhalb des Denitrifizierungsraums 7
enthält eine Antriebsvorrichtung 10, eine Mittelwand 11 und
Strömungsablenkplatten 12. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich ist, schließt die Wasserzuführung 5 an den
Denitrifizierungsraum 7 an einer Stelle derart an, daß direkt eine
gute Mischung des zugeführten Wassers aus der
Wasserzuführung 5 erzielt wird, wobei der Inhalt des
Denitrifizierungsraums 4 nur eine geringe Eingangsenergie erfordert.
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Wie deutlich aus der Zeichnung ersehen werden kann, ist der
Denitrifizierungsraum 7 innerhalb des Reservoirs 1 durch
Anordnung einer Trennwand 13 quer in einem der Schenkel des
U-förmigen Reservoirs 1 gebildet. Auf diese Weise kann ein
vorhandenes Reservoir 1 zur Integration der Erfindung darin
angepaßt werden.
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Der Einlaß 8 und der Auslaß 9 des Denitrifizierungsraums 7
sind durch regelbare Verschlußvorrichtungen 14 bzw. 15, die
aus bewegbaren Türen, Schiebern oder dergleichen bestehen
können, in größerem oder kleineren Maße verschließbar. In
der beispielsweise gezeigten Ausführungsform bestehen die
Verschlußvorrichtungen 14 und 15 aus Türen, die um eine
Vertikalachse schwenkbar sind. Die Einstellung der
regelbaren Verschlußvorrichtungen 14 und 14 kann für jede getrennt
an das Signal eines Monitors des(r) (a)
Stickstoffbestandteile(s) und/oder Sauerstoffs und/oder durch das Signal
einer Redoxpotentialmessung in einem der Umwälzsysteme
und/oder des Wasserzuflusses 5 und/oder des
Abwasserzuflusses 6 gekoppelt werden. Mit dieser Vorrichtung kann
die Verweilzeit des Abwassers innerhalb des
Denitrifizierungsraums 7 in Abhängigkeit vom Zustand des Abwassers
variiert werden.
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Der Einlaß 8 des Denitrifizierungsraums 7 ist so
angeordnet, daß relativ sauerstoffarmes Abwassers aus dem
Umwälzsystem 2 in den Denitrifizierungsraum 7 fließen wird, weil
sich der Einlaß 8 in einer vom Belüfter 4A entfernten
Position befindet, während eine Strömungsablenkplatte 16 um den
Belüfter 4B in der Nähe angeordnet ist, die verhindert, daß
sauerstoffreiches Abwasser aus dem Umwälzsystem 2 und in
den Denitrifizierungsraum 7 fließt.
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Figur 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform der
Einrichtung der Figur 1, die in bezug auf Betrieb und Prinzip
gleichartig ist, bei der jedoch der Denitrifizierungsraum 7
innerhalb eines getrennten, neben dem Hauptreservoir 1
angeordneten Reservoirteils 1' untergebracht ist. Die
Trennwand 13 koinzidiert jetzt mit der Außenwand des
Reservoirs 1.
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Der Einlaß 8 und der Auslaß 9 des Denitrifizierungsraums 7
sind in diesem Fall in der Trennwand 13 übereinander
angeordnet, worin die regelbare Verschlußvorrichtung 14 des
Einlasses 8, die als eine um eine Vertikalachse schwenkbare
Tür konstruiert ist, vom Denitrifizierungsraum 7 nach außen
schwenkt, während die regelbare Verschlußvorrichtung 15 des
Auslasses 9, die als eine um eine Vertikalachse schwenkbare
Tür konstruiert ist, einwärts in den Denitrifizierungsraum
so schwenkt, daß die Strömungen beider Umwälzsysteme auf
natürliche Weise ausgetauscht werden. Natürlich ist es auch
möglich, den Einlaß 8 und den Auslaß 9 des
Denitrifizierungsraums 7 in der Trennwand 13 nebeneinander anzuordnen.
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Wie vorher erwähnt, ist die Erfindung außer auf
Umwälzsysteme des Karusselltyps auch auf andere Umwälzsysteme
anwendbar. Zum Beispiel ist es möglich, die Belüfter 4
durch einzelne Belüftungs- und Antriebsvorrichtungen, wie
zum Beispiel Blasenbelüfter in Kombination mit Schrauben
und/oder Motoren, die Horizontal- oder Vertikaldrehachsen
besitzen, zu ersetzen.
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Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung
dargestellten und hierin vorher beschriebenen Ausführungsformen,
die auf verschiedene Weise innerhalb des Umfangs der
beigefügten Ansprüche variiert werden können, beschränkt.