DE69204233T2

DE69204233T2 - Verfahren und Anlage zur Abwasserreinigung durch Entphosphorung und anaerobe bzw. aerobe Behandlung.

Info

Publication number: DE69204233T2
Application number: DE69204233T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Shimizu; Norihito Tambo
Original assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Current assignee: Tsukishima Kikai Co Ltd
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2012-07-10
Also published as: KR960013338B1; US5531896A; KR930002253A; EP0522966B1; DE69204233D1; US5407566A; ATE126783T1; EP0522966A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserreinigung und eine Anlage dafür. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Abwasserreinigung und eine Abwasserreinigungs-Anlage, in dem bzw. der nicht nur organische Materialien, sondern auch Stickstoff-Verbindungen und Phosphor-Verbindungen im Abwasser effizient entfernt werden.
Eines der herkömmlichen Verfahren zur Reinigung von Abwasser und industriellem Abwasser (beide im folgenden allgemein als Abwasser bezeichnet) ist ein aktiviertes Schlamm-Verfahren. Gemäß diesem Verfahren werden mikrobiell zersetzbare organische Substanzen (im folgenden als BOD-Komponente bezeichnet), die in Abwasser enthalten sind, zu einem so hohen Prozentsatz wie 80 - 90% entfernt, aber Stickstoff-Verbindungen und Phosphor-Verbindungen werden zu einem ziemlich niedrigen Prozentsatz entfernt (im folgenden werden die Prozentsätze der Entfernung von Stickstoff-Verbindungen und Phosphor-Verbindungen als Denitrifizierungsrate bzw. Dephosphorierungsrate bezeichnet). Darüber hinaus erfordert die Entsorgung dieser Verbindungen eine lange Zeit von zehn und mehr Stunden und hohe Installationskosten und erfordert auch eine große Fläche und einen großen Raum für die Installation.
Zusätzlich gibt es zwei Verfahren, z.B. ein Recyclisierungsverfahren und ein modifiziertes Recyclisierungsverfahren, für die biologische Entfernung von Stickstoff-Verbindungen aus Abwasser. Im Recyclisierungsverfahren wird Abwasser, aus dem Abscheidungen am Anfang in einem Absetzbecken entfernt worden sind, einem Denitrifizierungstank für die anaerobe Reinigung zugeführt, dann wird das behandelte Abwasser in einen Nitrifizierungstank eingeführt, wo eine Behandlung in einer aeroben Atmosphäre bewirkt wird, und weiter am Ende in ein Absetzbekken eingeführt, während ein Teil der nitrifizierten Lösung in den oben erwähnten Denitrifizierungstank recyclisiert wird. Weiter wird Schlamm im End-Absetzbecken zum Denitrifizierungstank zurückgeführt, nachdem er mit dem Abwasser aus dem Anfangs-Absetzbecken gemischt worden ist. Dieses Verfahren erfordert eine Verweilzeit in einem biologischen Reaktor, die so lange wie 13 - 16 Stunden ist. Obwohl die Denitrifizierung effektiv durchgeführt wird, da die Denitrifizierungskapazität gemäß dem Verfahren ein so hohes Niveau wie 70 - 80% erreicht, ist die Dephosphorierung für den praktischen Einsatz nicht zufriedenstellend. Obwohl Phosphor-Verbindungen einmal an überschüssigem Schlamm fixiert werden, werden sie unter anaeroben Bedingungen wieder freigesetzt. Weiter wird die Schlammkonzentration bei so niedrigem Niveau gehalten, daß im Recyclisierungsverfahren ein Reaktor mit einer großen Kapazität erforderlich ist.
Im modifizierten Recyclisierungsverfahren wird vor dem Denitrifizierungstank, der in dem obigen Recyclisierungsverfahren bereitgestellt wird, weiter ein anaerober Tank bereitgestellt. Eine Mischung des Recyclisierungsschlammes aus dem End-Absetzbecken und des Abwassers aus der Abscheidung am Anfang wird in dem anaeroben Tank unter anaeroben Bedingungen einer Reaktion mit einer BOD-Komponente unterzogen, um den Phosphor aus Mikroorganismen im Schlamm freizusetzen und die Aufnahme von Phosphor unter aeroben Bedingungen zu fördern. Daraufhin werden Denitrifizierung und aerobe Nitrifizierung bewirkt, so daß die Denitrifizierung und die Phosphorierung simultan durchgeführt werden. Gemäß diesem Verfahren wird die für die Reinigung erforderliche Zeit stark herabgesetzt, aber die Denitrifizierungsrate und Dephosphorierungsrate ist für den praktischen Einsatz nicht zufriedenstellend und das Problem der Wiederfreisetzung von Phosphor-Verbindungen bleibt immer noch ungelöst.
Hinsichtlich der Dephosphorierung hat man die folgenden Verfahren bislang für brauchbar gehalten. Das heißt, es gibt ein Verfahren zur Entfernung von Phosphor-Verbindungen als Niederschläge durch direktes Gießen von chemischen Lösungen von Aluminium, Calcium und dergleichen in einen Belüftungstank und Umsetzung der Chemikalien mit den Phosphor-Verbindungen, ein Verfahren zur Entfernung der Phosphor-Verbindungen durch Leiten durch einen Turm oder einen Tank, in dem sich Adsorptionsmittel wie beispielsweise aktivierte Tonerde und dergleichen befinden, und bei dem die Phosphor-Verbindungen auf den Adsorptionsmitteln adsorbiert werden, und ein Kristallisierungs-Dephosphorierungs-Verfahren durch Steuerung des pH einer Phosphor-haltigen Lösung, um die Phosphor-Verbindungen in einen metastabilen übersättigten Zustand zu überführen und den Phosphor auf einer Vielfalt von Teilchen zu kristallisieren. Diese Verfahren sind jedoch nur in der Lage, die Phosphor-Verbindungen zu entfernen, aber entfernen die anderen Schadstoffe wie beispielsweise die BOD-Komponente und die Stickstoff-Verbindungen kaum.
Den vorliegenden Erfindern ist es gelungen, ein Verfahren zur Entfernung von Schadstoffen wie beispielsweise suspendierten Feststoff-Komponenten (im folgenden als SS-Komponenten bezeichnet), BOD-Komponenten, Stickstoff-Verbindungen, Phosphor-Verbindungen und dergleichen aus Abwasser in kurzer Zeit und mit hoher Entfernungseffizienz ohne Verursachung großer Massen bereitzustellen und die Apparatur zu miniaturisieren.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abwasserreinigung durchgeführt durch Bereitstellung eines ersten anaeroben Reinigungsverfahrens und eines zweiten aeroben Reinigungsverfahrens in Reihe und kontinuierliche Entfernung von mindestens SS-Komponenten, BOD-Komponenten, Stickstoff-Verbindungen und Phosphor-Verbindungen in Abwasser, welches umfaßt
a) Zugabe eines Flockungsmittels zur Abwasser-Beschickung, um Phosphor-haltige Flocken herzustellen, und gewünschtenfalls weitere Zugabe eines polymeren Stoffes als Flockungsmittel dazu, um die Phosphor-haltigen Flocken noch größer zu machen, und Mischen des Wassers mit einer Recyclisierungs-Lösung aus dem zweiten aeroben Reinigungsverfahren, wobei diese Lösung mindestens Nitrate und Nitrite enthält, um ein gemischtes Abwasser, das die Phosphor-haltigen Flocken enthält, zu erhalten,
b) Einführen des gemischten Abwassers, das die Phosphorhaltigen Flocken enthält, in das erste anaerobe Reinigungsverfahren, das mindestens Denitrifizierungs- Bakterien enthält, wobei man darin lösliche organische Substanzen und die BOD-Komponenten, die von den SS- Komponenten abgeleitet sind, anaerob zersetzt und Nitrate und Nitrite in Stickstoffgas umwandelt,
c) Entfernen von Feststoffen aus dem Wasser, die in dem anaeroben Reinigungsverfahren behandelt wurden, um eine Überstands-Lösung zu erhalten,
d) Einführen der Überstands-Lösung, die aus dem anaeroben Reinigungsverfahren resultiert, in das zweite aerobe Reinigungsverfahren, das mindestens Nitrifizierungs- Bakterien enthält, wobei man darin Ammonium-Verbindungen, die in der Überstands-Lösung anwesend sind, in Nitrate und Nitrite umwandelt und restliche mikrobiell zersetzbare organische Substanzen aerob zersetzt, um Gase aus dem Verfahren abzulassen, und
e) Recyclisieren mindestens eines Teiles der Lösung, die oben aerob behandelt wurde (im folgenden als "aerob behandelte Lösungf; bezeichnet) oder einer Lösung, die nach Entfernung der SS-Komponenten aus der aerob behandelten Lösung erhalten wurde, in einen Einlaß des anaeroben Reinigungsverfahrens.
Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm eines Beispiels für die Abwasserreinigungs-Apparatur der vorliegenden Erfindung.
Die Art und die Zusammensetzung von in der vorliegenden Erfindung behandeltem Abwasser ist nicht besonders beschränkt, solange das Abwasser mindestens die SS-Komponenten, die BOD- Komponenten, die Stickstoff-Verbindungen und die Phosphor- Verbindungen enthält. Die typischen Beispiele sind Viehzucht- Abfälle, Abwässer, die aus Zellstoffherstellungs-Fabriken ausgetragen werden, Abwässer in verschiedenen Nahrungsmittelindustrien wie beispielsweise der Herstellung von Brothefe, der Verarbeitung von Früchten, der Herstellung von Zucker und Stärke, der Herstellung von alkoholischen Getränken wie beispielsweise Wein, Bier und dergleichen, Abwässer in Fermentationsindustrien wie beispielsweise Bohnenpaste, Soja und dergleichen ebenso wie allgemeines Abwasser und Haushalts- Abwässer wie beispielsweise abgezogener menschlicher Abfall und Abwasser vom Kochen. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Abwasser angewendet werden, das Vorbehandlungen wie beispielsweise Filtration und Behandlung mit Aktivkohle unterzogen wurde.
Als ein Beispiel für Abwasser umfaßt 1 Liter Abwasser in der Praxis
BOD: 1000 mg oder weniger
Gesamt-Stickstoff (T-N): 100 mg oder weniger
Gesamt-Phosphorsäure (T-P): 40 mg oder weniger
suspendierte Feststoff-Komponente (SS): 1000 mg oder weniger
suspendierte organische Substanz (VSS): 1000 mg oder weniger
(gemäß JIS oder genehmigtem Verfahren).
Erfindungsgemäß wird Abwasser mit einem hohen Gehalt an suspendierten organischen Substanzen behandelt und derartiges Abwasser mit einem hohen Gehalt an suspendierten organischen Substanzen wird bevorzugter behandelt.
Ein Flockungsmittel zur Dephosphorierung wird dem zu behandelnden Abwasser zugegeben und damit vermischt, um Phosphorhaltige Flocken zu bilden. Das Flockungsmittel für die Dephosphorierung ist nicht speziell beschränkt, solange es mit Phosphor-Verbindungen unter Bildung von wasserunlöslichen Flocken reagiert. Als typische Beispiele für das Flockungsmittel werden erwähnt:
(i) Aluminium-Flockungsmittel: Polyaluminiumchlorid, Aluminiumsulfat und dergleichen,
(2) Eisen-Flockungsmittel: Polyeisen, Eisen(III)chlorid, Eisen(II) sulfat,
(3) Ca-Verbindungen: CaCO&sub3;, Ca(OH)&sub2;, CaO und dergleichen,
(4) die anderen Metallsalze: Salze von Mg, Zn, Ba und dergleichen,
(5) Glühofenschlacke, Kohlenasche und dergleichen.
Die Menge an Flockungsmittel für die Dephosphorierung reicht aus, um hinsichtlich der Menge der Phosphor-Verbindungen, die im Abwasser vorhanden sind, die stöchiometrische Menge zu sein. Die Menge in der Praxis liegt vorzugsweise in einem Anteil von etwa 2 Mol, insbesondere etwa 3 - 5 Mol, pro 1 Mol Phosphor-Verbindungen vor. In diesem Zusammenhang wird es bevorzugt, das Flockungsmittel für die Dephosphorierung mit dem Abwasser in Kontakt zu bringen und die Mischung kräftig zu rühren, um Phosphor-haltige Flocken glatt zu bilden.
Um die Phosphor-haltigen Flocken noch größer zu machen, wird das andere Flockungsmittel wie beispielsweise polymere Flockungsmittel vorzugsweise zugegeben. Die polymeren Flokkungsmittel sind beispielsweise anionische polymere Flockungsmittel wie beispielsweise anionisches Polyacrylamid und anionisches Polypatriumacrylat. Die polymeren Flockungsmittel werden üblicherweise in einer Konzentration innerhalb des Bereichs von etwa 0,1 - 20 ppm eingesetzt. Die Bildung von flockulierten Flocken vermindert die Menge an Phosophor- Verbindungen, die im Abwasser verbleibt, stark. Wenn sowohl Dephosphorierungsmittel als auch polymere Flockungsmittel verwendet werden, wird ein beliebiges davon zuerst zugesetzt, aber vorzugsweise werden zuerst die Dephosphorierungsmittel zugesetzt.
Eine Recyclisierungslösung, die aus dem zweiten aeroben Reinigungsverfahren resultiert und Nitrate und Nitrite enthält (im folgenden als Recyclisierungs-Lösung bezeichnet), wird mit dem Phosphor-haltigen flockulierten Abwasser gemischt, um ein gemischtes Abwasser zu ergeben, das die Phosphor-haltigen Flocken aufweist (als gemischtes Abwasser bezeichnet). Das Verhältnis der zugesetzten Recyclisierungs-Lösung zu dem Phosphor-haltigen flockulierten Abwasser (im folgenden als Recyclisierungs-Verhältnis bezeichnet) sollt so festgelegt werden, daß das Verhältnis der BOD-Komponente zum Gesamt- Stickstoff, der in der in dem nächsten anaeroben Reinigungsverfahren zu behandelnden Lösung (dem gemischten Abwasser) gelöst ist, im Bereich von 2,86 oder mehr liegt, welches der theoretische Wert in der anaeroben Reinigung von Abwasser ist. In diesem Zusammenhang variiert das Recyclisierungsverhältnis (Volumenverhältnis) in Abhängigkeit von den Zusammensetzungen des Abwassers und der Recyclisierungs-Lösung, liegt aber üblicherweise im Bereich von etwa 0,5 - 5.
Das Flockungsverfahren wird auf Abwasser mit einem pH im Bereich von etwa 5 - 9 bei einer Temperatur von etwa 8 - 40ºC angewendet. Abwasser hat jedoch üblicherweise einen pH und eine Temperatur in den oben beschriebenen Bereichen und somit ist üblicherweise keine weitere künstliche Kontrolle erforderlich.
Das so erhaltene gemischte Abwasser, das die Phosphor-haltigen Flocken enthält, wird zum nächsten anaeroben Reinigungsverfahren gebracht.
Im anaeroben Reinigungsverfahren der ersten Stufe werden die BOD-Komponenten, Nitrate und Nitrite auf dieselbe Weise wie im herkömmlichen anaeroben Abwasserreinigüngsverfahren anaerob reduziert und durch Mikroorganismen zersetzt und schließlich wird Gas wie beispielsweise Stickstoffgas oder dergleichen erzeugt. Mit anderen Worten, die SS-Komponenten werden durch Mikroorganismen hydrolysiert und solubilisiert. Die in dem gemischten Abwasser gelösten BOD-Komponenten und die solubilisierten BOD-Komponenten werden über organische Säuren in Gase wie beispielsweise Kohlendioxidgas oder dergleichen umgewandelt. Die Nitrate und die Nitrite werden durch die Nitrat- Atmung und die Nitrit-Atmung von fakultativen Anaeroben ebenfalls schließlich in Stickstoffgas umgewandelt. In diesem Zusammenhang fungiert in diesem Fall die oben erwähmte BOD- Komponente als Wasserstoff-Donor. Die Ammonium-Verbindungen in dem gemischten Abwasser werden in dem anaeroben Reinigungsverfahren nur als Nährstoff für verschiedene Mikroorganismen verbraucht und erfahren im wesentlichen keine chemischen Veränderungen. Phosphor-Verbindungen, die aus den Phosphorhaltigen Flocken eluiert werden, eine kleine Menge an Phosphor-Verbindungen, die in dem gemischten Abwasser gelöst sind, und ein Teil der Nitrate und der Nitrite werden ebenfalls als Nährstoff für verschiedene Mikroorganismen verbraucht. Wenn somit Substanzen im anaeorben Reinigungsverfahren zersetzt werden, vermehren sich auch die Mikroorganismen. In diesem Verfahren sind üblicherweise keine künstlichen Verfahren wie beispielsweise pH-Einstellung und Temperaturregelung speziell erforderlich.
Somit werden Feststoffe durch die herkömmlichen Feststoff- Flüssigkeits-Trennmittel wie beispielsweise Sedimentation, Zentrifugation, Filtration oder dergleichen aus dem in dem ersten anaeroben Reinigungsverfahren behandelten Wasser (im folgenden als anaerobe Reinigungslösung bezeichnet) entfernt, und es wird eine Überstands-Lösung (im folgenden als anaerob behandelte Überstands-Lösung bezeichnet) erhalten. Die hierin entfernten Feststoffe umfassen hauptsächlich Phosphor-haltige Flocken und Mikroorganismen. Die Überstands-Lösung enthält die BOD-Komponente, die Ammonium-Verbindungen und eine kleine Menge an Phosphor-Verbindungen.
Die anaerob behandelte Überstands-Lösung wird dem nächsten aeroben Reinigungsverfahren zugeführt. In dem aeroben Reinigungsverfahren der zweiten Stufe werden die BOD-Komponenten und die Ammonium-Verbindungen anaerob durch Mikroorganismen in Anwesenheit eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases wie beispielsweise Luft oxidiert und schließlich werden Kohlendioxidgas, Nitrate und Nitrite auf dieselbe Weise wie in dem herkömmlichen aeroben Abwasserreinigungsverfahren erzeugt. Das heißt, die BOD-Komponenten werden durch Mikroorganismen oxidiert und schließlich in Kohlendioxidgas umgewandelt. Das Kohlendioxidgas wird zusammen mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas aus dem aeroben Reinigungsverfahren abgelassen. Die Ammonium-Verbindungen werden durch Nitrat-Bakterien und Nitrit-Bakterien in Nitrate und Nitrite umgewandelt. Die BOD-Komponenten, die Ammonium-Verbindungen, ein Teil der Nitrate und der Nitrite und eine kleine Menge der restlichen Phosphor-Verbindungen werden als Nährstoffe für verschiedene Mikroorganismen in dem aeroben Reinigungsverfahren verbraucht.
In dem aeroben Reinigungsverfahren wird ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas wie beispielsweise Luft, ein gemischtes Sauerstoff-Gas oder Sauerstoff durch das Wasser geblasen, um molekularen Sauerstoff bereitzustellen und zu vermeiden, daß nicht genügend molekularer Sauerstoff im Wasser gelöst ist.
Wenn das suspendierte aktivierte Schlamm-Verfahren als das aerobe Reinigungsverfahren angewendet wird, wird es bevorzugt, eine kleine Menge von 0,01 - 0,05 ppm an polymeren kationischen Flockungsmitteln zuzusetzen, um die Bildung von großen Massen zu verhindern. Im aeroben Reinigungsverfahren sind außer der Belüftung keine weiteren künstlichen Operationen wie beispielsweise die Einstellung des pH und die Temperaturregulierung speziell erforderlich.
Feststoffe werden üblicherweise mit Hilfe der herkömmlichen Feststoff-Flüssigkeits-Trennmittel wie beispielsweise Sedimentation, Zentrifugation, Filtration und dergleichen aus dem in dem zweiten aeroben Reinigungsverfahren behandelten Wasser entfernt, um eine Überstands-Lösung zu liefern. Mindestens ein Teil des aerob behandelten Wassers oder ein Teil der Überstands-Lösung, die erhalten wird, nachdem irgendwelche suspendierte Feststoffe aus der aerob behandelten Lösung enfernt worden sind, wird zum Einlaß des anaeroben Reinigungsverfahrens recyclisiert. Der Rest wird ausgetragen oder wiederverwendet, direkt oder nachdem er abhängig von den Erfordernissen verschiedenen Behandlungen unterzogen wurde.
Eine für das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren geeignete Abwasserreinigungs-Apparatur wird im folgenden beschrieben.
Die Abwasserreinigungs-Apparatur umfaßt mindestens drei Tanks, d.h. (1) einen Flockungs-Mischtank, der mit einem Abwasser- Zufuhrrohr, einem Zufuhrrohr für Flockungsmittel zur Dephosphorierung und einem Rührer versehen ist, (2) einen anaeroben Tank für die anaerobe und mikrobielle Zersetzung von Schadstoffen im Abwasser, wobei der Tank im oberen Teil mit einem Gasauslaß versehen ist, und (3) einen aeroben Tank, der im oberen Teil mit einem Gasablaß-Auslaß und einem Überlaufrohr und im unteren Teil mit einer Vorrichtung zur Einführung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases versehen ist und der mikrobiellen Oxidation von Schadstoffen in eine Überstands-Lösung, die vom anaeroben Tank (2) bereitgestellt wird, dient. Der Flockungs-Mischtank und der anaerobe Tank sind durch ein Rohr für das gemischte Abwasser verbunden. Der anaerobe Tank und der aerobe Tank sind durch ein Rohr für den Transport der Überstands-Lösung in den anaeroben Tank verbunden. Der aerobe Tank und der Einlaß des anaeroben Tanks sind durch ein Zufuhrrohr für die Recyclisierungs-Lösung verbunden. Der anaerobe Tank und der aerobe Tank sind jeweils mit Feststoff-Abtrennvorrichtungen versehen. In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise ein Zufuhrrohr für polvmeres Flockungsmittel mit dem Rohr für das gemischte Abwasser verbunden, um polymere Flockungsmittel dem gemischten Abwasser, das die Phosphor-haltigen Flocken enthält, zuzusetzen.
In der Apparatur der vorliegenden Erfindung können ein Flockungs-Mischtank und ein anaerober Tank in integrierter Form vorhanden sein. Weiter kann eine Feststoff-Abtrennvorrichtung in den anaeroben Tank eingebaut sein. Weiter können der Flockungs-Mischtank, der anaerobe Tank und die Feststoff- Abtrennvorrichtung in integrierter Form vorliegen.
Es wird irgendein Typ von anaerobem Tank verwendet. Ein vertikaler Tank, in dem die untere Schicht eine Flocken- Schicht ist und eine Lösung innerhalb des Tanks nach oben durch die Flocken-Schicht geleitet wird, wird bevorzugt. Es wird auch bevorzugt, im Tank einen Rührer wie beispielsweise einen Drehrührer oder dergleichen vorzusehen. Als anaerober Tank kann auch ein Reaktor vom vollständigen Mischungs-Typ eingesetzt werden.
Es wird irgendein aerober Tank verwendet. Ein Reaktor, in dem eine Feststoff-Abtrennvorrichtung eingebaut ist, kann verwendet werden. Ein Festbett-Reaktor oder ein Wirbelbett- Reaktor, in dem immobilisierte Produkte, die durch Immobilisierung von Mikroorganismen, Enzymen oder diese enthaltenden aktivierten Schlämmen durch herkömmliche Verfahren erhalten wurden, vorgesehen sind, kann verwendet werden. In diesem Zusammenhang kann auch ein aerober Selbst-Granulations- Reaktor, in dem man von der Granulationsfähigkeit der Mikroorganismen Gebrauch macht, eingesetzt werden. Aerob behandelte Lösungen, z.B. diejenigen, die aus dem Festbett-Reaktor oder dem Wirbelbett-Reaktor, in dem die immobilisierten Produkte vorgesehen sind, oder dem aeroben Selbst-Granulations-Reaktor erhalten werden, enthalten nicht so viele SS-Komponenten, daß sie so zur Recyclisierung fähig sind, wie sie es ohne Abtrennung von Feststoffen aus der Lösung sind.
Die Feststoff-Abtrennungsvorrichtungen schließen die herkömmlichen Feststoff-Flüssigkeits-Abtrennvorrichtungen wie beispielsweise einen Sedimentationstank, eine Zentrifuge und einen Filter und die Mittel zum Austrag des Feststoffes, der mit Hilfe der Feststoff-Flüssigkeits-Abtrennvorrichtung aus dem Verfahren abgetrennt wurde, z.B. ein Feststoff-Austragsrohr, ein.

BEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf Beispiele erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.

Beispiel 1

Unter Bezugnahme auf das Fließdiagramm, das in Fig. 1 erläutert ist, wird eines der Beispiele für die erfindungsgemäße Abwasserreinigungs-Apparatur erläutert.
Die Abwasserreinigungs-Apparatur umfaßt einen Flockungs- Mischtank 1, einen anaeroben Tank 2 und einen aeroben Tank 3.
Der Flockungs-Mischtank 1 weist einen eingebauten Drehrührer 26 und ein Abwasser-Zufuhrrohr 11 und ein Zufuhrrohr 12 für ein Flockungsmittel für die Dephosphorierung auf.
Der anaerobe Tank 2 ist ein vertikaler Tank, in dem ein Rührer 16 vorgesehen ist und weiter im oberen Teil ein Gasablaßrohr 25 vorgesehen ist. Das Innere des Tanks fungiert als Sedimentationstank.
Der aerobe Tank 3 ist ein vertikaler Tank, in dessen Mitte ein Belüftungszylinder 3a vorgesehen ist und ein Gasverteiler 3b, der in Verbindung mit einem Luft-Zufuhrrohr 19 steht, unter dem Belüftungszylinder 3a ebenfalls vorgesehen ist. Ein aus dem äußeren Umfang des Belüftungszylinders 3a und dem inneren Umfang des aeroben Tanks 3 gebildeter Hohlzylinder-Teil fungiert als Sedimentationstank. Der Boden des Flockungs- Mischtanks 1 und der Boden des anaeroben Tanks 2 sind mittels eines Rohres 14 für das gemischte Abwasser verbunden. Mit dem Rohr 14 für das gemischte Abwasser ist ein Zufuhrrohr 13 für das polymere Flockungsmittel verbunden. Der obere Teil des anaeroben Tanks 2 und der untere Teil des aeroben Tanks 3 sind durch ein Überlaufrohr 17 verbunden. Das Überlaufrohr 17 steht in Verbindung mit einem Zufuhrrohr 18 für polymeres Flockungsmittel im unteren Teil des aeroben Tanks 3.
Der obere Teil des aeroben Tanks 3 und das Rohr 14 für das gemischte Abwasser sind über eine Pumpe 5 durch ein Zufuhrrohr 23 für Recyclisierungs-Lösung verbunden.
In den unteren Teilen des anaeroben Tanks 2 und des aeroben Tanks 3 sind Feststoff-Austragsrohre 15 bzw. 20 vorgesehen. Diese Rohre 15 und 20 sind jeweils mit einem Feststoff- Reservoir 4 verbunden. Im unteren Teil des Feststoff-Reservoirs 4 ist ein Feststoff-Abzugsrohr 24 vorgesehen.
Abwasser, das mindestens die SS-Komponenten, die BOD-Komponenten, die Stickstoff-Verbindungen und die Phosphor- Verbindungen enthält, wird dem Flockungs-Mischtank 1 aus dem Abwasser-Zufuhrrohr 11 zur Verfügung gestellt. Durch ein Zufuhrrohr 12 für Flockungsmittel für die Dephosphorierung wird dem Abwasser ein Flockungsmittel für die Dephosphorierung zugesetzt. Das Abwasser wird kräftig gerührt, bis Phosphorhaltige Flocken gebildet werden. Phosphor-haltiges flockuliertes Abwasser wird aus dem Flockungs-Mischtank 1 ausgetragen und durch ein Zufuhrrohr 13 für polymeres Flockungsmittel wird dem Wasser ein polymeres Flockungsmittel zugesetzt. Dann wird die Mischung mit einer Recyclisierungs-Lösung gemischt, die durch ein Zufuhrrohr 23 für die Recyclisierungs-Lösung geführt wird. Das gemischte Abwasser, das die Phosphorhaltigen Flocken aufweist, wird durch ein Zufuhrrohr 14 für gemischtes Abwasser zum unteren Teil des anaeroben Tanks 2 transportiert. Das gemischte Abwasser wurde mit einer Vielfalt von Mikroorganismen in Kontakt gebracht, während es in dem anaeroben Tank 2 nach oben geleitet wurde, bis die BOD- Komponenten, die Nitrate und die Nitrite, die in dem gemischten Abwasser enthalten sind, anaerob zersetzt werden, um Gas wie beispielsweise das Stickstoffgas und das Kohlendioxidgas zu erzeugen. Diese Gase bilden Blasen, steigen zusammen mit dem gemischten Abwasser durch den Tank 2 auf und werden schließlich aus einem Gasauslaß 25 freigesetzt. Andererseits treten Feststoffe wie beispielsweise Phosphor-haltige Flocken und Mikroben-Zellen nach unten durch den anaeroben Tank 2, setzen sich am Boden des Tanks ab und bilden eine Schicht aus den Feststoffen. Überschüssige Feststoffe werden vom unteren Teil der Schicht aus den Feststoffen durch das Feststoff- Austragsrohr 15 aus dem Tank ausgetragen. Das gemischte Abwasser steigt durch die Schicht aus den Feststoffen nach oben.
Anaerob behandelte transparente Lösung, in der die Feststoffe sedimentiert worden sind, während das Abwasser im Tank nach oben steigt, wird über ein Überlauf-Rohr 17 vom oberen Teil des anaeroben Tanks 2 zum unteren Teil des nächsten aeroben Tanks 3 geleitet. In der anaerob behandelten Lösung sind die BOD-Komponenten, die Ammonium-Verbindungen und dergleichen enthalten. Die anaerob behandelte transparente Lösung wird mit einem polymeren Flockungsmittel gemischt, das durch ein Zufuhrrohr 18 für polymeres Flockungsmittel, das mit dem Überlauf-Rohr 17 unterhalb des aeroben Tanks 3 verbunden ist, bereitgestellt wird.
Die anaerob behandelte transparente Lösung, die aus dem unteren Teil des aeroben Tanks 3 bereitgestellt wird, wird mit Luft in Kontakt gebracht, die durch ein Luft-Zufuhrrohr 19 bereitgestellt und aus Poren am Verteiler 3b im Belüftungszylinder 3a freigesetzt wird. Die BOD-Komponenten und die Ammonium-Verbindungen, die in der transparenten Lösung enthalten sind, werden durch Mikroorganismen oxidiert und schließlich werden Kohlendioxidgas, Nitrate und Nitrite produziert. Das Kohlendioxidgas und die zugeführte Luft steigen zusammen mit der Lösung durch den Belüftungszylinder 3a nach oben und werden über die Öffnung am Kopf des Tanks und ein Gas-Ablaßrohr 22 aus dem aeroben Tank 3 abgelassen.
Feststoffe, die die mikrobiellen Zellen oder dergleichen enthalten, werden in dem Hohlzylinder, der durch die Außenseite des Belüftungszylinders 3a und die Innenseite des aeroben Tanks 3 definiert wird, sedimentiert. Die sedimentierten Feststoffe setzen sich am Boden des aeroben Tanks 3 ab, bis die Schicht aus den Feststoffen gebildet wird. Überschüssige Feststoffe am Boden der Schicht der Feststoffe werden über das Feststoff-Austragsrohr 20 allmählich aus dem Tank ausgetragen. Die transparente Lösung bleibt im oberen Teil des Hohlzylinders des aeroben Tanks 3. Die transparente Lösung enthält Nitrate, Nitrite und dergleichen.
Mindestens ein Teil der transparenten Lösung wird aus dem Einlaß des Tanks 2 in Form von gemischtem Abwasser über eine Pumpe 5, das Zufuhrrohr 23 für die Recyclisierungs-Lösung und das Rohr 14 für das gemischte Abwasser zum anaeroben Tank 2 recyclisiert. Der Rest der transparenten Lösung wird aus einem Überlauf-Rohr 21 aus dem Tank ausgetragen.
Die Feststoffe, die von den Böden des anaeroben Tanks 2 und des aeroben Tanks 3 über die Feststoff-Austragsrohre 15 bzw. 20 ausgetragen werden, werden in einem Feststoff-Reservoirtank 4 gelagert und in geeigneter Weise über ein Feststoff-Abzugsrohr 24 ausgetragen.

Beispiel 2

Städtisches Abwasser wurde während der Zeit vom 1. November 1990 bis 15. Mai 1991 mit der in Beispiel 1 beschriebenen Abwasserreinigungs-Apparatur behandelt.

(1) Elemente der Apparatur

(i) Flockungs-Mischtank

Länge: 100 mm, Breite: 100 mm und Tiefe: 150 mm; Innenvolumen: 1,43 Liter;
Es wird eine Schaufel mit einem Schaufelteil mit einer Länge von 80 mm vorgesehen.

(ii) Anaerober Tank:

Durchmesser 100 mm x 2 m Höhe; ein Trenn-Teil mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe von 200 mm wird am Kopf vorgesehen. Schaufeln mit einem 90 mm langen und 20 mm breiten Flügel sind in einem Abstand von 80 mm vorgesehen.

(iii) Aerober Tank:

Durchmesser 200 mm x 2 m Höhe; ein Belüftungszylinder mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 1,8 m ist in der Mitte eingebaut.

(2) Betriebselemente

(i) Flockungs-Mischtank

Abwasser-Beschickung: Abwasser, in dem unbehandeltes städtisches Abwasser, erhalten nachdem vereinigtes Abwasser durch ein grobes Gittersieb und ein Sand- Absetzbecken geleitet worden war, weiter durch ein Sieb (Öffnung 2,5 mm) geleitet wurde. Die Zusammensetzung des Abwassers ist in Tabelle 1 gezeigt.
Zufuhrrate: 7,8 l/h.
Recyclisierungs-Lösung: Zufuhrrate 7,8 - 39,1 l/h. Die Zusammensetzung der Lösung ist in Tabelle 1 gezeigt.
Flockungsmittel für Dephosphorierung: Polyaluminiumchlorid.
Menge: 8 - 11 ppm.
pH: 7,0.
Temperatur: 8 - 18ºC.
Rühren: Rotationsgeschwindigkeit der Schaufel 200 UpM.
Verweilzeit: 5 Minuten.

(ii) Anaerober Tank:

Volumen der Feststoff-Schicht: 11 Liter.
Rühren: Rotationsrate der Schaufel 1 - 5 UpM.
Verweilzeit: 2 Stunden.
Polymeres Flockungsmittel: Schwach anionisches Polymer (Himolock 55-220, Handelsbezeichnung, Kyoritsu Yuki Kogyo Kenkyusho, K.K.), Konzentration 1 - 2 mg/l.
Abgas: 14 l/Tag.
Ausgetragene anaerob behandelte transparente Lösung: 15,6 - 46,8 l/h. Die Zusammensetzung ist in Tabelle 1 gezeigt.
Ausgetragener Feststoff: 50 g/Tag, ausgedrückt als Trockenmenge.

(iii) Aerober Tank

Volumen des Belüftungszylinders: 13 Liter.
Belüftungsrate: 2,6 l/Min.
Verweilzeit: 2 Stunden.
Polymeres Flockungsmittel: Stark kationisches Polymer (Polymethacrylatester "C-480H", Handelsbezeichnung, Mitsui Cyanamide K.K.), Konzentration 0,1 mg/l.
Ausgetragene aerobe behandelte transparente Lösung: 15,6 - 46,8 l/h.
Ausgetragener Feststoff: ca. 1 - 2 g/Tag, ausgedrückt als Trockenmenge. Tabelle 1* Gegenstand Abwasser-Beschickung Anaerob behandelte transparente Lösung Aerob behandelte transparente Lösung End-Entfernungs-Verhältnis (%) Suspendierte Substanz (mg/l) Gesamt-BOD-Komponente (mg/l) Suspendierte BOD-Komponente (mg/l) Gesamt-COD-Komponente (mg/l) Suspendierte COD Komponente (mg/l) Ammoniak-Stickstoff (mg/l) Nitrat-Stickstoff** (mg/l) Gesamt-Phosphorsäure (mg/l) Orthophosphorsäure (mg/l) SS-Komponente von aktiviertem Schlamm (mg/l) VSS-Komponente von aktiviertem Schlamm (mg/l) bis * Werte in der Tabelle zeigen die Durchschnittswerte während der Arbeitsperiode (Daten des 180-tagigen kontinuierlichen Betriebs). ** Den Nitrit-Stickstoff enthaltend. *** Entfernungsverhältnis von gesamtem NO&sub3; und NH&sub3;
In diesem Beispiel erreichte die Schlamm-Verweilzeit (SRT) 48 Stunden und die spezielle Vermehrungsrate u der Denitrifizierungs-Bakterien im anaeroben Tank lag im Bereich von 0,2 - 0,4/h, so daß es möglich war, die Konzentration der Denitrifizierungs-Bakterien auf einem hohen Niveau zu halten. Zusätzlich traten während dieser Zeitspanne keine Probleme wie zum Beispiel Anhäufung oder dergleichen auf.
Erfindungsgemäß werden Schadstoffe wie beispielsweise die BOD- Komponenten, die Stickstoff-Verbindungen und die Phosphor- Verbindungen aus verschiedenen Abwässern in kurzer Zeit und mit hohem Entfernungsverhältnis ohne Massen-Anhäufung entfernt und die festen Niederschläge lassen sich leicht entwässern. Darüber hinaus erlaubt die vorliegende Erfindung die Miniaturisierung der Apparatur.

Claims

1. Verfahren zur Abwasserreinigung durch Bereitstellen eines ersten anaeroben Reinigungsverfahrens und eines zweiten aeroben Reinigungsverfahrens in Reihe und kontinuierliche Entfernung von mindestens suspendierten Feststoffen, mikrobiell zersetzbaren organischen Substanzen, Stickstoff-Verbindungen und Phosphor-Verbindungen in Abwasser, welches umfaßt

a) Zugabe eines Entphosphorierungs-Flockungsmittels zur Abwasser-Beschickung, bis Phosphor-haltige Flocken erzeugt werden, und Mischen des Wassers mit einer Recyclisierungs-Lösung aus dem zweiten aeroben Reinigungsverfahren, wobei diese Recyclisierungs-Lösung mindestens Nitrate und Nitrite enthält, um gemischtes Abwasser, das die Phosphorhaltigen Flocken enthält, zu ergeben,

b) Einführen des die Phosphor-haltigen Flocken enthaltenden gemischten Abwassers in das erste anaerobe Reinigungsverfahren, das mindestens Denitrifizierungs-Bakterien enthält, wobei man darin die Nitrate und Nitrite in Stickstoffgas umwandelt und die mikrobiell zersetzbaren organischen Substanzen anaerob zersetzt und das resultierende Gas aus dem Verfahren abläßt,

c) Entfernung von Feststoffen aus der Lösung, die in dem anaeroben Reinigungsverfahren behandelt wurden, um eine Überstands-Lösung zu erhalten,

d) Einführung der aus dem anaeroben Reinigungsverfahren resultierenden transparenten Lösung in das zweite aerobe Reinigungsverfahren, das mindestens Nitrifizierungs-Bakterien enthält, wobei man darin Ammonium-Verbindungen in der Überstands-Lösung in Nitrate und Nitrite umwandelt und restliche mikrobiell zersetzbare organische Substanzen aerob zersetzt und Gase aus dem Verfahren abläßt, und

e) Recyclisierung mindestens eines Teiles der aerob behandelten Lösung oder eines Teiles der Überstands-Lösung, die nach der Entfernung von suspendierten Feststoff-Komponenten aus der obigen Lösung erhalten wurde, in den Einlaß des anaeroben Reinigungsverfahrens.

2. Verfahren zur Abwasserreinigung nach Anspruch 1, bei dem ein Entphosphorierungs-Flockungsmittel zusammen mit einem polymeren Flockungsmittel der Abwasser-Beschickung zugesetzt wird.

3. Verfahren zur Abwasserreinigung nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis der mikrobiell zersetzbaren organischen Substanzen zum gesamten im anaeroben Reinigungsverfahren vorhandenen Stickstoff auf die theoretische Äquivalenz von 2,86 oder mehr reguliert wird.

4. Verfahren zur Abwasserreinigung nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, bei dem das Volumenverhältnis der Recyclisierungs-Lösung zum Abwasser im Bereich von 0,5 - 5 liegt.

5. Verfahren zur Abwasserreinigung nach Anspruch 1, bei dem im Flockungs-Verfahren der pH im Bereich von etwa 5 - 9 und die Temperatur im Bereich von etwa 8 - 40ºC reguliert wird.

6. Abwasserreinigungs-Vorrichtung, umfassend mindestens drei Tanks, nämlich (1) einen Flockungs-Mischtank, der mit einem Abwasser-Zufuhrrohr, einem Zufuhrrohr für ein Flockungsmittel zur Entphosphorierung und einem Rührer versehen ist, (2) einen anaeroben Tank für die anaerobe und mikrobielle Zersetzung von Verunreinigungen im Abwasser, wobei der Tank im oberen Teil mit einem Gasauslaß versehen ist, und (3) einen aeorben Tank für die mikrobielle Oxidation von Verunreinigungen in der anaerob behandelten Lösung, die vom anaeroben Tank bereitgestellt wird, wobei dieser Tank mit einem Gasauslaß-Rohr und einem Überlaufrohr im oberen Teil und einer Vorrichtung für die Einführung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases im unteren Teil versehen ist, wobei der Flockungs-Mischtank und der anaerobe Tank durch ein Misch-Abwasser-Rohr verbunden sind, der anaerobe Tank und der aerobe Tank durch ein Rohr für den Transport einer Überstands-Lösung in den anaeroben Tank verbunden sind, der aerobe Tank und der Einlaß des anaeroben Tanks durch ein Rohr für die Bereitstellung einer Recyclisierungs-Lösung verbunden sind und der anaerobe Tank und der aerobe Tank mit einer Vorrichtung für die Abtrennung von Feststoffen versehen sind.

7. Abwasserreinigungs-Vorrichtung nach Anspruch 6, in der ein Rohr für die Bereitstellung von polymerem Flockungsmittel mit dem Misch-Abwasser-Rohr verbunden ist.