DE69406362T2 - Verfahren und Anlage zur biologischen Reinigung von Abwasser - Google Patents

Verfahren und Anlage zur biologischen Reinigung von Abwasser

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, vor allem Haus-, Kommunal- oder Industrieabwasser oder jedes andere Wasser, das gelöste oder suspendierte Schmutzstoffe oder Verunreinigungen enthält, wobei diese Schmutzstoffe und Verunreinigungen auf biologischem Wege entfernt werden können.
  • Die Reinigung von Abwasser erfolgt gegenwärtig im wesentlichen durch ein Verfahren, das darin besteht, das in Gegenwart von Sauerstoff erfolgende Wachstum einer in Behandlungsbecken dispergierten Bakterienkultur (auch noch als freie Kultur oder Belebtschlamm bezeichnet) einzuleiten, und anschließend, nach ausreichend langem Kontakt, das vom Schlamm durch Dekantieren gereinigte Wasser in ein Klärbecken abzutrennen, wobei ein Teil des Schlamms in eines der Behandlungsbecken zurückgepumpt wird, um dort eine ausreichend hohe Konzentration an reinigenden Bakterien aufrechtzuerhalten, während der Rest als überschüssiger Belebtschlamm aus der Anlage ausgeschleust wird. Ein solches Reinigungsverfahren erfordert sowohl die Entfernung kohlenstoffhaltiger organischer Verschmutzungen als auch die Oxidation der stickstoffhaltigen Verunreinigungen durch Nitrifikation. Durch periodischen Kontakt zwischen Belebtschlamm und zu behandelndem Wasser ohne Luftzufuhr (sauerstofffreier Kontakt) kann man die heterotrophen Mikroorganismen dazu bringen, in Gegenwart von Kohlenstoff die Nitrate zu gasförmigem Stickstoff abzubauen, um eine Denitrifikation zu erreichen. Wenn man die Mikroorganismen einem systematischen Wechsel der anaeroben und aeroben Bedingungen unterwirft, kann man darüber hinaus eine übermäßige Anhäufung von phosphorhaltigen Verbindungen in den Mikroorganismen hervorrufen und eine biologische Entphosphatierung des zu behandelnden Wassers veranlassen.
  • Im Laufe der letzten zwanzig Jahre wurden zahlreiche Varianten dieses Verfahrens entwickelt, die verschiedene denkbare Anordnungen der anaeroben und aeroben Zonen enthalten und Anlaß für zahlreiche Patente und Veröffentlichungen waren.
  • Es wurde nun festgestellt, daß bei den Belebtschlamm verwendenden Verfahren der die Nitrifikation limitierende Parameter nicht die Transformationskinetik des ammoniakalischen oder organischen Stickstoffs in Nitraten ist, sondern das Alter (oder die reale Verweilzeit) des Schlamms, das notwendig ist, um die nitrifizierenden Mikroorganismen in der Anlage zu erhalten. Wie man weiß, dauert es sehr lange und hängt sehr stark von der Temperatur ab, bis diese nitrifizierenden Mikroorganismen gebildet sind; so muß bei einer Temperatur von 11ºC das Alter des Schlamms 10 Tage betragen; und man kann abschätzen, daß das Wachstum dieser Mikroorganismen bei Temperaturen unter 11ºC sehr stark verlangsamt ist. Außerdem können diese strikt aeroben Mikroorganismen nur in belüfteter Umgebung wachsen; die zu berücksichtigende Verweilzeit ergibt sich aus dem Belüftungsbecken. Daraus resultiert, daß man bei den Belüftungsbecken in Bezug auf die Kinetik beträchtliche und überdimensionierte Volumen vorsehen muß.
  • Wenn man das Alter des Schlamms mit A, die Temperatur des Biobeckens (ºC) mit T und die Tagesproduktion an Überschußschlamm [TS/d (Trockensubstanzitag)] mit Px bezeichnet, wird die bei Luftzufuhr für die Nitrifikation anfallende Menge Belebtschlamm Mbs durch folgende Gleichung errechnet:
  • (1) Mbs = A x Px ; wobei
  • (2) A = 4,5 x 0,914(T-20)
  • was gemäß den Empfehlungen der Deutschen Abwassertechnischen Vereinigung e.V. (nachstehend mit ATV abgekürzt) zu einer Tagesproduktion Px an Schlamm führt von:
  • wobei: TS bei biologischer Behandlung zugelassener täglicher TS-Fluß (kg TS/d)
  • BSB&sub5; = bei biologischer Behandlung zugelassener täglicher BSB&sub5;-fluß (kg BSB&sub5;/d)
  • und:
  • (4) K = A x 1,072(T-15)
  • Die Bemessung der zugeführten Luftmenge wird dann durch folgende Gleichung wiedergegeben:
  • (5) V = Mbs/Kbs
  • dabei bedeutet: V = Zugeführte Frischluftmenge (m³)
  • Mbs = Masse Belebtschlamm (kg)
  • Kbs = Konzentration an Belebtschlamm (kg/m³)
  • Zur Verringerung dieser Frischluftmenge wurden mehrere Lösungen vorgeschlagen.
  • Zum Beispiel wurde der Vorschlag gemacht, die Konzentration (Kbs) der Biomasse bei Luftzufuhr zu erhöhen. Wenn Qt die Durchsatzmenge, Qr die Rücklaufmenge und Kr die Konzentration des Rücklaufproduktes ist, ergibt sich folgende Gleichung für das Massengleichgewicht des Absetzbeckens:
  • (6) Qr x Kr = (Qt + Qr) x Kbs und daraus:
  • Da Kr zwangsläufig größer ist als Kbs, muß das Klärbecken eine eindickende Funktion wahrnehmen, damit die Konzentration Kr erreicht werden kann. Die Eindickungskonzentration eines Schlamms hängt jedoch von der Eindickungszeit (Tps) und von den mechanischen Eigenschaften des Schlamms ab. Solche mechanischen Eigenschaften können durch den Volumensedimentationsindex (nachstehend durch ISV ausgedrückt) in ml/g angegeben werden (das heißt das von 1 g Schlamm nach 30 Minuten Dekantieren eingenommene Volumen). Gemäß einer Empfehlung des ATV kann man schreiben:
  • wobei: Tps = Eindickungszeit des Schlamms bei der Klärung (h)
  • ISV = Volumenindex des Schlamms (ml/g)
  • K = Konstante, die je nach Rücklauftechnik des Schlamms 0,6 oder 0,7 beträgt
  • Bei der Klärung erfolgt nun das Eindicken des Schlamms ohne Sauerstoffzufuhr. Tps muß notgedrungen unter oder maximal gleich sein der Zeit für die Passage des Belebtschlamms bei Anaerobiose, wenn man den Abbau der mechanischen Qualität des Schlamms und der Leistungsfähigkeit der Behandlung vermeiden will. Eine Tps von 3 h wird in der Regel als Maximalwert angesehen. Folglich kann bei Vorliegen eines sehr guten ISV entsprechend 100 ml/g die Rücklaufkonzentration Kr nicht über 10 g/l hinausgehen, wenn die Gleichung (9) verwendet wird.
  • Außerdem ist Qr einerseits durch das zur Verfügung stehende Volumen des Klärbeckens bei der Eindickung des Schlamms und andererseits durch die Probleme mit der Energieverteilung bei der Beschickung des Klärbeckens begrenzt. Aus diesen beiden Gründen nimmt man häufig einen Wert für die Rückflußrate (definiert durch das Verhältnis Qr/Qt) von 100% oder seltener 150% vom Rohwasserdurchsatz an. Wenn man den vorstehenden Fall eines ISV von 100 ml/g annimmt, dann erreicht diese Rückflußrate gemäß Gleichung (7) bei Luftzufuhr eine Konzentration an Biomasse Kbs zwischen 5 und 6 kg/m³; eine Konzentration, die üblicherweise bei Kläranlagen festgestellt wird.
  • Ein weiteres Mittel, um bei Luftzufuhr die Konzentration an Biomasse noch weiter zu erhöhen, besteht in der Verwendung eines Systems, das einerseits ein sogenanntes Kontaktbecken umfaßt, in dem die Umwandlung des ammoniakalischen Stickstoffs in Nitrate (Nitrifikation) erfolgt, und andererseits bei der Schlammrückleitung ein sogenanntes Stabilisierungsbecken, durch das man ein höheres Alter des Schlamms erreichen kann. In diesem Fall kommt man wieder auf die oben beschriebenen Zwänge zurück, das heißt eine Konzentration an Belebtschlamm gleich Kbs im Kontaktbecken und eine Konzentration gleich Kr im Stabilisierungsbecken, was schlußendlich nur eine geringfügige Verkleinerung des Volumens der Anlagen bedeutet.
  • EP-A-0 309 352 beschreibt ein Verfahren, bei dem das Alter des Schlamms in einem Entwicklungsbecken erreicht wird, das außen um die Reaktionsbecken herum angeordnet (dispose en boucle exterieure) und dadurch gekennzeichnet ist, daß man vor der Rückführung des Schlamms in mindestens einen Reinigungsprozeß für den besagten Schlamm oberhalb des Entwicklungsbeckens einen Konzentrationsschritt in Form einer Flotation durchführt. Dieses Verfahren ermöglicht eine erhebliche Verringerung des Volumens der Anlagen in dem Sinne, daß das Problem alten Schlamm zu erhalten in einem Becken behandelt wird, das bei hoher Konzentration (30 g/l) arbeitet, und daß sich die Dimensionierung der Reaktionsbecken dann nach der Reaktionskinetik ausrichtet.
  • In der Tat besteht das wesentliche Problem der Wirkungsweise der Verfahren mit herkömmlichem Belebtschlamm darin, daß man unbedingt ein Mindestalter des Schlamms erreichen und sich dabei immer um erhöhte Kinetik bemühen muß, und das in einem Reaktionskontext, der weder für einen noch einen anderen dieser Parameter günstig ist. Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Parameter und Ziele teilweise nicht miteinander vereinbar sind aufgrund der Tatsache, daß die spezifische Aktivität eines Schlamms mit seinem Alter abnimmt.
  • US-A-4 042 494 beschreibt die vollständige Abtrennung von Schwebstoffen für die Erzeugung von Belebtschlamm in einem Reaktor und ihre Rückführung in der Leitung, die das primäre Abwasser in Richtung seiner Behandlung transportiert.
  • Eine Lösung wird durch das Verfahren gemäß den Patentansprüchen angeboten.
  • Das Wachstum von Mikroorganismen bei strikter Aerobiose im Reaktor für die Überaktivierung von Schlamm bietet die Möglichkeit, überaktivierten Schlamm mit hoher spezifischer Aktivität zu erhalten, der besonders gut geeignet ist für die Entfernung von stickstoffhaltigen Schmutzstoffen und für die biologische Entphosphatierung in den Reaktionsbecken herkömmlicher Bauart für die Behandlung von Abwasser durch Belebtschlamm. Ein besonders interessanter Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Kläranlage mit Belebtschlamm arbeitet, wobei lediglich durch die Biokinetik der in den verschiedenen Bioreaktoren durchgeführten Reaktionen Grenzen gesetzt sind, und zwar unabhängig von der Einschränkung, ein bestimmtes Schlammalter einzuhalten, da dieses, weil für die Nitrifikationsbakterien erforderlich, in einem spezifischen Reaktor unabhängig von der Wasser- und Schlammführung (filière eaux et filière boue) erhalten wird.
  • Diese Unabhängigkeit des Belebungsreaktors vom Belebtschlamm befreit ihn andererseits auch von den in der Anlage herrschenden hydraulischen Bedingungen, was bei diesem Reaktor a) die Beibehaltung hoher Substratkonzentrationen und b) eine perfekte Beherrschung der Verweilzeit der Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen mit folgenden Konsequenzen garantiert:
  • a) Durch die hohe Substratkonzentration im Reaktor für die Überaktivierung können wegen der Exothermie der Oxydationsreaktionen im Reaktor Temperaturen (25 - 40ºC) erreicht werden, die für das Wachstum der die Nitrifikation herbeiführenden Mikroorganismen sehr günstig sind. Wenn man Gleichung (2) verwendet, muß das im Reaktor theoretisch beizubehaltende Alter des Schlamms bei Temperaturen zwischen 25 und 35ºC zwischen 2,8 und 1 Tag liegen, um eine Vermehrung der für die Nitrifikation zuständigen Mikroorganismen zu bewirken.
  • b) Das ständige Halten der Biokultur unter strikter Aerobiose im Reaktor für die Überaktivierung ermöglicht es, optimale Wachstumsbedingungen für die strikt aeroben Mikroorganismen (wie etwa autotrophe Mikroorganismen für die Nitrifikation) zu erreichen und bei den strikt anaeroben und fakultativ anaeroben Mikroorganismen eine Auswahl zu treffen. Außerdem führt das Leistungsvermögen der angewendeten biologischen Reaktionen zu einem erheblichen Abbau des Substrats (etwa 35 - 50% Eliminierung organischer Stoffe) und somit von Schmutzteilchen mit dadurch bedingter Verminderung der Schlammproduktion um 20 - 30%.
  • Ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Wasser kann in folgenden, als Beispiele angeführten Varianten durchgeführt werden:
  • - Eine Oxidationsstufe für kohlenstoffhaltige Verunreinigungen und eine Nitrifikationsstufe, die unter aeroben Bedingungen und in der Regel im gleichen Bioreaktor ablaufen.
  • - Eine Oxidationsstufe für kohlenstoffhaltige Verunreinigungen, eine Nitrifikations- und eine Denitrifikationsstufe, die im gleichen Bioreaktor realisiert werden können, wobei die ersten beiden Stufen unter aeroben und die letzte Stufe unter sauerstofffreien Bedingungen ablaufen, der Reaktor also alternativ in Aerobiose oder ohne Sauerstoffzufuhr arbeitet.
  • - Eine Oxidationsstufe für kohlenstoffhaltige Verunreinigungen, eine Nitrifikations- und eine Denitrifikationsstufe, wobei die Denitrifikationsstufe in einem sauerstofffreien, sich vom Oxidations- und Nitrifikationsreaktor unterscheidenden Bioreaktor abläuft, der vor dem letzteren angeordnet ist, und in den man einen Teil des Inhalts des Oxidations-/Nitrifikationsreaktors zurückpumpt.
  • - Eine Oxidationsstufe für kohlenstoffhaltige Verunreinigungen, eine Nitrifikations-, eine Denitrifikations- und eine Entphosphatierungsstufe. Letztere vollzieht sich in einem anaerob betriebenen Bioreaktor, der vor dem Denitrifikationsreaktor angeordnet ist, und in den man das vom Belebtschlamm abgetrennte Abwasser zurückpumpt, das man am Ende der Kette erhält.
  • Bei all diesen Anordnungen ist der Reaktor für die Überaktivierung parallel zwischen dem Trennbecken und dem ersten Bioreaktor angeordnet, und der von ihm produzierte überaktivierte Schlamm wird kontinuierlich oder diskontinuierlich in mindestens einen der nachfolgenden Bioreaktoren eingeleitet.
  • Um die Aufnahmeleistung an Schmutzpartikeln zu verbessern, macht man von einem Biosorptionsreaktor Gebrauch, der vor dem Trennbecken für die Schmutzpartikel angeordnet wird, einem Biosorptionsreaktor, in dem das zu behandelnde Wasser mit überaktiviertem Schlamm aus dem Reaktor für die Überaktivierung in Kontakt gebracht wird.
  • Gemäß einer weiteren Variante kann man die Entfernung der im Reaktor für die Überaktivierung gebildeten Nitrate durch Einschalten eines sauerstofffreien Reaktors vornehmen, der zwischen dem Trennbecken für die Schmutzpartikel und dem Reaktor für die Überaktivierung angeordnet ist.
  • Gemäß einer weiteren Variante kann man ergänzende Substrate in den Reaktor für die Überaktivierung einbringen zu dem Zweck, den überaktivierten Schlamm an die Eliminierung einer einzelnen Verschmutzung anzupassen, oder zu dem Zweck, die spezifische Aktivität des besagten Schlammes zu erhöhen.
  • Der Reaktor für die Überaktivierung kann auch als Lagerbehälter eingesetzt werden; die Einspeisung an überaktiviertem Schlamm in die verschiedenen Bioreaktoren wird dann nur in Abhängigkeit vom Bedarf vorgenommen, zum Beispiel in Spitzenzeiten, um so das beste Verhältnis zwischen Schmutzstoffstrom und Biomasse herzustellen.
  • Einer der Vorteile der Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, die Verweilzeit des Belebtschlamms im Klärbecken signifikant zu verlängern, ohne befürchten zu müssen, daß die Qualität des Schlamms durch Anaerobiose nachläßt. Dies rührt einerseits von der durch die organische Matrix vorangetriebenen Eliminierung des Belebtschlamms wegen des Einsatzes von überaktiviertem Schlamm her, und andererseits von den strikt aeroben Bedingungen, die im Reaktor für die Überaktivierung aufrechterhalten werden. Aufgrund dieser Tatsache erhält man einen ISV = 80 und einen Tps = 6; wenn man die Gleichung (9) verwendet, findet man eine Konzentration an Rücklaufprodukt Kr in der Größenordnung von 15 kg/m³, wodurch es bei einer Rücklaufrate von 150% nach Gleichung (7) möglich ist, in den Reaktionsbecken eine Konzentration Kbs in der Größenordnung von 9 kg/m³ aufrechtzuerhalten.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei der eingehenden Lektüre der Beispiele für die Durchführung deutlich, die einfach zur Illustration und ohne Einschränkungen angeführt werden mit Hinweis auf die Abbildungen 1 - 5, in denen die Wasserreinigungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt werden.
  • Bei den Abbildungen beziehen sich identische Referenznummern auf identische Elemente.
  • Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung einer Abwasserreinigungsanlage, bei der ein Reaktor für die Überaktivierung gemäß vorliegender Erfindung eingesetzt wird.
  • Das zu behandelnde Abwasser A läuft zum Teil in ein Phasentrennbecken 1; ein Teil A&sub1; des Abwassers gelangt nicht in das Trennbecken 1. Im Trennbecken 1 erfolgt die Rückgewinnung der Schmutzteilchen mit Hilfe verschiedener möglicher Systeme, entweder dynamisch oder statisch. Das zu behandelnde, von Schmutzteilchen teilweise befreite Abwasser wird in ein Reaktionsbecken 5 eingeleitet, wo es mit Belebtschlamm in Kontakt gebracht wird, und von wo es nach der für die Durchführung der Bioreaktion(en) erforderlichen Verweilzeit in das Klärbecken 6 eingeleitet wird, in dem einerseits ein Abwasser A&sub2;, das den geforderten Abfallnormen entspricht, und andererseits Belebtschlamm abgetrennt wird, der in das Reaktionsbecken 5 zurückgepumpt wird. Die Schmutzteilchen B verlassen das Phasentrennbecken 1 und werden in einen Reaktor für die Überaktivierung 2 eingeleitet, in dem sich die Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen vermehren. Der aus dem Reaktor 2 stammende überaktivierte Schlamm C wird kontinuierlich oder diskontinuierlich in das Reaktionsbecken 5 eingeleitet.
  • Das Reaktionsbecken 5 kann arbeiten:
  • - unter aeroben Bedingungen, um die Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und gleichzeitig die Nitrifizierung von ammoniakalischem und organischem Stickstoff durchzuführen;
  • - unter aeroben Bedingungen, um die Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und dann unter anaeroben Bedingungen eine Nitrifikation durchzuführen, um für die Entfernung des Stickstoffs durch Denitrifikation zu sorgen.
  • Das in der Abbildung 2 wiedergegebene Schema unterscheidet sich von dem der Abbildung 1 durch Hinzufügung eines Reaktionsbeckens 4 für die Denitrifikation, das vor dem Reaktionsbecken 5 angeordnet ist, und in dem die Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und die Nitrifikation des Stickstoffs erfolgen, sowie eventuell eine zusätzliche Denitrifikation durch Passage unter anaeroben Bedingungen. Ein Teil des Inhalts von Becken 5, der einer Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und einer Nitrifikation unterzogen wurde, wird im Hinblick auf die Denitrifikation in das Becken 4 zurückgepumpt. Der aus dem Becken für die Überaktivierung 2 stammende überaktivierte Schlamm kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in das Reaktionsbecken 5 (Schlamm C) oder in das Denitrifikationsbecken 4 (Schlamm C&sub1;) eingeleitet werden.
  • Abbildung 3 zeigt ein Schema ähnlich dem von Abbildung 2, bei dem man ein Becken 3 für die biologische Entphosphatierung dem Denitrifikationsbecken 4 vorgeschaltet hat, das selbst vor dem Reaktionsbecken 5 angeordnet ist. Wie weiter oben schon angesprochen, sorgt das Reaktionsbecken 5 für die Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und die Nitrifikation des Stickstoffs unter aeroben Arbeitsbedingungen und eventuell eine ergänzende Denitrifikation unter sauerstofffreien Bedingungen. Der im Reaktor für die Überaktivierung 2 gebildete überaktivierte Schlamm kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in das Reaktionsbecken 5 (Schlamm C), in das Denitrifikationsbecken (Schlamm C&sub1;) oder in das Entphosphatierungsbecken 3 (Schlamm C&sub2;) eingeleitet werden.
  • Das in Abbildung 4 wiedergegebene Schema stellt eine Variante des Verfahrens dar, das in Abbildung 1 vorgestellt wird, die darin beschriebene Variante könnte jedoch auch auf das Behandlungsschema der Abbildungen 2 und 3 angewendet werden.
  • Vor der Einleitung des zu behandelnden Abwassers A, mit oder ohne teilweise Abzweigung A&sub1;, wird das Wasser A in einem Biosorptionsreaktor O behandelt, in dem es mit überaktiviertem Schlamm D aus dem Reaktor für die Überaktivierung 2 in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise kann die Ausbeute an Schmutzteilchen wegen der Bioflockung, die im Reaktor stattfindet, verbessert werden.
  • Abbildung 5 ist eine Variante des Verfahrens gemäß Abbildung 1; diese Variante könnte jedoch auch auf das Schema der Abbildungen 2, 3 oder 4 angewandt werden.
  • Die Variante gemäß Abbildung 5 sieht eine Predenitrifikation in einem Predenitrif ikationsbecken 7 vor, das zwischen dem Phasentrennbecken 1 und dem Reaktor für die Überaktivierung 2 angeordnet ist.
  • Die Schmutzteilchen B werden im Reaktor 7 mit dem Nitrate enthaltenden überaktivierten Schlamm E aus dem Reaktor für die Überaktivierung 2 in Kontakt gebracht. Durch diese Variante kann die wenigstens teilweise Entfernung der beim Wachstum der Mikroorganismen im Reaktor für die Überaktivierung 2 gebildeten Nitrate erreicht werden.
  • Die folgenden Beispiele ermöglichen die Verdeutlichung der durch die vorliegende Erfindung gebotenen Vorteile und vor allem des durch die Anlagen erzielten Raumgewinns, wenn man einen Reaktor für die Überaktivierung des Schlamms einsetzt, der parallel zur Wasser- und Schlammführung angeordnet ist.
  • Man verwendet eine Anlage, die dem Schema in Abbildung 1 ent spricht (ein einziges Reaktionsbecken, in dem die Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen stattfindet und ein Nitrifikations-/Denitrifikationsschritt vollzogen wird), und behandelt das Abwasser mit folgenden Basiswerten
  • - Zu behandelnde Wassermenge 10000 m³/Tag
  • - Täglicher BSB&sub5;-Fluß 3000 kg/Tag
  • - Täglicher TS-Fluß 3500 kg/Tag
  • - Täglicher NTK-Fluß 600 kg/Tag (NTK = frz. Abkürzg.)
  • - Mindesttemperatur 11ºC
    • Beispiel 1A - Herkömmliche Behandlung ohne Primärdekantierung.
  • Alter des Schlamms nach Gleichung (2) : 10 Tage
  • Produktion an Überschußschlamm nach Gleichung (3) : 3725 kg/Tag
  • Belebtschlamm-Menge bei Luftzufuhr: 3725x10=37250 kg
  • Maximal möglicher IVS : 150ml/g und Tps = 3h
  • Maximale Rücklaufkonzentration nach Gleichung (9) : 6,3 kg/m³
  • Maximale Rücklaufrate : 150% 630 m³/h
  • Maximale Klärgeschwindigkeit : 0,7 m/h 1100 m²
  • Klärvolumen : 1100+(630x3)=3000m³
  • Belebtschlammkonzentrat ion nach Gleichung (7) : 3,8 kg/m³
  • Frischluftmenge nach Gleichung (1) 10000 m³
  • Davon 30% für die Denitrifikation : 3000 m³
  • Gesamtvolumen des Reaktionsbeckens: 10000+3000=13000 m³
  • Gesamtvolumen der Anlage : 13000+3000=16000m³
    • Beispiel 1B - Herkömmliche Behandlung mit Primärdekantierung.
  • Im Primärdekanter herrschende Durchschnittsgeschwindigkeit : 0,9 m/h
  • Volumen der Primärdekantierung 1400 m³
  • Ausfällungsrate an TS bei der Primärdekantierung 50%
  • Ausfällungsrate BSB&sub5; 35%
  • Ausfällungsrate NTK 9%
  • Bei der Biobehandlung zugelassener TS-Fluß : 1750 kg/d
  • Bei der Biobehandlung zugelassener BSB&sub5;-Fluß: 1950 kg/d
  • Bei der Biobehandlung zugelassener NTK-Fluß : 546 kg/d
  • Alter des Schlamms nach Gleichung (2) : 10 Tage
  • Produktion von Überschußschlamm nach Gleichung (3) : 1822 kg/d
  • Belebtschlammenge bei Frischluftzufuhr : 3725x10=18220kg/d
  • Maximal möglicher IVS : 180ml/g und Tps = 3h
  • Maximale Rücklaufkonzentration nach Gleichung (9) : 5,3 kg/m³
  • Maximale Rücklaufrate : 150% 630 m³/h
  • Maximale Klärgeschwindigkeit : 0,7 m/h 1100 m²
  • Klärvolumen : 1100+(630x3)=3000m³
  • Belebtschlammkonzentration nach Gleichung (7) : 3,2 kg/m³
  • Frischluftmenge nach Gleichung (1) 5700 m³
  • Davon 35% für die Denitrifikation: 5700x0,35=2000m³
  • Volumen des Reaktionsbeckens : 2000+5700=7700m³
  • Gesamtvolumen der Anlagen : 7700+3000+1400=12100m³
  • Gesamtproduktion an Schlamm : 1750+1822=3572kg
    • Beispiel 1C - Behandlungsanlage mit einem Reaktor für die Überaktivierung gemäß der vorliegenden Erfindung:
  • Im Primärdekanter herrschende Durchschnittsgeschwindigkeit : 0,9 m/h
  • Volumen der Primärdekantierung 1400 m³
  • Ausfällungsrate TS bei der Primärdekantierung 50%
  • Ausfällungsrate BSB&sub5; 35%
  • Ausfällungsrate NTK 9%
  • Alter des Schlamms bei 25ºC nach Gleichung (2) : 2,8 Tage (man wird einen Wert von 4 Tagen annehmen)
  • Produktion an überaktiviertem Schlamm : 1250 kg/d
  • Menge an überaktiviertem Schlamm im Reaktor : 1250x4=5000kg
  • Volumen des Belebungsreaktors: 5000 : 20 = 250 m³
  • Bei der Biobehandlung zugelassener TS-Fluß : 1750 kg/d
  • Bei der Biobehandlung zugelassener BSB&sub5;-Fluß: 1950 kg/d
  • Bei der Biobehandlung zugelassener NTK-Fluß : 546 kg/d
  • Fluß des überaktivierten Schlamms: 1250 kg/d
  • Nitrifikationskinetik : 3,5 mg nitrifiziertes N-NO&sub3;/g überaktivierter Schlamm/h
  • Produktion an Überschußschlamm nach Gleichung (3) : 1822 kg/d
  • Stickstoff bei der Biosynthese : (1250+1822)x5%=154kg/d
  • Zu nitrifizierender Stickstoff : (600-154-10000x0,005) = 396 kg/d
  • Menge überaktivierter Schlamm für die Nitrifikation : 396/(0,0035x24)=4715 kg
  • Verweilzeit des überaktivierten Schlamms in der Biologie : 3,77 d
  • Gesamtmenge an Belebtschlamm : (1250+1822)x3,77=11581kg
  • Denitrifikationskinetik : 2 mg N-NO&sub3;/g überaktviertem Schlamm/h
  • Zu denitrifizierende Menge Stickstoff : (396-10000x0,010)=296kg/d
  • Menge Belebtschlamm für die
  • Denitrifikation : 296/(0,002x24) = 6166kg
  • Maximal möglicher IVS : 100 ml/g und Tps = 4h
  • Maximale Rücklaufkonzentration nach Gleichung (9) : 10,4 kg/m³
  • Maximale Rücklaufrate : 150%
  • Belebtschlammkonzentration nach Gleichung (7) : 6,2 kg/m³
  • Maximale Klärgeschwindigkeit : 0,7 m/h 1100 m²
  • Klärvolumen : 1100+(630x4)=3620m³
  • Volumen des Reaktionsbeckens (1) : 11581:6,2 1868m³
  • Gesamtvolumen der Anlagen : 1868+3620+250+140=7138 m³
  • Gesamtproduktion an Schlamm : 1250-1822=3072kg/d
  • Man erkennt, daß ohne Schwierigkeiten eine Verkleinerung des Volumens der Anlagen um 40 - 50% erreicht wird je nach verwendeter Auslaufweise (filière de départ).

Claims (8)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, bei dem mindestens eine biologische Reaktion in wenigstens einem Bioreaktor durchgeführt wird, der im Belebtschlamm zumindest Mikroorganismen für die Behandlung der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen enthält, und man das behandelte Wasser und den Belebtschlamm in einem Klärbecken abtrennt mit mindestens teilweiser Rückführung des Belebtschlamms in den besagten Bioreaktor, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Einleitung des zu behandelnden Abwassers in den besagten Bioreaktor die suspendierten Schmutzteilchen teilweise abtrennt, die abgetrennten Schmutzteilchen in einen separaten und parallel angeordneten Reaktor für die Überaktivierung des Schlamms einleitet, diese abgetrennten Schmutzteilchen als Hauptsubstrat für die Vermehrung von nitrifizierenden Mikroorganismen bei strikter Aerobiose und bei einer Temperatur von 25 - 40ºC verwendet, und der so erhaltene überaktivierte Schlamm in wenigstens einen Bioreaktor eingeleitet wird, in dem ein Nitrifikationsschritt erfolgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Bioreaktor verwendet, in dem die Oxidation der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen und ein Nitrifikationsschritt durchgeführt werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen die Stufe, in der die teilweise Abtrennung der Schmutzteilchen erfolgt, und die biologische Reaktion im Bioreaktor eine Denitrifikationsstufe in einem Denitrifikationsreaktor einschaltet, in den man eventuell überaktivierten Schlamm aus dem Reaktor für die Überaktivierung einleitet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Bioreaktor abwechselnd unter aeroben und anaeroben Bedingungen arbeiten läßt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen die Stufe, in der die teilweise Abtrennung der Schmutzteilchen erfolgt, und die Denitrifikationsstufe eine biologische Dephosphatierungsstufe in einem Reaktor für die biologische Dephosphatierung einschaltet, in den man eventuell überaktivierten Schlamm aus dem Reaktor für die Überaktivierung einleitet.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung der teilweisen Abtrennung der Schmutzteilchen aus dem zu behandelnden Wasser in einem Biosorptionsreaktor ein Bioflockungsschritt durchgeführt wird, wobei man das zu behandelnde Wasser mit überaktiviertem Schlamm aus dem Reaktor für die Überaktivierung in Kontakt bringt.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen die Stufe, in der die teilweise Abtrennung der Schmutzteilchen erfolgt, und die Überaktivierungsstufe eine Denitrifikationsstufe in einem Denitrifikationsreaktor einschaltet, in den man den im Reaktor für die Überaktivierung erhaltenen überaktivierten Schlamm einleitet.
8. Abwasserreinigungsanlagen, die mindestens einen Bioreaktor (3,4,5) und ein Klärbecken (6) umfassen, mit Rückflußleitungen für den im Klärbecken anfallenden Belebtschlamm in mindestens einen Bioreaktor, dadurch gekennzeichnet, das sie über ein Phasentrennbecken (1) und einen separaten und parallel angeordneten Reaktor für die Überaktivierung des Schlamms (2) verfügen, in dem man bei strikter Aerobiose nitrifizierende Mikroorganismen bei einer Temperatur von 25 - 40ºC auf vorher aus dem zu behandelnden Abwasser abgetrennten Schmutzteilchen vermehrt, sowie über Leitungen (C,C&sub1;,c&sub2;), durch die man den aus dem Reaktor für die Überaktivierung (2) stammenden überaktivierten Schlamm in mindestens einen Bioreaktor (3,4,5) einspeisen kann, in dem ein Nitrifikationsschritt durchgeführt wird.
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