-
Abwasser
wird in Klär-
bzw. Behandlungsanlagen durch mechanische (primäre), biologische (sekundäre) und
manchmal auch (tertiäre)
chemische Behandlung behandelt. Bei Verwendung mechanischer Behandlung
wird das Schwebegut durch eine Form des Siebens, gefolgt von Abscheidung,
im Allgemeinen Absetzen bzw. Ablagerung, getrennt. Die Entfernung
der organischen Materie ebenso wie der Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor)
und Bakterien ist jedoch nicht sehr hoch.
-
Zur
weiteren Entfernung ist eine biologische Behandlung erforderlich,
was bedeutet, dass Mikroorganismen organische Materie in Biomasse,
oder Schlamm umwandeln, vorausgesetzt, dass die korrekten physikalischchemischen
Bedingungen verfügbar
sind. Um diesen Prozess zu ermöglichen,
ist ein Zugang zu Sauerstoff oder aeroben Bedingungen erforderlich,
die durch eine Art von Belüftungs-
bzw. Belebungssystem erhalten werden. Darüber hinaus müssen Nährstoffe
wie Stickstoff und Phosphor vorhanden sein, was bei städtischem
Abwasser im Überfluss
der Fall ist. Bei der Verwendung biologischer Behandlung kann eine
organische Entfernung von mehr als 90% erreicht werden, ebenso wie
eine hohe Entfernung von Bakterien. Die Nährstoffentfernung wird jedoch
auf rund 30% Stickstoff- und Phosphorentfernung durch Assimilation
in die Biomasse beschränkt
sein, die als Überschussschlamm
zur separaten Behandlung und Aufbereitung entfernt wird oder beseitigt
wird.
-
Zur
weiteren Verringerung fein dispergierter Verunreinigungen, die nach
der vorangehenden Behandlung verbleiben, und insbesondere zur Entfernung
von Phosphor, kann eine chemische Behandlung verwendet werden. Die
chemische Behandlung umfasst das Hinzufügen eines Koagulierungsmittels, das
imstande ist, die verbleibenden Verunreinigungen in chemische Flocken
zu koagulieren und auszuflocken, wobei auch Phosphor ausgefällt wird,
was zu einer mehr als 90%igen Entfernung von Phosphor führt. Wenn
diese tertiäre
chemische Behandlung als eine Nachfällung nach der primären und
biologischen Behandlung eingesetzt wird, kann die Entfernung von
organischer Materie, Phosphor und Bakterien beträchtlich erhöht werden. Das Koagulans kann auch
in der primären
Klärungsstufe,
der Vorfällung, oder
in der biologischen Stufe, der simultanen Ausfällung, zugeführt werden,
die in vielen schwedischen Klär-
bzw. Behandlungsanlagen zu der Möglichkeit der
Verwendung der bestehenden tertiären
Stufe für andere
Zwecke geführt
hat, oder als eine zusätzliche Sicherheit.
-
Die
erhaltene Stickstoffentfernung beträgt auf diese Weise durch Assimilation
rund 30%. Wenn der Schlamm zur möglichen
Wiederverwendung in der Landwirtschaft stabilisiert wird, wird ein
Teil des assimilierten Stickstoffs freigesetzt und mit dem Restwasser
nach der Entwässerung
wieder dem Kreislauf zugeführt,
was nur zu einer 15-20%igen Stickstoffentfernung führt.
-
Unten
werden die herkömmlichen
Verfahren zur Abwasserbehandlung in 1–5 dargestellt werden,
und zwar mit Betonung der biologischen Stickstoffentfernung.
-
WASSERBEHANDLUNG
-
Auch
bei der Wasserbehandlung kann Stickstoff Probleme hervorrufen. Die
erhöhte
Verwendung von Düngern,
nicht selten überdosiert,
hat zu höheren
Gehalten an Nitraten in Flüssen
und Seen, ebenso wie im Grundwasser geführt, die alle als eine Trinkwasserquelle
verwendet werden. Nitrat kann zu Nitrit reduziert werden, was für Säuglinge
giftig ist.
-
BEHANDLUNGSVORGÄNGE
-
Um
eine weitere Entfernung von Stickstoff zu erreichen, kann ein Ionenaustausch
verwendet werden, obwohl dies relativ kostspielig ist. Stattdessen sind
biologische Behandlungsverfahren entwickelt worden, um zunächst Stickstoffverbindungen
biologisch zu Nitrat abzubauen, d.h. Nitratbildung, und um dann
Stickstoff durch dissimilatorische Reduktion zu gasförmigem Stickstoff
durch biologische Stickstoffentfernung zu entfernen. Bei der Trinkwasserbehandlung ist
Stickstoff oft als Nitrat vorhanden und eine biologische Stickstoffentfernung
kann verwendet werden.
-
BIOLOGISCHE
BEHANDLUNG
-
Jegliche
Behandlung von (Ab-)Wasser umfasst die Abscheidung von Schwebegut,
entweder in dem unbehandelten (Ab-)Wasser oder in dem biologischen
oder chemischen Behandlungsschritt. Die biologische Behandlung umfasst
die Umwandlung von organischer Materie durch Mikroorganismen in
biologische Flocken, die von dem Wasser abgetrennt werden. Die chemische
Behandlung bedeutet die Umwandlung von fein kolloidalen oder fein
suspendierten Feststoffen (Schwebestoffe), ebenso wie gelöster Materie
wie Phosphor, in chemische Flocken, die von dem Wasser abgetrennt
werden.
-
Normalerweise
sind die diskutierten Umwandlungsprozesse sehr komplex. Die Abscheidung von
Flocken führt öfters zu
Problemen nicht nur bei Spitzendurchflüssen.
-
Mit
der dargestellten Erfindung kann der Umwandlungsprozess mit Nitratbildung
und Stickstoffentfernung effektiver sein, ebenso wie die Abscheidungseigenschaften
der Flocken, und zwar für
eine bessere Gesamtleistung bei kleineren Volumina, was von großer Bedeutung
für die
Verbesserung von Behandlungsanlagen ist.
- Nitratbildung
- = Ammoniak (NH4) ⇒ Nitrit (NO2) ⇒ Nitrat
(NO3)
- Denitrifikat
- = Nitrit (NO2) ⇒ gasförmiger Stickstoff
(N2)
- BSB
- = biologischer Sauerstoffbedarf
(Maß für organische Materie)
- CSB
- = chemischer Sauerstoffbedarf
(Maß für organische Materie)
- Aerob
- = sauerstoffreiche
Umgebung (auch bezeichnet als oxische Zone)
- Anoxisch
- = kein gelöster Sauerstoff, obwohl
chemisch gebundener Sauerstoff vorhanden ist
- Anaerob
- = kein gelöster chemisch gebundener
Sauerstoff
- Überschussschlamm
- = erzeugter Schlamm,
der entfernt werden soll; auch als Überschussschlamm oder Überschussbelebtschlamm
bezeichnet
- Schlammalter
- = Verweil- bzw. Durchlaufzeit
des Schlamms in dem Verfahren = Schlammmenge in dem Verfahren geteilt durch
den Überschussschlamm,
gemessen in Tagen
-
Bei
der biologischen Behandlung wird Sauerstoff dem Abwasser durch Belüftung oder
irgendwelche Mittel zugeführt
und Mikroorganismen wandeln dann die Verunreinigungen in Zellen
oder Biomasse um, und bilden biologische Flocken. Die Flocken werden
dann als ein Schlamm in dem Abscheidungsschritt abgeschieden. Der
Prozess kann als Bakterienrasenprozess (fixed film process) mit
immobilisierten Mikroorganismen, z.B. in Tropfkörpern, Tauchtropfkörpern oder
suspendierten Trägern,
ausgeführt
werden. Der am häufigsten
verwendete Prozess ist der Aktiv- bzw. Belebtschlammprozess, der suspendierte
Mikroorganismen verwendet, die abgeschieden und von dem Abscheidungsschritt
rückgeführt werden,
wodurch eine hohe Konzentration von aktiven Mikroorganismen in einem
belüfteten
(mit Sauerstoff angereicherten) Reaktor aufgebaut wird, wo ein rascher
Abbau der organischen Materie erreicht wird.
-
Nachfolgend
werden die bekannten Technologie zur biologischen Behandlung sowie
die Erfindung dargestellt und diskutiert werden, unter Bezugnahme
auf die folgenden Figuren.
-
1A zeigt
einen Belebtschlammprozess zur Entfernung organischer Materie;
-
1B zeigt
einen Belebtschlammprozess mit Schlammbelüftung, Biosorption;
-
2 zeigt
einen Belebtschlammprozess mit Nitratbildung;
-
3 zeigt
einen zweistufigen Belebtschlammprozess mit Nach-Stickstoffentfernung (post denitrification);
-
4 zeigt
einen Belebtschlammprozess mit Vor-Stickstoffentfernung (pre-denitirification);
-
5 zeigt
einen Belebtschlammprozess mit Vor-Stickstoffentfernung und anoxischer Schlammzone;
und
-
6 zeigt
ein Verfahren zur verbesserten biologischen Oxidation von Stickstoff
in Wasser.
-
Der Belebtschlammprozess
-
In
einem in herkömmlicher
Weise aufgebauten Belebtschlammprozess wird organische Materie in
biologische Flocken durch Mikroorganismen umgewandelt und organischer
Stickstoff wird zu Ammoniakstickstoff abgebaut (1A).
-
Der
Belebtschlammprozess wird einen hohen Entfernungsgrad der organischen
Materie liefern, gemessen als BSB, besitzt jedoch einen Nachteil
bei großer
Menge an rückgeführtem Schlamm. Bei
Spitzendurchflussbedingungen, z.B. bei Regengüssen oder bei der Schneeschmelze,
besteht ein Risiko, dass der Schlamm nicht ausreichend Zeit hat sich
abzusetzen und auf diese Weise dem abfließenden Wasser folgt, d.h. sogenannte
Feststoffübertragung.
Ein weiteres Problem mit dem Prozess besteht darin, dass bei einer
ungünstigen
Zusammensetzung des Abwassers, oder wenn der Prozess nicht genau befolgt
wird, der „falsche" Typ von Mikroorganismen gebildet
werden kann, z.B. fadenförmiger
Mikroorganismen, was zu schlechten Flockenabscheidungsbedingungen,
genannt „Blähschlammbildung", führt.
-
Eine
Art die Auswirkungen von Spitzendurchflüssen zu verringern besteht
darin, ein separates Schlammbelüftungsvolumen
einzufügen.
Der rückgeführte Schlamm
wird aktiviert werden, was zu einer raschen Entfernung der organi schen
Materie führt,
wenn der Schlamm mit dem einströmenden
Abwasser in dem Kontaktvolumen gemischt wird. Gleichzeitig wird
ein Schlammspeicher erhalten, der von dem einströmenden Wasser getrennt ist.
Die Modifikation wird oft als „Biosorption" bezeichnet und erfordert
weniger Gesamtvolumen (1B).
-
NITRIFIKATION
-
Um
eine biologische Denitrifikation bzw. Stickstoffentfernung zu erreichen,
ist es zwingend erforderlich, dass der Stickstoff in Nitrat oxidiert
wird (Nitratbildung), was in zwei Schritten geschieht, die unterschiedliche
Mikroorganismen verwenden: Ammoniak
(NH4) ⇒ Nitrit
(NO2) ⇒ Nitrat
(NO3)
-
Um
die Nitratbildung zu erreichen, ist eine längere Verweildauer und/oder
höhere
Temperatur erforderlich, verglichen mit einem ausschließlichen Entfernen
der organischen Materie (BSB) und in zahlreichen Behandlungen herkömmlich aufgebauter Anlagen
wird die Nitratbildung bei geringen Auslastungen während der
Sommerzeit auftreten, wobei manchmal Probleme auftreten, wenn die
Nachfällung verwendet
wird.
-
Während des
Nitratbildungsprozesss wird die Basizität verringert und der pH-Wert kann abnehmen,
was es unmöglich
macht, die Nachfällung
ohne Anpassung des pH-Werts in optimaler Weise zu betreiben.
-
Die
Nitratbildung erfordert ein höheres Schlammalter
und eine höhere
Verweildauer als lediglich für
eine BSB-Entfernung (2). Der Sauerstoffverbrauch
wird auch ansteigen, normalerweise um mehr als 50%.
-
Der
Ammoniakstickstoff wird über
Nitrit zu Nitrat unter Verwendung autotropher Mikroorganismen mit
einer längeren
Regenerationsdauer als die Mikroorganismen umgewandelt, die die
organische Materie entfernen (BSB).
-
Dies
ist der Grund für
die notwendige längere Verweildauer,
da andernfalls die Nitrat bildenden Mikroorganismen (Nitrifikanten)
aus dem Prozess herausgewaschen werden. Die Verweildauer für die Nitrifikanten
beträgt
rund 3 Tage, und ein Schlammalter von 10 Tagen ist normalerweise
erforderlich. Die praktische Erfahrung zeigt jedoch, dass bei einem Schlammalter
von 8 Tagen eine stabile Nitratbildung/Stickstoffentfernung zu Ablaufwerten
von rund 8 mg Gesamtstickstoff pro Liter bei einer Temperatur von
8 Grad geführt
hat.
-
DENITRIFIKATION BZW. STICKSTOFFENTFERNUNG
-
Die
Stickstoffentfernung erfordert eine anoxische Umgebung, d.h. kein
gelöster
Sauerstoff, wo die Mikroorganismen den notwendigen Sauerstoff aus den
Nitraten beziehen, wobei diese in gasförmigen Stickstoff in der Atmosphäre umgewandelt
werden (3). Die Basizität und der
pH-Wert werden erhöht.
Die Stickstoffentfernung erfordert Zugang zu leicht abbaubarem Kohlenstoff,
und bei den ersten Behandlungsanlagen für die biologische Stickstoffbeseitigung
wurde Methanol in einem zweiten Aktivschlammschritt zur nachgelagerten
Stickstoffentfernung (post denitrification) zugeführt. Ein
zweistufiger Prozess wird sowohl die Investitionen als auch die Betriebskosten
erhöhen,
da teure organische Materie verwendet werden muss, wo der Prozess
zuvor die organische Materie entfernt hat.
-
VORGELAGERTE
STICKSTOFFENTFERNUNG
-
In
Südafrika
wurde in den siebziger Jahren eine Prozessmodifikation mit einer
vorgelagerten Stickstoffentfernung präsentiert, wo die hereinkommende
organische Materie in dem Abwasser als eine Kohlenstoffquelle für das zurückgeführte nitrifizierte Wasser
von dem darauf folgenden Nitratbildungsschritt verwendet wurde (4).
Die Auslastung in dem Nitratbildungsprozess wird verringert werden, da
ein Teil der organischen Materie (BSB) in der vorgelagerten Stickstoffentfernung
verwendet werden wird. Die Betriebskosten werden niedriger sein,
da weniger Sauerstoff benötigtt
wird und externer Kohlenstoff benötigt wird.
-
Die
vorgelagerte Stickstoffentfernung kann eingeführt werden, sobald die Nitratbildung
erreicht worden ist, und der Prozess besitzt einige Vorteile.
-
Von
dem nach seinem Erfinder, James Barnard, benannte BarDenPho-Prozess wurde erwartet, dass
er Anwendungsmöglichkeiten
in einem kälteren Klima,
wie in Schweden, und den dort verwendeten technischen Lösungen,
haben könnte,
und wurde in großtechnischem
Maßstab
in der Stadt Falkenberg 1983 eingeführt.
-
Die
mögliche
Stickstoffentfernung ist durch die Menge des zu der anoxischen Zone
zurückgeführten Nitrats
beschränkt
oder beträgt Nred = 100·(QR + QN)/(Q + QR + QN)%
-
Beispielsweise
wird die mögliche
Stickstoffverringerung bei 100% Rückführung des Schlamms und Nitratwassers
100·100/(100+100)
= 50%, bei 200% Rückführung 100·200/(100+200)
= 67% usw. betragen (4). Zu dem Stickstoff, der als
gasförmiger
Stickstoff entfernt wird, wird die Assimilierung des Stickstoffs
in dem Schlamm hinzu kommen, die, abhängig von den Eigenschaften
des Abwassers und zu einem gewissen Grad von dem Prozessaufbau, normalerweise
rund 6-8% der Schlammproduktion beträgt.
-
In
Südafrika
ist die Stickstoffentfernung für die
Wiederverwendung von Wasser notwendig, wenn es bedeutsam ist, den
Salzgehalt gering zu halten. Das Ziel ist die höchstmögliche Entfernung, was zu einer
500-800% Gesamtrückführung führt.
-
Wenn
die Anforderung weniger stringent ist, 10-15 mg/l, d.h. ähnlich wie
in Schweden, ist nur eine Schlammrückführung ausreichend, unter Umständen mit
einer etwas höheren
Kapazität.
In vielen großtechnischen
Tests war die Stickstoffentfernung in der anoxischen Zone beschränkt, was
als Mangel an leicht abbaubarem Kohlenstoff interpretiert wurde. Stattdessen
waren die schlechten Ergebnisse abhängig von einer zu hohen Rückführung, gemäß dem Grundkonzept,
was eine zu kurze Verweildauer und die falschen Bedingungen für die Stickstoffentfernung
lieferte.
-
Lediglich
durch Abstellen der Nitratrückführungspumpen
wurde eine dramatische Verbesserung erzielt, die zu einem verringerten
Abfluss von 20 auf 10 mg Stickstoff pro Liter führte. Zusammenfassend müssen die
folgenden Bedingungen für
eine effiziente Stickstoffentfernung vorherrschen:
- • Nitratbildung
erfordert
• Ausreichendes
Schlammalter (normalerweise mehr als 8 Tage);
• Ausreichende
Basizität;
• Korrekter
pH-Wert (vorzugsweise 8,0 – 8,5);
• Sauerstoffgehalt
(> 2 mg/l);
• Nicht zu
niedrige Temperaturen; und
• Effizienter
(nicht inhibierter) Schlamm.
- • Denitrifikation
erfordert
• Zugang
zu leicht abbaubarem Kohlenstoff;
• Kein gelöster Sauerstoff;
• Niedriges
Redoxpotential; und
• Effizienter
(nicht inhibierter) Schlamm.
-
MAXIMALE VERWENDUNG VON
REAKTIONSVOLUMINA
-
Anoxische Schlammzone
-
Es
ist zwingend erforderlich eine ausreichende Menge von Mikroorganismen
in dem System für die
erforderliche Aufgabe zu haben, und insbesondere keinen Schlamm
bei Spitzendurchflüssen
oder anderen Störungen
zu verlieren. Um dies zu erreichen, müssen das Reaktionsvolumen und
die Abscheidungsschritte in korrekter Weise aufgebaut sein und ebenfalls
eine Betriebsstrategie zur optimalen Nutzung der Behandlungsanlage
besitzen. Es ist offensichtlich, dass eine Anlage mit höchstmöglichem Schlammgehalt
betrieben werden sollte und gleichzeitig sicherstellen sollte, dass
kein Schlamm verloren geht. Dies kann durch einen korrekten Aufbau
der Abscheidungsschritte und einer Gesamtbetriebsstrategie mit Sicherheits-
und Aussaatmöglichkeiten
erreicht werden.
-
Durch
die Einführung
einer anoxischen Schlammzone für
den rückgeführten Schlamm,
kann eine maximale Schlammmenge pro Volumeneinheit erhalten werden
und ebenso die höchstmögliche Stickstoffentfernung,
vorausgesetzt eine Kohlenstoffquelle ist verfügbar. Die Kohlenstoffquelle
kann ein an der Oberfläche
einer Rohschlammeindickung schwebender Stoff sein oder eine externe
Quelle, vorzugsweise Ethanol. Eine andere Möglichkeit kann es sein, einen
Teil des einströmenden
Rohabwassers nach der Vorbehandlung zu verwenden, wo der einströmende Roh-BSB
die Sauerstoffquelle sein wird. Somit werden der erste Schritt (Vorfällung) und
die biologische Behandlung weniger belastet sein, was zu geringeren
Betriebskosten und einer höheren
Kapazität
führt.
-
Ein
weiterer Vorteil einer anoxischen Schlammzone ist die „anoxische
Biosorption" mit
einer Schlammspeicherung, die den Einfluss von kurzen Spitzenbelastungen
auf den Prozess verringert.
-
Um
eine bessere Steuerung und Überwachung
zu erhalten, kann der Prozess mit einem Online-Instrumentarium betrieben
werden, vorzugsweise einer Ammoniummessanordnung in der Schlammbelüftungszone
und einer pH/Redox-Messanordnung in der anoxischen Schlammzone.
-
BIOLOGISCHE
PHOSPHORENTFERNUNG
-
Um
eine biologische Phosphorentfernung zu ermöglichen, darf kein Nitrat vorhanden
sein. Da der zurückgeführte Schlamm
den gleichen Nitratgehalt wie der Abfluss aus dem Prozess haben
wird, kann er infolgedessen nicht ohne Nitratentfernung zu einer anaeroben
Zone geführt
werden. Die beste Art und Weise dies zu erreichen, ist es, eine
anoxische Schlammzone für
den zurückgeführten Schlamm
einzurichten. Auf diese Weise wird das Reaktionsvolumen optimal
genutzt werden.
-
Anaerobe Zonen
-
Ein
Prozessaufbau mit einer anoxischen Schlammzone wird automatisch
eine biologische Phosphorentfernung ermöglichen, da anaerobe Bedingungen
auftreten werden, sobald das Nitrat in dem zurückgeführten Schlamm aufgebraucht
ist. Die biologische Phosphorentfernung bedeutet, dass mehr Phosphor
in dem Überschussschlamm
in der anaeroben Zone (keine gelöster
Sauerstoff oder Nitrat) assimiliert wird. Die anaerobe Zone wird
einem bestimmten Typ von Mikroorganismen, Acinobacter, einen Wettbewerbsvorteil
geben, der in einer aeroben Umwelt durch Aufnahme von Phosphor erhalten können, und
in einer anaeroben Umwelt durch Aufnahme von organischer Materie
und Abgabe von Phosphor Energie erhalten kann. Eine korrektes Ausbluten
bzw. Ablaufen des Überschussschlamms
wird 5-6% Phosphor, verglichen mit normalerweise rund 1 %, enthalten.
-
Steuerung
der Blähschlammbildung
-
Eine
gewisse Freisetzung von Phosphor wird jedoch während der Schlammstabilisierung
auftreten und in dem Ausschusswasser nach der Entwässerung
landen. Eine anaerober Schritt wird einen weiteren großen Vorteil
liefern, da das Risiko der Blähschlammbildung
deutlich verringert wird, da die Fadenbakterien in einem derartigen
Schritt benachteiligt sind und auf diese Weise die Abscheidungscharakteristiken
der Flocken sichergestellt werden. Filamentäre bzw. Fadenmikroorganismen
können
andernfalls zu einem voluminösen
Schlamm führen,
der schwierig von dem Wasser zu trennen ist.
-
VERFAHREN GEMÄSS DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung wird durch 6 dargestellt
und weist Folgendes auf: ein Verfahren zur verbesserten biologischen
Oxidation von Stickstoff in Wasser, z.B. Abwasser, Nitratbildung
durch Schaffung eines Reaktionsvolumens für die Selektion und Anreicherung
Nitrat bildender Mikroorganismen, gefolgt von einer biologischen
Stickstoffentfernung. Das Verfahren wird das Reaktionsvolumen maximal ausnutzen,
was eine kürzere
Verweildauer und niedrigere Betriebskosten ermöglicht und gleichzeitig einen
zuverlässigeren
Betrieb zur Stickstoffentfernung erreichen.
-
Der
Prozess weist ebenfalls eine umfassende Sichtweise des Gesamtprozessaufbaus
auf mit einer Integration und Optimierung der verschiedenen Prozessschritte
für bestmögliche Ergebnisse.
Die Möglichkeit
der Stimulierung der Mikroorganismen für höhere biologische Aktivität ist ebenfalls
enthalten, und zwar durch Steuern der physisch-chemischen Bedingungen,
und/oder die Möglichkeit
des Hinzufügens
einer Kohlenstoffquelle zur verbesserten Stickstoffentfernung. Für bessere
Schlammeigenschaften kann Kalk dosiert werden und/oder eine anaerobe
Zone eingeführt
werden, was ebenfalls die biologische Phosphorentfernung ermöglicht,
und zwar zur geringeren Dosierung von Gerinnungsmittel und infolgedessen
weniger zu behandelndem chemischen Schlamm.
-
VERWENDUNG
VON AMMONIAKREICHEM WASSER ZUR SELEKTION UND ANREICHERUNG NITRAT
BILDENDER MIKROORGANISMEN
-
In 6 ist
das Verfahren mit Folgendem gezeigt:
-
- 1
- Wasserzustrom
nach möglicher
Vorbehandlung
- 2
- Reaktionsvolumen
zur möglichen
Stickstoffentfernung in anoxischen Zonen
- 3
- Reaktionsvolumen
zur Entfernung organischer Materie und zur Nitratbildung gemäß der Erfindung
- 4
- Rückführung des
(aktivierten) Schlamms von dem Abscheidungsschritt
- 5
- Trennung
des biologischen Schlamms
- 6
- Ablassen
des biologisch behandelten Wassers
- 7
- Zurückführen des
nitrifizierten Wassers zur möglichen
Stickstoffentfernung
- 8
- Sammeln
von überschüssigem oder
Abfall aktiviertem Schlamm aus dem Prozess
- 9
- Eindicken
des Überschussschlamms
- 10
- Reaktor
zur Stabilisierung des Schlamms, z.B. anaerobe Reinigungsanlage
- 11
- Eindickung/Speicherung
des stabilisierten Schlamms
- 12
- Entwässerung
des stabilisierten Schlamms
- 13
- Entwässerter
Schlamm zur Entsorgung
- 14
- Ammoniakreiches
Wasser, i. A. Restwasser von der Entwässerung und Überstand
von der Eindickung
- 15
- Mögliche Abgleichung
des ammoniakreichen Wassers
- 16
- Mögliches
Hinzufügen
von Kalk, um den pH-Wert und die Basizität zu erhöhen
- 17
- Mögliches
Hinzufügen
einer Kohlenstoffquelle zur effizienteren und schnelleren Stickstoffentfernung
- 18
- Schlammlüftungsreaktionstank
- 19
- Mögliche anoxische
Schlammzone
- 20
- Mögliche anaerobe
Zone
- 21
- Mögliche Kohlenstoffquelle
von dem Verdickungsmittel, betrieben für die lösliche Kohlenstoffbildung
- 22
- Möglicher
Bypass bei Spitzenbelastungsbedingungen oder toxischem Ablassen
in das Abwasser
- 23
- Mögliche Kohlenstoffquelle,
z.B. unbehandeltes Abwasser
-
Wenn
das Verfahren in einem Blähschlammsystem
angewendet wird, ist es vorteilhaft den zurückgeführten Schlamm in dem Reaktionsvolumen 18 zu
belüften/oxidieren,
da der Schlammgehalt und die Gesamtschlammmenge pro Volumeneinheit
größer ist
als in den Blähschlammbelüftungstanks.
Die höhere Menge
an Blähschlamm
wird einen großen Gehalt
an Nitrat bildenden Mikroorganismen enthalten und zu einem höheren Schlammalter
und einer höheren
Nitratbildungsrate führen,
da eine große Menge
an aktiver Biomasse für
die Nitratbildung zur Verfügung
steht.
-
Das
Verfahren kann insbesondere verwendet werden, wenn Restwasser von
der Entwässerung des
stabilisierten Schlamms (14) gesammelt wird, wobei durch
anaerobe Reinigung 15-20% der Gesamtstickstoffbelastung andernfalls
zum Einlass zurückgeführt wird,
was viele Vorteilen bietet, die unten aufgelistet sind.
-
Die
zuvor beschriebene anoxische Zone 19 kann auch mit einer
Schlammbelüftung 18 in
dieser neuen Modifikation kombiniert werden. Auf diese Weise kann
noch mehr Schlamm mit aktiven Nitrat bildenden Mikroorganismen verwendet
werden, was das Schlammalter und die Stickstoffabbaurate erhöhen wird.
- • Der „normale" Belüftungszustand 3 wird
entlastet werden und weniger Sauerstoff/Belüftung ist erforderlich. Darüber hinaus
ist eine große
Menge an Schlamm beim Betrieb in dem Schlammbelüftungsvolumen 18 mit
großer
Kapazität
zur Nitratbildung von sowohl dem hinzugefügten ammoniakreichen Wasser 14 als
auch dem Ammoniak in dem zurückgeführten Schlamm 4 erforderlich, wenn
keine vollständige
Nitratbildung während der „normalen" Belüftung 3 erreicht
wurde.
- • Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass der Betrieb des Prozesses weniger
empfindlich gegenüber
Spitzenbelastungen ist, was andernfalls zu Schlammübertragungen
in den Abfluss (6) beim Abscheidungsschritt führt. Im
schlimmsten Fall kann andernfalls ein vollständiger Schlammverlust und infolgedessen
Nitratbildung auftreten. Der Schlammbelüftungsreaktor wird dann als
ein Speicher zur Aussaat bei Rückkehr
zu normalen Betriebsbedingungen verwendet, und zwar durch den Bypass
(22, gepunktet in 6) des gesamten
oder eines Teils des zurückge führten Schlamms,
was durch den Strom oder durch die Schwebegutkonzentration ausgelöst und gesteuert
wird. Dieser Betriebsmodus macht es möglich, den Nitratbildungsprozess
schnell einzuleiten, selbst während
winterlicher Bedingungen, wenn andernfalls eine mehrmonatige Einleitung
notwendig sein kann.
- • Der
Bypass 22 kann auch verwendet werden, wenn z.B. toxische
oder inhibierende Materie auftritt, und zwar möglicherweise online gesteuert durch
Giftmessung oder eine Kombination von anderen Messparametern beim
Anlageneinlass. Der Bypass kann auf einfache Weise automatisiert
werden.
- • Wenn
das ammoniakreiche Wasser in einem Ausgleichsbecken 15 gesammelt
wird, kann eine „Dosierung" dessen in die Schlammbelüftung in der
gleichen Art und Weise vorgenommen werden, dass der maximale Nitratgehalt
beim Mischen des Blähschlamms
mit dem eingelassenen Abwasser in der anoxischen Zone 20 bei
maximaler organischer Belastung erreicht wird. Die „Dosierung" kann durch eine
Ammoniakmessanordnung beim Auslass der Schlammbelüftung gesteuert
werden.
- • Darüber hinaus
können
die biologischen Flocken durch das Hinzufügen von Kalk 16 schwerer
gemacht werden, was ebenfalls die Basizität und den pH-Wert erhöht, wenn
die Basizität
zu niedrig ist. Die Wirkung wurde als ein Anstieg der Nitratbildungsrate
von 25-30% dokumentiert. Die Kalkdosierung kann entweder bei der
Schlammbelüftung 18 oder,
wenn die Vorfällung
verwendet wird, vor der Primärklärung, angewendet
werden, 25-100 mg/l. Bei der Verwendung von Ferrosalzen in dem Vorfällungsprozess
wird die Entfernung des suspendierten Schwebeguts, der organischen
Materie und des Phosphors ebenfalls in diesem Schritt verbessert
werden.
- • Nicht
nur die Nitrat bildenden Mikroorganismen können von der Schlammbelüftung 18 profitieren, da
andere aerobe Mikroorganismen zur raschen Entfernung in den folgenden
Prozessstufen aktiviert werden, und zwar in der anoxischen Schlammzone 19,
ebenso wie in der anoxischen Zone 2 und der Belüftung 3.
-
Bei
der Verwendung einer externen Kohlenstoffquelle 17, kann
eine Dosiersteuerung durch eine pH/Redox-Messanordnung in der anoxischen Schlammzone 19 verwendet
werden. Wenn ein Teil des nicht vorausgefällten Abwassers 23 verwendet werden
würde,
wenn nicht ausreichend Kohlenstoff vorhanden ist, kann eine Steuerung
durch eine Schwebestoffmessanordnung beim Einlass verwendet werden,
da die Korrelation zwischen Schwebestoffen und organischer Materie,
gemessen als BSB oder CSB nicht gut genug ist. Eine weitere, genauere,
wenngleich teurere, Möglichkeit
ist die Verwendung von Online-Messung des gesamten organischen Kohlenstoffs
(TOC = Total Organic Carbon) zur Steuerung der Einspeisung organischer
Materie.
-
Wenn
möglich,
sollte die verwendete Kohlenstoffquelle 17 intern sein,
z.B. Überstand
von den Verdickungsmitteln 24, möglicherweise verbessert durch
simultane saure Gärung
und Verdickung. Als Reserve dient die Möglichkeit der Verwendung einer externen
Quelle, vorzugsweise Ethanol, da keine Anpassung für den Ein-Aus-Betrieb
notwendig ist.
-
Die
Gesamtsteuerung würde
einen Computer mit einer Betriebsstrategie verwenden.
-
Fixed-Film-Prozesse
-
Das
Verfahren kann auch für
Fixed-Film-Prozesse verwendet werden.