DE69929694T2

DE69929694T2 - Verfahren zur behandlung von abwasser

Info

Publication number: DE69929694T2
Application number: DE1999629694
Authority: DE
Inventors: Robert Kingsley Mackay NEWTON; Michael Kenneth Molendinar BELLAMY
Original assignee: VRM ENTERPRISES Pty Ltd NERANG; VRM ENTPR Pty Ltd
Current assignee: VRM ENTERPRISES Pty Ltd NERANG; VRM ENTPR Pty Ltd
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2019-06-30
Also published as: ATE316943T1; US6773592B2; AU763836B2; EP1112232A1; US20020189996A1; AU4591699A; WO2000000439A1; EP1112232B1; EP1112232A4; US20010011643A1; NZ509219A; US6770198B2; DE69929694D1; ZA200100749B; AUPP439398A0; JP2002519184A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser. Die Erfindung findet besonders dort Anwendung für die Behandlung von Abwasser, wo das Abwasser erst nach einem relativ langen Zeitraum abgelassen wird. Die vorliegende Erfindung findet besonders, jedoch nicht ausschließlich Anwendung für die Behandlung von Kanalisationsabwässern, und zum Zwecke der Veranschaulichung wird nur auf diesen Anwendungsbereich Bezug genommen.
Stand der Technik
Das konventionelle Verfahren für die Behandlung von Abwässern basiert auf der Beförderung der Kanalisationsabwässer durch ein Netz von Kanalleitungen und Pumpstationen zu einer Abwasserbehandlungsanlage an oder nahe der Stelle, an der die behandelten Abwässer freigesetzt werden. In konventionellen Abwasserbehandlungsanlagen werden die Abwässer einer Reihe von anaeroben und aeroben Inkubationen unterzogen, um Abfallstoffe, einschließlich organischer Stoffe, sonstige Feststoffe, Stickstoff und Phosphat zu entfernen, bzw. werden desinfiziert, um die Anzahl pathogener Organismen in den Abwässern vor deren Freisetzung zu verringern.
Während die Kanalisationsabwässer die Kanalisationsleitungen und Pumpstationen durchlaufen, werden die Kanalisationsabwässer zu einer inkubierenden Kultur mit Bildung verschiedenster Fermentationsprodukte wie Wasserstoffsulfid und Ammoniak. Die Zusammensetzung der Kanalisationsabwässer ändert sich während des Durchlaufs ständig. Die in den Kanalisationsleitungen und den Abwasserbehandlungsanlagen entstehenden schädlichen und aggressiven Atmosphären beschädigen die Rohrleitungen und Pumpen- und Anlageneinrichtungen des Netzes, die in der Folge einer regelmäßigen Wartung bedürfen.
In den Abwasserbehandlungsanlagen verursachen die Fermentationsprodukte und größere Mengen von unerwünschten Mikroorganismen weitere Probleme wie beispielsweise Schaumbildung in den Belüftungsbecken von Abwasserbehandlungsanlagen durch die Wucherung von Fadenbakterien, die in einer nährstoffreichen Umgebung inkubieren. Wegen der Problematik der Schaumbildung in den Belüftungsbecken wird eine weitere Behandlung erforderlich und verlängert sich die Behandlungsdauer, bevor die behandelten Abwässer freigesetzt werden können. Diese Probleme führen zu einer Kostensteigerung für die Behandlung.
US 5578211 zeigt ein Kanalisationssystem, in dem es an mehreren Stellen am Systembeginn Beimpfungsstellen gibt und in dem Biomasseflächen als Inkubatoren beim Pumpvorgang in den anschließenden Leitungen fungieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis des Konzepts der Nutzung von Steigleitungen, Fallleitungen und verschiedenen Pumpenbrunnen als effektive anaerobe und aerobe Inkubatoren für ausgewählte Mikroorganismuskulturen entwickelt. Das heißt, die vorliegende Erfindung nutzt die Zeit und den Raum, die/den das Sammel- und Transportsystem bietet, um die Kanalisationsabwässer effizient zu behandeln, bevor sie zur Kläranlage gelangen. Die Beimpfung mit ausgewählten Mikroorganismuskulturen führt zu einem Kampf um verfügbare Nährstoffe und verändert somit die Art und Anzahl von Mikroorganismen und die Art und Menge von Fermentationsprodukten, die sich in den Kanalisationsabwässern bilden.
In einer Hinsicht ist die Erfindung im Wesentlichen eine Methode zur Behandlung von Abwasser in einem Abwassernetzsystem, wie in dem hierin angeführten Anspruch 1 definiert.
In einer bevorzugten Variante liegt die Stelle für die Beimpfung des Abwassers möglichst nahe an der Eintrittsstelle des Abwassers. In einer anderen Variante ist die Beimpfungsstelle eine Stelle, durch die zwischen 25 % und 75 % des Abwasservolumens des Netzsystems fließen.
In anderer Hinsicht ist die vorliegende Erfindung im Wesentlichen eine Methode zur Behandlung von Abwasser in einem Abwassernetzsystem mit:
der Beimpfung des Abwassers mit einem Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen an einer Stelle, durch die zwischen 25 % und 75 % des Abwasservolumens des Netzsystems fließen; und
der Inkubation des mit den ausgewählten Mikroorganismen beimpften Abwassers zwecks Bildung einer Kultur, die Abfälle in dem beimpften Abwasser verringert.
Das Abwasser wird mit dem Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen vorzugsweise an einer Stelle beimpft, durch die etwa 50 % des Abwasservolumens des Netzsystems fließen.
Die Beimpfungsstelle befindet sich vorzugsweise innerhalb der ersten 25 % des zeitlichen oder räumlichen Abstands zur Behandlungsanlage.
Die Beimpfung erfolgt vorzugsweise durch Beimpfungsmittel, wie beispielsweise das Einspritzen von Impfmaterial über eine Düse oder das Fließen des Abwassers über ein mit ausgewählten Mikroorganismen angeimpftes Trägermedium. Die Beimpfung kann in bestehenden Kanalisationsleitungen, Pumpenbrunnen, Schlammfängern und Transferstationen erfolgen. Zusätzlich bietet die Oberfläche im Sammel- und Transportnetz potentielle Stellen für Trägermedien mit Beimpfungsmikroorganismen. Beimpfungsmittel können auch Impfkammern sein, wie nachstehend beschrieben.
Welche Beimpfungsmittel an einer bestimmten Stelle eingesetzt werden, hängt von den Bedingungen an der Stelle ab. Wo beispielsweise aufgrund langer Steigleitungen oder langer Verweildauer infolge einer langsamen Strömung ein hohes Niveau an anaerober Aktivität vorherrscht, ist Aerosol-Beimpfung die bevorzugte Lösung, da diese die Wucherung von vermehrten aeroben Organismen in den Abwässern ermöglicht und so zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts von aerober und anaerober Aktivität beiträgt, was dann besonders wichtig ist, wenn das Impfmaterial Organismen enthält, die ein erhöhtes Gelöstsauerstoffniveau in den Abwässern während der anaeroben Aktivität gestatten. In einem anderen Beispiel, bei dem es lange Fallleitungen und eine relative hohe aerobe Aktivität gibt, wird ein mit ausgewählten Mikroorganismen angeimpftes Trägermedium platziert, so dass die darüber fließenden Abwässer mit den Mikroorganismen beimpft werden. Dies ermöglicht die Wucherung von vermehrten anaeroben Organismen in den Abwässern und trägt so zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichts von aerober und anaerober Aktivität bei, wodurch eine ge wisse erhöhte anaerobe Aktivität in einer weitgehend aeroben Umgebung ermöglicht wird.
Das Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen ist vorzugsweise eine gemischte Population von Mikroorganismen. Das Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen umfasst vorzugsweise anaerobe und aerobe Mikroorganismen. Das Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen ist vorzugsweise eine gemischte Population, deren verhältnismäßige Anteile je nach Art des in das Abwassernetzsystem gelangenden Abwassers variieren können. Weiters kann die Art der gewählten Mikroorganismen je nach Art des in das Abwassernetzsystem gelangenden Abwassers variieren. Wenn zum Beispiel das in das Abwassernetzsystem gelangende Abwasser einen hohen Anteil an Fett oder Öl hat, kann man Milchsäurebakterien wählen und ein Impfmaterial kann einen hohen Anteil an Milchsäurebakterien in Relation zu den anderen Mikroorganismen enthalten. Bei der Schaffung der Bedingungen, unter denen ein Impfmaterial einen hohen Anteil an Milchsäurebakterien hat, kann eine relativ große Menge an Zucker als Substrat für die Milchsäurebakterien und andere Organismen hinzugefügt werden, wodurch in der Folge Essigsäure gebildet wird, die den Abbau von Fett- und Ölsubstraten unterstützt.
Die ausgewählten Mikroorganismen können heterotrophe Bakterien wie beispielsweise nicht Schwefel verarbeitende heterotrophe photosynthetische Purpurbakterien, Lactobacillus, Hefen, Aktinomyzeten, Nocardia species, Strahlenpilze, Bacillus species, Plankton und andere synergistische Mikroorganismen und chemoautotrophe Bakterien umfassen. Eine bevorzugte Quelle von Mikroorganismen sind die formulierten EM-Handelsprodukte („Effektive Mikroorganismen").
Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen kann als diskontinuierliche Kultur angesetzt werden oder wird aus einer kontinuierlichen Kultur hergestellt.
Die ausgewählten Mikroorganismen werden vorzugsweise aufgrund ihrer Kooperativität bei der Reduzierung des Abwassers zu Produkten mit geringem Molekulargewicht, Wasser und CO₂ gewählt.
Die Mikroorganismen werden vorzugsweise aufgrund ihrer Fähigkeit zur Zerlegung der Produkte des jeweils anderen gewählt.
Die inkubierten, beimpften Abwässer in den Beimpfungskammern ermöglichen es den ausgewählten Mikroorganismen, sich in den Abwässern anzupassen und sich als Mediumquelle zu reproduzieren. Dies dämpft den Milieuschock für die ausgewählten Mikroorganismen, wenn diese in das Netzsystem ausströmen. In Pumpenbrunnen-Beimpfungskammern inkubiert die Folgekultur, bis ein Sensor das Signal zur Freisetzung der Kultur in die Leitungen gibt. In im System angeordneten Beimpfungskammern inkubiert die Folgekultur konstant in den verfügbaren Medien, und der Abwasserstrom ermöglicht die Freisetzung der Kultur durch die Medien. Die inkubierende Kultur in der Beimpfungskammer dient zur Beimpfung weiterer unbehandelter Abwässer.
Das Verfahren kann eine oder mehrere weitere Beimpfungsstellen im Abwassernetzsystem umfassen. Die weiteren Beimpfungsstellen dienen zur Steigerung der Population der ausgewählten Mikroorganismen. Wie vorstehend ausgeführt, sind die Abwässer in einem Abwassernetzsystem dynamisch und verändern sich ständig je nach den Bedingungen, die in den verschiedenen Stufen des Abwassernetzsystems herrschen. Als Folge der Inkubation in einer beliebigen Stufe erhöht sich die Population einiger der ausgewählten Mikroorganismen, während die Population anderer ausgewählter Mikroorganismen zurückgeht. Daher empfiehlt es sich, im Zuge des Durchlaufs der Abwässer durch das Abwassernetzsystem eine weitere Beimpfung vorzunehmen. Durch eine neuerliche Beimpfung der Abwässer kann die Population der gewünschten ausgewählten Mikroorganismen zunehmen und somit den Abfall in den Abwässern weiter abbauen. Bei einer Folgebeimpfung gibt es kumulative Effekte, wobei das zusätzliche Impfmaterial verringerte Bestände in der Kultur der zuvor beimpften Abwässer effektiv vermehrt. Auf diese Art und Weise wird ein Überlagerungseffekt erzielt, der im Wesentlichen alle Abwässer in dem Abwassernetzsystem abdeckt. Durch diesen kumulativen Effekt kann sich die Gesamtmenge des Impfmaterials für ein System verringern.
In einer bevorzugten Variante gibt es eine sekundäre Beimpfungsstelle, durch die rund 75 % des Abwasservolumens des Abwassernetzsystems fließen. Von diesem Abwasservolumen von rund 75 % wurde ein Volumen von 25 % vorher nicht behandelt, während rund 50 % des Abwasservolumens bereits mit einem Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen behandelt worden waren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung gibt es eine tertiäre Stelle, die eine weitere Beimpfung mit einem Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen vorsieht und an der nahezu die gesamten Abwässer in dem Netzsystem behandelt werden. Eine tertiäre Beimpfungsstelle empfiehlt sich, wenn mehr als 750.000 Liter Abwasser pro Tag für den Transport über eine Steigleitung von mehr als einem Kilometer Länge gesammelt wird.
Beimpfungsmittel können auch Impfgutbecken in einem Gehäuse, eine in dem Gehäuse befindliche Impfgutquelle und Vorrichtungen zur Abgabe des Impfguts an einer bestimmten Stelle sein. Das Impfmaterial kann ein Konzentrat sein und vor der Abgabe verdünnt werden. Zusammen mit dem Impfmaterial können auch andere Zusatzmittel abgegeben werden. Mögliche weitere Zusatzmittel sind unter anderem Essigsäure, Citronensäure oder Zuckerlösungen. Das Impfmaterial kann in einem Inkubator enthalten und Teil einer kontinuierlichen Kultur sein. Andererseits kann das Impfmaterial auch in einem Behälter untergebracht sein und aus einer andernorts gezüchteten und in dem Gehäuse gelagerten diskontinuierlichen Kultur hergestellt werden.
Beimpfungsmittel können auch Impfkammern sein, die zwischen zwei Leitungen positioniert sind und als Beimpfungsstelle für Abwässer dienen. Eine solche Impfkammer ist nachstehend detailliert beschrieben.
In weiterer Hinsicht liegt die Erfindung im Wesentlichen in einer Impfkammer, bestehend aus
einem Gehäuse mit einer Abwassereinlass- und einer Abwasserauslassöffnung;
einer Vorrichtung mit einem mit ausgewählten Mikroorganismen angeimpften Trägermedium, in der das Abwasser im Wesentlichen über und durch das Trägermedium strömt und mit den dort freigesetzten Mikroorganismen beimpft wird.
Die Trägermediumvorrichtung besteht vorzugsweise aus einer Basisschicht aus Sand oder kleinen Steinen wie Basaltsplitt, besser jedoch Zeolith. Die Trägermediumvorrichtung hat vorzugsweise eine zweite Schicht aus porösen Lehm- oder Betonziegeln. Alternativ dazu kann die zweite Schicht auch aus kleinen Steinen wie Basalt bestehen, die jedoch einen größeren Durchmesser haben als das für die erste Schicht verwendete Material. Die Trägermediumvorrichtung umfasst vorzugsweise eine dritte Schicht aus ähnlichem Material wie jenes für die erste Schicht, beispielsweise Zeolith. Die Trägermediumvorrichtung hat vorzugsweise eine vierte oberste Schicht aus biologisch aktiviertem keramischen Material. Das biologisch aktivierte keramische Material umfasst vorzugsweise darin enthaltene ausgewählte Mikroorganismen. Das biologisch aktivierte keramische Material ist vorzugsweise so angeordnet, dass die Abwässer gemischt, durch Turbulenz belüftet und mit Mikroorganismen daraus beimpft wird.
Die Impfkammer kann auch eine Sprühvorrichtung zur Abgabe eines Sprühimpfmaterials an das Abwasser sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Um die vorliegende Erfindung besser verstehen und in der Praxis einsetzen zu können, sei hier auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, die eine bevorzugte Ausführung der Erfindung darstellen, wobei:
1 eine schematische Ansicht der Beimpfungsstellen der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Wohn-, Gewerbe- und Industriestandorten ist;
2 eine Beimpfungsstelle der vorliegenden Erfindung bei einem Leitungspumpenbrunnen ist;
3 eine schematische Ansicht einer Beimpfungsstelle der vorliegenden Erfindung ist; und
4 eine schematische Ansicht eines Impfgutbeckens der vorliegenden Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung
1 zeigt die Verteilung von primären Beimpfungsstellen, von sekundären Beimpfungsstellen und einer tertiären Beimpfungsstelle für verschiedene Wohnstandorte, gewerbliche Standorte und industrielle Standorte.
2 zeigt einen konventionellen Pumpenbrunnen 10 mit einem Gehäuse 11, einer Abwassereinlassöffnung 12 und einer Abwasserauslassöffnung 13. Die Abwässer strömen durch die Einlassöffnung 12 in den Innenbereich 14 des Pumpenbrunnens 10. Die im Pumpenbrunnen 10 dargestellten Abwässer 15 steigen bis zu einem Punkt, an dem ein Sensor (nicht eingezeichnet) der Pumpe (nicht eingezeichnet) ein Signal zum Starten und Abpumpen der Abwässer 15 aus der Kammer 10 durch die Auslassöffnung 13 gibt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt die Abwässer durch die Eintragung eines Impfmaterials mit ausgewählten Mikroorganismen 16 in die Abwässer 15. Das Impfmaterial 16 wird durch eine mit einer Dosierleitung 18 verbundene Sprühdüse 17 eingebracht. Die Dosierleitung 18 ist anschließend an ein Impfgutbecken angeschlossen.
3 zeigt eine Impfkammer 20 mit einem Gehäuse 21, einer Einlassöffnung 22 und einer Auslassöffnung 23. Die Impfkammer 20 enthält ein Trägermedium 31, das sich aus vier Schichten zusammensetzt. Die Basisschicht oder erste Schicht 24 besteht aus Zeolithsplitt. Eine zweite Schicht 25 besteht aus porösen Lehm- oder Betonlochziegeln. Diese Ziegel können auch übereinander gestapelt sein, um die Tiefe der Schicht 25 zu erhöhen. Die dritte Schicht 26 besteht aus Zeolithsplitt und bildet eine ebene Fläche für die vierte Schicht 27. Die vierte Schicht 27 besteht aus biologisch aktiviertem keramischem Material 28, das auf Polyethylen-Stäben 29 montiert ist. Die Polyethylen-Stäbe 29 sind über einen Längsschaft 30 miteinander verbunden, der als Stütze dient und die Stäbe 29 in Position zu einander hält. Der Schaft 30 ist aus Edelstahl gefertigt. Der Abwasserstrom, der von der Einlassöffnung 22 kommend in die Impfkammer 20 eindringt, wird aufgrund der Position des biologisch aktivierten keramischen Materials 28, das quer zu Fließrichtung liegt, in Turbulenz gebracht. Die Turbulenz mischt die Abwässer, belüftet die Abwässer und beimpft die Abwässer mit den Mikroorganismen aus dem biologisch aktivierten keramischen Material 28, während sie über und durch das Trägermedium fließen. Die Impfkammer enthält auch eine Sprühdüse 33, die mit einer Dosierleitung 34 verbunden ist, die wiederum an ein Impfgutbecken angeschlossen ist. Die Sprühdüse 33 besprüht die Abwässer mit Impfmaterial mit ausgewählten Mikroorganismen.
4 zeigt ein Impfgutbecken 40 mit einem Gehäuse 41, einer Impfgutquelle 42 und Versorgungsleitungen 43 für die Zufuhr von Impfmaterial zur Dosierleitung 44. Das Impfgutbecken 40 enthält zusätzlich eine Wasserquelle 45 für die Verdünnung des Impfmaterials während der Zufuhr zur Dosierleitung 44. Dem Impfmaterial können in der Dosierleitung 44 auch andere Zusatzmittel zugegeben werden. Mögliche weitere Zusatzmittel sind unter anderem Essigsäure, Citronensäure und Zuckerlösungen. Die Impfgutquelle 42 ist vorzugsweise eine diskontinuierliche Kultur, die mit der Zufuhr von Nährstoffsubstrat in oder nahe an der Exponentialphase gehalten wird. Vorzugsweise befindet sich darin auch eine schwimmende Ablenkplatte, die zur Erhaltung von anaeroben Bakterien beiträgt. Die Wasserquelle kann mit Trinkwasser aus den freigesetzten behandelten Abwässern nachgespeist werden und kann einige nützliche Mikroorganismen rückführen. Die Wasserquelle und der obere Impfguttank können zumindest ein Kilogramm biologisch aktivierter keramischer Medien aufnehmen, was zur Vermeidung von Oxidation beiträgt.
Die bevorzugte Ausführung der Abwasserbehandlungsmethode in einem Abwassernetzsystem umfasst die mindestens einmalige Beimpfung im wesentlichen aller Abwässer, die zweimalige Beimpfung von etwa 75 % der Abwässer und die dreimalige Beimpfung von rund 50 % der Abwässer. Sammel-/Rückhalte-/Inkubationsbereiche sind im System so angeordnet, dass 50 % aller Abwässer innerhalb des ersten Viertels ihrer Route zur Behandlungsanlage einen derartigen Bereich passieren. Das kann es mit sich bringen, dass sichergestellt werden muss, dass Brunnen mit Dosierpumpen eine konstante Rückhaltung von rund 750 mm Flüssigkeit durch die Anpassung von Pegelsensoren oder im Falle einer weitgehenden Gefällesammlung die Versorgung der Impfkammern erlauben. Es sollte vorzugsweise eine Beimpfungs-/Pumpenbrunnen-Impfkammer je 125.000 l/Tag [7,5 % für kleinere Systeme] des erwarteten normalen Abwasserdurchflusses vorhanden sein. Rund 20 % der Impfkammern sollten vorzugsweise im System angeordnete Impfkammern sein, wie in 3 dargestellt.
Diese Beimpfungsstellen sollten in drei Kategorien unterteilt werden: primäre Stellen, sekundäre (Booster-)Stellen und tertiäre (Booster-)Stellen.
Primäre Beimpfungsstellen werden an der frühestmöglichen Sammelstelle (entweder bestehend oder installiert) gewählt, wo der Fluss zumindest acht (8) Stunden pro Tag konstant ist. In der Praxis entspricht dies üblicherweise der ersten Pumpstation oder einer ausgewählten Impfkammerstelle in einem Sammelsystem, das normalerweise maximal 750.000 Liter Abwässer pro Tag [oder bei kleineren Systemen zehn Prozent (10 %) des gesamten Abwasserdurchflusses des Systems] verarbeitet.
Sekundäre (Booster-)Beimpfungsstellen werden gewählt, um den Zusammenfluss von Abwässern so abzudecken, dass eine Stelle für je zweihunderttausend Liter pro Tag (200.000 l/Tag) [oder bei kleineren Systemen zwanzig Prozent (20 %) des gesamten Abwasserdurchflusses des Systems] vorhanden ist.
Tertiäre (Booster-)Beimpfungsstellen werden an jeder Hauptpumpstation installiert, das sind jene Stationen, die direkt zu einer Behandlungsanlage oder einer größeren Sammelstelle im System pumpen und siebenhundertfünfzigtausend Liter bis eine Million Liter Abwässer pro Tag sammeln.
Bei einer anschließenden Steigleitung von 0,25 km oder länger sollte eine Beimpfungsstelle sein. Jegliche problematischen Stellen sind für weitere Beimpfungsstellen in Betracht zu ziehen oder bieten sich für eine Auswahl von primären oder sekundären Beimpfungsstellen, wie oben ausgeführt, an. Problematische Stellen sind unter anderem Bereiche mit hohen Fettkonzentrationen in den Abwässern oder Bereiche mit einer außergewöhnlich langen Verweildauer.
Insgesamt werden Beimpfungsstellen so gewählt, dass durchschnittlich eine Beimpfungsstelle für je 125.000 Liter Abwasser pro Tag vorhanden ist, dass in jedem Fall mindestens eine primäre und sekundäre Beimpfung, wie oben ausgeführt, erreicht wird und dass Systeme, die eine Hauptsammelstelle mit einer anschließenden Steigleitung oder Fallleitung von 1,0 km oder länger haben, auch eine oder mehrere tertiäre Beimpfungsstellen vor derartigen Transferstellen haben.
Die Wahl von Beimpfungsstellen gemäß dieser Formel bedeutet typischerweise, dass ein Sammelsystem, das eine Million Liter pro Tag transportiert, 13 Beimpfungsstellen hat, von denen 8 primäre Beimpfungsstellen, 4 sekundäre Beimpfungsstellen und 1 eine tertiäre Beimpfungsstelle sind. Dieses Schema kann über mehrere Abschnitte eines größeren Systems wiederholt werden. Es ist jedoch davon auszugehen, dass erhebliche massenbedingte Einsparungen erzielt werden können, wenn eine kumulative Dosierung zwischen mehreren Abschnitten eines Systems mit einer Durchflussmenge von 10 Millionen Liter oder mehr pro Tag möglich ist.
Bei der Verwendung von formulierten EM-Handelsprodukten „Effektive Mikroorganismen" oder ähnlichen Produkten, die nicht Schwefel verarbeitende heterotrophe photosynthetische Purpurbakterien, Lactobacillus, Hefen, Aktinomyzeten, Strahlenpilze, Bacillus, chemoautotrophe Organismen, Phytoplankton und andere synergistische Organismen enthalten, erfordert die Behandlung zur Geruchsbekämpfung und Fettabscheidung eine Gesamtbeimpfungsrate von 2,5 ppm Impfkonzentrat im Abwasser.
Eine weitere kumulative Behandlung zum Zweck einer teilweisen Nährstoffeliminierung, Eliminierung von verbleibenden aggressiven Atmosphären und längerfristigen Senkung des BSB, des Gesamtschwebstoffgehalts und anderer Indikatoren erfordert eine Gesamtbeimpfungsrate von 25 ppm Impfgut im Abwasser. Eine Beimpfung mit höheren Raten kann für die gezielte Lösung von spezifischen Problemen in einem System erforderlich sein. So erfordert beispielsweise die Behandlung einer Abwasserdurchflussmenge von 1.000.000 l/Tag rund 25 l Impfkonzentrat pro Tag.
Die bevorzugte Ausführung verwendet Em-1 als Impfkonzentrat. Dieses konzentrierte Impfmaterial kann so gestreckt/verdünnt werden, dass das zu injizierende Material sich wie folgt zusammensetzt:
3 % Impfkonzentrat,
3 % Molasse oder Zuckerlösung und
94 % abgestandenes Wasser (gechlortes oder auf sonstige Art desinfiziertes Wasser, das in einem geschlossenen, aber belüfteten Gefäß mindestens 3 Tage vor Sonnenlicht geschützt stehen gelassen wird)
(z. B. 25 Liter Impfkonzentrat ergeben 833 Liter gestrecktes Impfmaterial)
Das gestreckte Impfmaterial sollte vorzugsweise in einem verschlossenen und druckbelüfteten Behälter in indirektem Sonnenlicht 5 bis 7 Tage lang oder bis die Verdünnung einen pH-Wert von 3,5 oder darunter erreicht hat stehen gelassen werden. Eine weitere Verdünnung kann in einem Verhältnis von mindestens 4 Teilen Wasser auf einen Teil gestreckten Impfmaterials vor Ort an der Beimpfungsstelle erfolgen. Das oben beschriebene gestreckte Impfmaterial sollte so verabreicht werden, dass 10 in der tertiären Phase der Systembeimpfung injiziert werden und der Rest gleichmäßig zwischen allen übrigen Stellen aufgeteilt wird (z. B. tertiäre Stelle 83 Liter/Tag und alle übrigen Stellen 12 × 62,5 Liter pro Tag bei 833 l/Tag für einen Abwasserfluss von 1.000.000 l/Tag.) Bei allen Beimpfungsstellen sollte die Dosierung des gestreckten Impfmaterials so erfolgen, dass das Impfmaterial gleichmäßig und regelmäßig über einen bestimmten Zeitraum (d.h. 24 Stunden pro Tag) zugeführt wird. An primären und sekundären Beimpfungsstellen sollte diese Dosierung mit einer pulsgesteuerten Dosierpumpe mit entsprechenden Pulsabständen und Mengen für die Zufuhr der erforderlichen Materialmengen über einen Zeitraum von jeweils 24 Stunden erfolgen. Bei tertiären Beimpfungsstellen sollte diese Zufuhr über eine konstante Druckzufuhr über einen Zeitraum von jeweils 24 Stunden erfolgen.
Bei relativ hohen Fett- oder Ölkonzentrationen stellen Formulierungen mit einem Zuckeranteil von etwa 3 % des konzentrierten Impfmaterials und 10 % Zucker/Molasse eine effizientere Problemlösung dar. Das gestreckte Impfmaterial bildet eine wesentlich höhere Essigsäure-Konzentration. Das selbe Ergebnis kann erzielt werden, wenn dem Impfmaterial vor der Verdünnung mit dem Trägerwasser Citronensäure oder Essigsäure zugesetzt wird.
Die Sprühdüse sprüht direkt an der Oberfläche des einströmenden Abwassers und über der Turbulenzstelle. Es empfiehlt sich, dafür zu sorgen, dass sich das Impfmaterial an dieser Stelle mit dem Abwasser mischt. Der Dosierstrahl sollte weder die Wände der Kammer noch sonstige Vorrichtungen in dem Brunnen erreichen. Die Sprühtropfen sollten direkt zur Oberfläche des Abwassers gelangen.
Eine regelmäßige Beimpfung mit niedrigen Dosen an mehreren Stellen kann in jedem System angewendet werden. Dies gilt auch für Systeme mit teilweise geschlossenem Kreislauf und betriebseigene Systeme. In diesen Fällen werden frühe Dosierungsstellen gewählt (bereits beim ersten Abfallabscheider oder Fettabscheider oder dem(n) Toilettenspülkasten(-kästen) oder -becken), und eine Umlaufschleife wird in der betriebseigenen Anlage installiert, um eine Dosierung für eine neuerliche Beimpfung oder eine kumulative (Booster-)Dosierung zu fördern. Eine sekundäre Beimpfungsstelle wird in einer Impfkammer näher bei der Anlage (normalerweise eine Transferstation oder ein Pumpenbrunnen) installiert. Auch hier findet wieder zuerst die Fermentation in einem anaeroben Zustand statt, gefolgt von Kammern für aerobe Aktivität. In diesem Fall erfolgt die Fermentation üblicherweise in installierten Fermentationstanks oder -kammern (üblicherweise über der Erdoberfläche), während die Belüftung in ähnlichen Tanks mit Druckluftklärung erfolgt. Biofiltration (Beimpfungskammern) und der Rücklauf von Trinkwasser vom Systemende können im Animpfvorgang eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein systemweites Beimpfungsverfahren (im Unterschied zu einer punktuellen Beimpfung) und erfasst alle Abwässer in einem System mehrmals über einen Zeitraum (während des Durchlaufs der Abwässer durch das System). Die Berechnung der entsprechenden Beimpfungsraten erfolgt auf Basis der Zeit und deren Verlängerbarkeit durch die Installation von vorgelagerten Rückhaltestellen.
Eine Variante des Verfahrens trennt die Funktionen in der Behandlungsanlage und sieht die Installation von großen Kammern vor, die für vorgelagerte Fermentations- und Belüftungsfunktionen in einem Sammelsystem konzipiert sind. Das bedeutet die Installation von Tanks und Vorrichtungen für die Sammlung aus jeweils 50 bis 70 Haushalten oder einer äquivalenten Menge in einem System und nur tertiäre nachgelagerte Behandlungsvorgänge.
In im System angeordneten Beimpfungskammern gestattet die zylindrische Form der Keramikstücke, die auf einem biegsamen Stab aufgefädelt sind, eine Wellenbewegung des Abwassers bei dessen Durchlauf durch die Beimpfungskammer. Diese Bewegung entspricht in etwa der Bewegung eines Bachs in einem Kiesbett und fördert den Transfer zwischen den anaeroben Haltebereichen unter der Keramikschicht in der Beimpfungskammer. Sie fördert auch eine gewisse aerobe Aktivität in und auf den Keramikstücken selbst. Die Wellenbewegung dient auch zur Aufrechterhaltung eines partiellen Selbstreinigungsvorgangs in der Beimpfungskammer.
Die selben Prinzipien einer frühen, kumulativen, beständigen Beimpfung können im Wesentlichen bei einem betriebseigenen Umlaufabwasserbehandlungssystem angewendet werden. So können diese Prinzipien beispielsweise in einer Aquakultur-Umgebung zur Anwendung kommen, um eine im Wesentlichen vollständige Wasserrückführung zu erzielen. Dies erfordert:

a Eine primäre Beimpfung an der Eintrittsstelle von Wasser zum Auffüllen von Zucht-/Speicherbehältern.
b Die Installation eines oder mehrerer beimpfter biologischer Filter im System an oder nahe der Stelle, an der das Wasser aus den Speicher-/Zuchtbehältern abgelassen wird.
c Die Installation einer anaeroben Rückhaltestelle mit Beimpfung vor der Wasserrücklaufleitung zu den Speicher-jZuchtbehältern.
d Eine beständige systemweite Beimpfung mit etwa 10 ppm im gespeicherten Wasserkörper.
e Rückhaltung von in den anaeroben Tanks aufgefangenem Flockungsmittel/Schlamm – auch zwischen Erträgen.

Analog in einem betriebseigenen Abwasserbehandlungssystem eine frühe Beimpfungsstelle an oder nahe der ersten Abwassersammelstelle (sogar bereits beim Toilettenbecken oder beim Abfallabscheider), Installation einer Mazerationsgrube mit Beimpfung vor dem (den) anaeroben Fermentationstank(s), Installation einer beimpften biologischen Filtrationsstelle im System nach den belüfteten Prozessen und Rezirkulation von rund 10 % des Durchflusses vom biologischen Filter zum Mazerationssumpf am Anfang. In diesem Fall können die Raten der beständigen Beimpfung anfänglich genauso hoch sein wie für Durchfluss-Abwassersammelsysteme (d.h. 25 ppm), verringern sich jedoch über einen Zeitraum von 6 bis 12 Monaten, bis sie ein ausgewogenes Niveau von ca. 2,5 ppm im Abwasserfluss erreichen.
Die Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann folgende Vorteile bieten:

1 Geruchsbekämpfung: Bei Einsatz des vorstehend beschriebenen Verfahrens wurde eine Geruchsverringerung im gesamten System verzeichnet.
2 Fettabbau: Ein bemerkenswertes Ergebnis von beständiger Beimpfung ist der Abbau von Fetten in Brunnen und an Verweilstellen im gesamten System stromabwärts von den Beimpfungsstellen. Fette bauen sich nicht wie sonst üblich in stromabwärts befindlichen Brunnen auf. In Systemen, in denen Fettaufbau ein Problem ist, wird die Wartung insofern erheblich erleichtert, als das verbleibende Material auf den Brunnenwänden leicht abgespritzt werden kann. Fette bauen sich nicht zu von den Wänden abstehenden klumpigen Gebilden auf, womit sich ein manuelles Abkratzen oder Abraspeln zur Beseitigung erübrigt. Ebenso gibt es stromabwärts keine großen Fettbelastungen nach der Reinigung und keine Neubildung von Fetten an nachgelagerten Stellen im System. Messbare Verringerungen des Fettgehalts im Wasser zeigen sich üblicherweise nach etwa 90 Tagen beständiger Beimpfung.
3 Schaumbekämpfung: Als Folge der oben beschriebenen Vorgänge führt ein niedrigerer Fettgehalt in der Abwasserbehandlungsanlage zu geringeren Populationen von Fadenbakterien und in weiterer Folge zu einer erheblichen Verringerung der Schaumbildung in der Behandlungsanlage.
4 Bekämpfung schädlicher und aggressiver Atmosphären: Nach Installation eines beständigen und kumulativen Beimpfungsprogramms verringern sich schädliche und aggressive Atmosphären im gesamten Sammel- und Transportsystem erheblich. Dies ist besonders wichtig für Fragen im Bereich Wartung und Beschwerdemanagement sowie für Fragen der Gesundheit und Sicherheit am Arbeitsplatz.
5 Mehr Sauerstoff in langen Steigleitungen: Lange Steigleitungen stellten insofern stets gewisse Probleme für Sammel- und Transportsysteme dar, als die anaerobe Aktivität und Fäulnis im Inneren derartiger Leitungen zur Bildung großer Mengen von Wasserstoffsulfid und anderen Gasen führen können. In vielen Fällen wurde die Einspritzung von Sauerstoff in derartige Leitungen als chemische Gegenmaßnahme und Lösungsansatz für dieses Problem eingesetzt. Ein frühes Beimpfungsprogramm und die Entwicklung einer persistenten Kultur von Niedertemperaturfermentationsorganismen – wie insbesondere nicht Schwefel verarbeitenden heterotrophen photosynthetischen Bakterien – im gesamten System führt zu einer Ausgewogenheit der stattfindenden mikroorganischen Aktivität, wodurch die Menge des vorhandenen gelösten Sauerstoffs gleich hoch wie oder höher als bei der üblichen Sauerstoffeinspritzung ist. Das zeigt, dass die Umsetzung eines umfassenden frühen Beimpfungsprogramms (mit primärer, sekundärer und tertiärer Beimpfung, wie vorstehend beschrieben) die Kosten für eine Sauerstoffeinspritzung senken kann.
6 Vorgelagerte Nährstoffeliminierung: Eine kumulative Senkung von Nährstoff-Niveaus (N&P) in Abwässern wird erzielt, wenn ein beständiges Beimpfungsprogramm über einen Zeitraum von 12 bis 18 Monaten durchgeführt wird. Mit der Entwicklung von nützlichen Kulturen steigt der Rückgang von N&P in den zur Abwasserbehandlungsanlage strömenden Abwässern auf ein stabiles hohes Eliminierungsniveau von 50 % an. Bemerkenswert ist jedoch, dass bei einer Behandlung mit einer tertiären Phase in einer Anlage eine rasche Nährstoffeliminierung erfolgt, wenn angeimpfte Mikroorganismuskulturen bereits in den von der Behandlungsanlage abfließenden Abwässern vorhanden sind.
7 Vorgelagerte BSB-Verringerung (biochemischer Sauerstoffbedarf): Ein Trend zur BSB-Verringerung vollzieht sich mit der Zeit schrittweise, wenn sich nützliche Kulturen etablieren.
8 Vorgelagerte Senkung des Gesamtschwebstoffgehalts: Ein Trend zur Verringerung des Gesamtschwebstoffgehalts vollzieht sich mit der Zeit schrittweise, wenn sich nützliche Kulturen etablieren.
9 Bekämpfung pathogener Keime: Diese Funktion ist als Mittel zur Streuung der Risiken durch ein Überfließen oder Überströmen der Kanalisation oder Ähnliches von besonderer Bedeutung. Es scheint, als ob konkurrierende Aktivitäten unter den nützlichen Mikroorganismen im Impfmaterial zu einer wesentlich geringeren Wucherung pathogener Keime und zu einem wesentlich rascheren Rückgang solcher in die Umgebung freigesetzter pathogener Populationen führen, als dies sonst zu erwarten wäre. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Freisetzung in einem Bereich passiert, in dem Abwässer, die formulierte „EM"-Handelsprodukte als Impfmaterial enthalten, Sonnenlicht ausgesetzt werden.

Claims

Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einem Abwassernetzsystem, bei dem das Abwasser durch ein Netz von Sammel- und Transportleitungen von einem oder mehreren Eintrittsstellen auf seinem Weg zu einer oder mehreren Auslassstellen und/oder einer Abwasserbehandlungsanlage fließt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Eintragung eines Impfmaterials mit Mikroorganismen in das Leitungsnetz an mehreren primären Beimpfungsstellen am Beginn des Systems und anschließende – Eintragung eines weiteren Impfmaterials mit Mikroorganismen in das Leitungsnetz an einer oder mehreren sekundären Beimpfungsstellen im weiteren Verlauf des Systems, die dadurch charakterisiert sind, dass das Abwasser im Sammel- und Transportleitungsnetz behandelt wird, in dem das Abwasser die Streckenlänge durch das Leitungsnetz von jeder Eintrittsstelle zur Auslassstelle zurücklegt und jede primäre Beimpfungsstelle so positioniert ist, dass das durch die Stelle strömende Abwasser weniger als 25 der Strecke von der Eintritts- zur Auslassstelle zurückgelegt hat; das Verfahren umfasst als weiteren Schritt die Eintragung eines weiteren Impfmaterials mit Mikroorganismen in das Leitungsnetz an einer tertiären Beimpfungsstelle im weiteren Verlauf des Systems, wobei die tertiäre Beimpfungsstelle vor einer Steigleitung mit einer Länge von mehr als 1.000 Metern positioniert ist und nahezu alle Abwässer, die durch das Leitungsnetz strömen, die tertiäre Beimpfungsstelle passieren und die Rate für die Dosierung des Impfmaterials an der tertiären Stelle höher ist als an den primären und sekundären Stellen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Impfmaterial mit einer beständigen Dosierung auf kontinuierlicher Basis zugeführt wird.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Impfmaterial mit einer Impulssteuerung auf kontinuierlicher Basis zugeführt wird.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rate für die Abgabe des Impfmaterials in das Wasser an jeder primären Beimpfungsstelle im Wesentlichen die selbe ist.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß Anspruch 4, wobei die Rate für die Abgabe des Impfmaterials in das Abwasser an jeder primären und sekundären Beimpfungsstelle im Wesentlichen die selbe ist.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Impfmaterial aus einer Mischpopulation von aeroben und anaeroben Mikroorganismen zur Förderung der Reduzierung von Verbindungen im Abwasser zu Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht wie Wasser und CO₂ besteht.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß Anspruch 6, wobei die Mikroorganismen heterotrophe photosynthetische Bakterien, Lactobacillus, Hefen, Aktinomyzeten, Nocardia species, Strahlenpilze, Plankton und andere chemoautotrophe Bakterien und/oder Milchsäurebakterien umfassen.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß Anspruch 7 unter zusätzlicher Einbeziehung von Essigsäure, Citronensäure oder gelöstem Zucker.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Impfgut ein im Handel erhältliches Impfgut ist, das von einem Unternehmen mit der Bezeichnung Effektive Mikroorganismen unter dem eingetragenen Warenzeichen EM^TM vertrieben wird.
Ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine oder mehrere der primären, sekundären oder tertiären Beimpfungsstellen ein Pumpenbrunnen, ein Schlammabscheider oder eine Transferstation ist.
Ein Abwassernetzsystem für die Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das System aus einem Netz von Sammel- und Transportleitungen besteht, die ein Einlassende zum Einlassen des Abwassers und ein Auslassende zum Auslassen des Abwassers haben; weiters hat das System mehrere primäre Beimpfungsstellen für die Eintragung eines Impfguts in das Leitungsnetz, wobei diese primären Beimpfungsstellen in dem System zwischen dem Einlassende der Leitungen und dem Auslassende der Leitungen angeordnet sind, sowie eine oder mehrere sekundäre Beimpfungsstellen für die Eintragung eines weiteren Impfmaterials in das Leitungsnetz, wobei diese sekundären Beimpfungsstellen in dem System zwischen den primären Beimpfungsstellen und den Auslassenden der Leitungen angeordnet sind so dass das durch die Stelle strömende Abwasser weniger als 25 % der Strecke von der Eintritts- zur Auslassstelle zurücklegt; das System umfasst weiters eine tertiäre Beimpfungsstelle, die vor einer Steigleitung mit einer Länge von mehr als 1.000 Metern angeordnet ist.
Ein Abwassernetzsystem gemäß Anspruch 15, in dem die Auslassenden in einer Abwasserbehandlungsanlage münden.