DE9215208U1 - Facility for biological and chemical-adsorptive wastewater treatment - Google Patents
Facility for biological and chemical-adsorptive wastewater treatmentInfo
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Description
Einrichtung zur biologischen und chemisch-adsorptiven AbwasserbehandlungFacility for biological and chemical-adsorptive wastewater treatment
Die Erfindung betrifft eine Containereinrichtung zur biologischen und chemisch-adsorptiven Reinigung von flüssigen Medien wie Fäkalien, Gülle, Industrieabwässer und ähnlichen Medien, die in hohem Maße mit Stickstoff, Phosphor und biologisch nicht bzw. schwer eliminierbaren organischen Stoffen angereichert sind.The invention relates to a container device for the biological and chemical-adsorptive cleaning of liquid media such as faeces, liquid manure, industrial waste water and similar media that are highly enriched with nitrogen, phosphorus and organic substances that are difficult or impossible to eliminate biologically.
Bekannterweise erfolgt die Entsorgung von Fäkalien vor allem durch Mitbehandlung in kommunalen Kläranlagen, durch land-
und forstwirtschaftliche Verbringung, Unterbringung auf Abfalldeponien und Lagerung in Schlammteichen. Bei allen
praktizierten Verfahren besteht die Gefahr der Verunreinigung von Grund- und Oberflächenwasser sowie der
Geruchsbelästigung.
Die besondere Gefahr von Fäkalien und ähnlichen Medien für die Umwelt ergibt sich aus deren chemischen Zusammensetzung.
Das Verhältnis zwischen biologisch nutzbaren Kohlenstoffverbindungen zu Phosphor und Stickstoff ist so
ungünstig, daß eine vollständige biologische Elimination in Kläranlagen oder bei der Verbringung auf Bodenflächen nicht
möglich ist. Durch den Mangel an biologisch nutzbaren Kohlenstoffverbindungen und den Überschuß an Stickstoff ist
z.B. die Stickstoffelimination durch Nitrifikation-Denitrifikation
nur teilweise möglich. Der überwiegende Anteil des Stickstoffs gelangt in Form von Nitrat oder
Ammonium in die Gewässer. Bei einer land- oder forstwirtschaftlichen Verbringung gelangt der
StickstoffÜberschuß in das Grundwasser. Auch der im Überschuß vorliegende Phosphor kann auf Grund von
Kohlenstoffmangel nicht in Biomasse eingebaut und somit eliminiert werden.As is well known, the disposal of faeces is mainly carried out by co-treatment in municipal sewage treatment plants, by agricultural and forestry transport, disposal in landfills and storage in sludge ponds. All of the methods used carry the risk of contamination of ground and surface water and of odor nuisance.
The particular danger posed by faeces and similar media to the environment is their chemical composition. The ratio of biologically usable carbon compounds to phosphorus and nitrogen is so unfavourable that complete biological elimination in sewage treatment plants or when deposited on soil is not possible. Due to the lack of biologically usable carbon compounds and the excess nitrogen, nitrogen elimination through nitrification-denitrification is only partially possible. The majority of nitrogen ends up in the water in the form of nitrate or ammonium. When deposited in agriculture or forestry, the excess nitrogen ends up in the groundwater. The excess phosphorus cannot be incorporated into biomass and thus eliminated due to the lack of carbon.
Weitere Probleme ergeben sich aus dem hohen Anteil biologisch nicht oder sehr schwer abbaubarer organischer Inhaltsstoffe. Die Konzentrationen dieser Stoffe liegt beiFurther problems arise from the high proportion of organic ingredients that are not or very difficult to degrade. The concentrations of these substances are
biologisch vorgereinigten Fäkalien in der Größenordnung oberhalb 300 - 400 g/m3. Diese Verbindungen passieren nahezu unverändert konventionelle Belebtschlammanlagen. Die Mitbehandlung von Fäkalien und ähnlichen Medien in Kläranlagen bedeutet demzufolge nur eine teilweise Entlastung der Umwelt. Gelangen diese Stoffe in Gewässer oder in das Grundwasser, dann sind aufgrund von Langzeiteinflüssen nachteilige Auswirkungen auf die Wasserbeschaffenheit zu erwarten.biologically pre-treated faeces in the order of 300 - 400 g/m 3 . These compounds pass through conventional activated sludge plants almost unchanged. The co-treatment of faeces and similar media in sewage treatment plants therefore only partially relieves the burden on the environment. If these substances get into bodies of water or groundwater, then long-term effects on water quality are to be expected.
Besondere Umweltbelastungen treten bei vorübergehenden Entsorgungsproblemen oder bei nur kurzzeitigem Fäkalienanfall durch herkömmliche Behandlungsmethoden auf. Ein kurzfristiger Standortwechsel ist bei feststehenden Anlagen nicht möglich. Außerdem benötigen neu errichtete Anlagen eine lange Einarbeitungsphase, was sich gerade bei einem kurzfristigem Einsatz nachteilig auswirkt.Particular environmental pollution occurs when there are temporary disposal problems or when there is only a short-term accumulation of feces due to conventional treatment methods. A short-term change of location is not possible with fixed systems. In addition, newly constructed systems require a long training phase, which is particularly detrimental when used for a short period of time.
Es sind keine containerartigen und somit ortsveränderlichen Einrichtungen bekannt, mit deren Hilfe Fäkalien und ähnliche Medien kontinuierlich so gereinigt werden können, daß deren unbedenkliche Einleitung in Gewässer oder Verbringung auf Bodenflächen möglich ist und gleichzeitig eine teilweise Rückgewinnung von Inhaltsstoffen erfolgen kann. 25There are no known container-like and therefore mobile facilities with the help of which faeces and similar media can be continuously cleaned in such a way that they can be safely discharged into water bodies or placed on soil surfaces and at the same time a partial recovery of the ingredients can take place. 25
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine ortsveränderliche Einrichtung zu entwickeln, mit der eine komplexe vorflutfähige Reinigung hochkonzentrierter Medien wie Fäkalien und Gülle und eine teilweise Rückgewinnung von Inhaltsstoffen möglich wird.The invention is based on the problem of developing a mobile device with which a complex, pre-floodable cleaning of highly concentrated media such as faeces and liquid manure and a partial recovery of ingredients is possible.
Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.This problem is solved by the measures of claim 1.
Sämtliche für den Reinigungsprozeß erforderlichen Reaktoren und sonstigen Einrichtungen sind bei der beschriebenen Einrichtung in einer transportablen Containereinrichtung angeordnet. Auf diese Weise kann bei Bedarf kurzfristig derAll reactors and other equipment required for the cleaning process are arranged in a transportable container facility in the facility described. In this way, if necessary, the
Standort gewechselt werden. Die besonderen Eigenschaften der Trägerbiologie ermöglichen es, daß nach einem erforderlichen Standortwechsel der Reinigungsprozeß ohne erneute Einfahrphase fortgeführt werden kann. 5The special properties of the carrier biology mean that after a necessary change of location, the cleaning process can be continued without a new run-in phase. 5
Die Erfindung und deren Funktionsweise wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und anhand der zugehörigen Abbildung näher erläutert.The invention and its mode of operation are explained in more detail below using an exemplary embodiment and the associated figure.
Das zu reinigende Medium, wie z.B. grobstoffgereinigte Fäkalien, wird vor dem Zulauf 1 zur Vorkläreinrichtung 2 mittels Dosiereinrichtung 3 mit einem Fällungsmittel versetzt. Das Fällungsmittel bewirkt die Beschwerung und somit beschleunigte und weitergehende Sedimentation grober und feinpartikulärer Inhaltsstoffe. Dadurch wird die Zulaufbelastung mit organischen Stoffen reduziert. Während die sedimentierten Stoffe in der Vorkläreinrichtung 2 abgetrennt und eingedickt werden, gelangt die flüssige Phase in einen nachgeschalteten 0 Mischreaktor 4. Hier wird dem Medium unter ständigem Rühren mit einer Dosiereinrichtung 5 ein Flockungsmittel, z.B. eine Ammonium-Magnesium-Phosphat-Verbindung, zudosiert, welches eine teilweise Bindung von Ammonium-Stickstoff bewirkt. Das Fällungsprodukt wird in der nachgeschalteten Trenneinrichtung 6 nach Sedimentation abgetrennt. Die Klarphase gelangt anschließend gemeinsam mit dem aus einer weiteren Trenneinrichtung 9 rückgeführten Belebtschlamm in den mit granulierten Aufwuchskörpern gefüllten, anaeroben biologischen Reaktor 7. Die Aufwuchskörper haben ein spezifisches Gewicht von 0,4 - 0,9 g/cm3, einen mittleren Korndurchmesser von 3-6 mm und eine besiedelbare Oberfläche von über 900 m2 pro m3 Schüttvolumen. In diesem Reaktor 7 wird auf Grund fehlenden Sauerstoffs das mit dem Medienströmen zugeführte Nitrat zu molekularem Stickstoff denitrifiziert. Die für die Denitrifikation erforderlichen Kohlenstoffverbindungen werden mit dem Zulauf zugeführt bzw. sie werden durch anaerobe Hydrolyse partikulärer Stoffe gebildet.The medium to be cleaned, such as coarse-particle-cleaned faeces, is mixed with a precipitant before the inlet 1 to the primary clarifier 2 using a dosing device 3. The precipitant causes weighting and thus accelerated and further sedimentation of coarse and fine particulate ingredients. This reduces the inlet load with organic substances. While the sedimented substances are separated and thickened in the primary clarifier 2, the liquid phase passes into a downstream mixing reactor 4. Here, a flocculant, e.g. an ammonium-magnesium-phosphate compound, is metered into the medium with constant stirring using a dosing device 5, which causes a partial binding of ammonium nitrogen. The precipitation product is separated in the downstream separation device 6 after sedimentation. The clear phase then passes together with the activated sludge returned from another separation device 9 into the anaerobic biological reactor 7 filled with granulated growth bodies. The growth bodies have a specific weight of 0.4 - 0.9 g/cm 3 , an average grain diameter of 3-6 mm and a colonizable surface of over 900 m 2 per m 3 bulk volume. In this reactor 7, the nitrate supplied with the media streams is denitrified to molecular nitrogen due to the lack of oxygen. The carbon compounds required for denitrification are supplied with the feed or are formed by anaerobic hydrolysis of particulate substances.
Die mit einem Teilstrom aus der Trenneinrichtung 9 in den anaeroben Reaktor 7 kontinuierlich rückgeführte Biomasse enthält in erhöhtem Maße Mikroorganismen mit der Fähigkeit zur intrazellulären Speicherung von Phosphor. Diese 5 Organismen nehmen in diesem Reaktor verstärkt spezielle niedermolekulare Nährsubstrate auf. Diese Stoffe werden vor allem durch die auf dem Aufwuchsträgermaterial in hoher Dichte angesiedelten Mikroorganismen gebildet. Die anaeroben Milieuverhältnisse bewirken einen Selektionsvorteil und somit eine Anreicherung P-speichernder Mikroorganismen im Belebtschlamm.The biomass that is continuously returned to the anaerobic reactor 7 with a partial flow from the separator 9 contains an increased amount of microorganisms with the ability to store phosphorus intracellularly. These 5 organisms absorb special low-molecular nutrient substrates in this reactor. These substances are formed primarily by the microorganisms that settle in high density on the growth carrier material. The anaerobic environment conditions result in a selection advantage and thus an enrichment of P-storing microorganisms in the activated sludge.
Das Gemisch gelangt nach Passage des anaeroben biologischen Reaktors 7 in den nachfolgenden, als Wirbelbettreaktor ausgebildeten, belüfteten Bioreaktor 8. Dieser ist zu 40 60 Vol% mit den gleichen Aufwuchsträgern wie im Reaktor 7 gefüllt. Auf diesen Aufwuchsträgern und in der suspendierten Biomasse siedeln sich spezifische Mikroorganismen wie z.B. Nitrifikanten, P-speichernde und BSB/CSB-eliminierende Organismen in hohen Konzentrationen (bis 10 kg/m3) an. Sie 0 bewirken bei relativ kurzen Kontaktzeiten eine weitgehende Oxydation des restlichen Ammoniums zu Nitrat, die teilweise biologische Elimination des Phosphates und den Abbau auch relativ stabiler organischer Verbindungen. In einer sich an den belüfteten Bioreaktor 8 anschließenden Trenneinrichtung 9 werden Aufwuchsträger und suspendierte Biomasse vom teilgereinigten Medium getrennt. Aufwuchsträger und Belebtschlamm werden auf diese Weise im Bioreaktor 8 zurückgehalten. Ein Teilstrom des Belebtschlammes wird in den anaeroben Reaktor 7 zurückgeführt, wo das im belüfteten Bioreaktor 8 gebildete Nitrat in gasförmigen Stickstoff umgewandelt wird.After passing through the anaerobic biological reactor 7, the mixture passes into the subsequent aerated bioreactor 8, which is designed as a fluidized bed reactor. This is filled to 40-60 vol% with the same growth media as in reactor 7. Specific microorganisms such as nitrifying bacteria, P-storing organisms and BOD/COD-eliminating organisms settle on these growth media and in the suspended biomass in high concentrations (up to 10 kg/m 3 ). With relatively short contact times, they cause extensive oxidation of the remaining ammonium to nitrate, partial biological elimination of the phosphate and the degradation of relatively stable organic compounds. In a separating device 9 connected to the aerated bioreactor 8, the growth media and suspended biomass are separated from the partially purified medium. Growth media and activated sludge are retained in the bioreactor 8 in this way. A partial flow of the activated sludge is returned to the anaerobic reactor 7, where the nitrate formed in the aerated bioreactor 8 is converted into gaseous nitrogen.
Die noch stark mit biologisch nicht oder schwer abbaubaren organischen Stoffen angereicherte Klarphase wird in einen nachgeschalteten Mischreaktor 10 geleitet und dort durch eine Dosiereinrichtung 11 mit einer vorgegebenen Menge Aktivkohlepulver versetzt. Die biologisch stabilen Stoffe werden adsorptiv an die Kohle gebunden. Kohlekonzentrationen und Kontaktzeit im Reaktor sind so gewählt, daß die gelöstenThe clear phase, which is still heavily enriched with organic substances that are not or hardly biodegradable, is fed into a downstream mixing reactor 10 and mixed there with a predetermined amount of activated carbon powder by a dosing device 11. The biologically stable substances are bound to the carbon by adsorption. The carbon concentrations and contact time in the reactor are selected so that the dissolved
organischen Reststoffe den Wert von 100 - 150 mg CSB/1 nicht überschreiten.organic residues do not exceed the value of 100 - 150 mg COD/1.
Die mit organischen Stoffen beladene, nur langsam sedimentierende Pulverkohle wird anschließend mit Hilfe einer Dosiereinrichtung 13 vor Zuführung in die nachgeschaltete Nachkläreinrichtung 12 mit einem Flockungsmittel beschwert. Dabei wird auch biologisch noch nicht eliminierter Phosphor chemisch gebunden. Gleichzeitig erfolgt auf diese Weise eine beschleunigte und vollständigere Sedimentation und Abtrennung von eventuell noch in der Klarphase vorhandener Belebtschlammteilchen. Der sedimentierte Mischschlamm wird in die Vorkläreinrichtung 2 zurückgeführt. Die Konzentration der aus der Nachkläreinrichtung 12 ablaufenden Klarphase 14 liegen beim BSB < 20 mg/1, CSB < 150 mg/1, Gesamt-Phosphor < 2,0 mg/1 und Ammonium-Stickstoff < 15 mg/1.The powdered coal, which is loaded with organic substances and only settles slowly, is then weighted down with a flocculant using a metering device 13 before being fed into the downstream secondary clarifier 12. In the process, phosphorus that has not yet been biologically eliminated is chemically bound. At the same time, this leads to an accelerated and more complete sedimentation and separation of any activated sludge particles that may still be present in the clear phase. The sedimented mixed sludge is returned to the primary clarifier 2. The concentration of the clear phase 14 flowing out of the secondary clarifier 12 is BOD < 20 mg/1, COD < 150 mg/1, total phosphorus < 2.0 mg/1 and ammonium nitrogen < 15 mg/1.
Der Mischschlamm wird dem System über die Vorkläreinrichtung 2 und der mit Stickstoff und Phosphor 0 angereicherte chemische Schlamm über die Trenneinrichtung entnommen. Vor allem der chemische Schlamm kann unbedenklich in der Landwirtschaft als Dünger eingesetzt werden.The mixed sludge is removed from the system via the primary clarifier 2 and the chemical sludge enriched with nitrogen and phosphorus 0 is removed via the separator. The chemical sludge in particular can be safely used as fertilizer in agriculture.
Somit sind die Bedingungen für die Einleitung in Oberflächengewässer oder für die landwirtschaftliche Verwertung ohne Gefahr für die Umwelt gegeben.The conditions are therefore met for discharge into surface waters or for agricultural use without endangering the environment.
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dadurch gekennzeichnet,1. Facility for biological and chemical-adsorptive waste water treatment, in particular for the treatment of faeces and similar media enriched with ammonium, phosphorus and poorly biodegradable organic substances,
characterized,
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