WO1980000148A1 - Process for eliminating toxic substances contained in waste waters - Google Patents

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WO1980000148A1 PCT/DE1979/000064 DE7900064W WO8000148A1 WO 1980000148 A1 WO1980000148 A1 WO 1980000148A1 DE 7900064 W DE7900064 W DE 7900064W WO 8000148 A1 WO8000148 A1 WO 8000148A1
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  • Attisholz plant consisting of two 5-liter activated sludge tanks connected in series with secondary settling tanks and sludge return as well as a Linde apparatus from a 3-liter activated sludge stage with secondary settling tanks and sludge return were used.
  • air was added to the Attisholz plant and oxygen to the Linde apparatus.

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Abstract

Inprovement of the purifying capacity of a purification station comprising one or more aerobic or eventually anaerobic stages for treating waste waters containing toxic substances. The purification station is subject to sudden overloads of toxic substances or used waters containing toxic substances. The concentration of toxic substances is progressively increased during the surges and is adjusted so that the biological balance of the waste waters is almost destroyed and that the time interval separating two consecutive surges is such that it allows the recovery of this balance. Further, a process is provided for growing bacteria which may be used in the treatment of waste waters containing toxic substances, and the bacteria obtained thereby.

Description

Verbesserung des Abbaus von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern Improvement in the degradation of waste water contaminated with toxic substances
Abwasserkläranlagen haben den Zweck, die im Abwasser enthaltene Schmutzlast durch mechanische und biologische Verfahren zu beseitigen. Bei den biologischen Reinigungsstufen unterscheidet man zwischen dem aeroben Verfahren, bei dem die Verunreinigungen in Bakterienzellen mit Hilfe von Sauerstoff abgebaut werden, und dem anaeroben Prozess, bei dem die organischen Bestandteile der Abwasserschmutzlast ohne Sauerstoffzufuhr umgesetzt werden, wobei hauptsächlich Methangas entsteht.Wastewater treatment plants have the purpose of eliminating the pollution load contained in the wastewater by mechanical and biological processes. In the biological purification stages, a distinction is made between the aerobic process, in which the impurities in bacterial cells are broken down with the help of oxygen, and the anaerobic process, in which the organic components of the wastewater pollution load are converted without the addition of oxygen, which mainly produces methane gas.
Es handelt sich in beiden Fällen um biologische Prozesse mit Bakterienmischkulturen, die sich der Schmutzwasserbelastung der jeweiligen Kläranlage in gewissem Grad anpassen, jedoch sehr empfindlich gegenüber einigen chemischen Substanzen reagieren. in allen bekannten Fällen wird vom Betreiber der Kläranlage durch verbindliche Auflagen verlangt und durch strenge Kontrollen sichergestellt, daß die Konzentrationen an toxisch wirkenden Substanzen gewisse Grenzwerte nicht überschreiten, da sonst erhebliche Störungen in der Funktion der Anlage und hohe Sachschäden entstehen. Die meisten Abwässer häuslicher und gewerblicher Art enthalten keine für eine Abwasserbiologie schädliche Stoffkonzentrationen.In both cases, these are biological processes with mixed bacteria cultures, which adapt to a certain degree to the wastewater load of the respective sewage treatment plant, but are very sensitive to some chemical substances. In all known cases, the operator of the sewage treatment plant is required by binding conditions and strict controls ensure that the concentrations of toxic substances do not exceed certain limit values, as otherwise considerable malfunctions in the operation of the plant and high damage to property will result. Most domestic and commercial wastewater does not contain any substance concentrations that are harmful to wastewater biology.
In der Fachliteratur (z.B. A.L. Downing, Österr. Abwasser rundschau 1969, S. 99) werden als für den biologischen Abbau schädliche Konzentrationen im Abwasser und Schlamm beispielsweise folgende Werte angegeben:
Figure imgf000004_0001
In the specialist literature (e.g. AL Downing, Österr. Abwasser rundschau 1969, p. 99), the concentrations in wastewater and sludge that are harmful to biodegradation include the following values:
Figure imgf000004_0001
Dementsprechend schreiben die Entwässerungssatzungen aller kommunalen Kläranlagen Grenzbedingungen für das Einleiten toxischer Substanzen vor, die zwar - den lokalen Bedingungen entsprechend - untereinander abweichen, aber übereinstimmend die auf die Abwasserbiologie toxisch wirkenden Stoffe begrenzen. Einige dieser Auflagen sind als Beispiel aufge führt:Accordingly, the drainage regulations of all municipal wastewater treatment plants prescribe limit conditions for the discharge of toxic substances, which - depending on the local conditions - differ from each other, but consistently limit the substances that are toxic to wastewater biology. Some of these requirements are listed as examples:
Organische Lösungsmittel -"keine" bzw. "nach spezieller Festlegung"Organic solvents - "none" or "by special specification"
Chlorkohlenwasserstoffe - "dürfen nicht eingeleitet werden Chrom 3 + -"max. 3 , 0 mg/1"Chlorinated hydrocarbons - "must not be introduced Chromium 3 + -" max. 3.0 mg / 1 "
Chlorkohlenwasserstoffe und Chrom 3+-Ionen reichern sich im Belebtschlamm stark an und gefährden dadurch die Faulturmbiologie auch dann, wenn sie nur in relativ kleinen Mengen in den zugeleiteten Abwässern vorhanden sind.Chlorinated hydrocarbons and chromium 3+ ions accumulate strongly in the activated sludge and thereby endanger the digestion biology even if they are only present in relatively small amounts in the supplied wastewater.
Die chemische Industrie hat sich von Anfang an mit dem Problem, die Konzentrationen der auf die Bakterienkulturen toxisc wirkenden Stoffe unter den vorgeschriebenen Grenzwerten zu halten, auseinandersetzen müssen. Zuweilen wurden für dieRight from the start, the chemical industry had to deal with the problem of keeping the concentrations of substances toxic to bacterial cultures below the prescribed limit values. Sometimes for the
Abläufe einzelner, Reaktionsprozesse technologisch anspruchs- volle und kostspielige Vorreinigungsstufen entwickelt, die ihre Grenzen da finden, wo die geforderten ppm- bzw. Nullwerte verfahrenstechnisch nicht erreichbar und/oder wirtschaftlich nicht vertretbar sind. In manchen Fällen, in denen diese Grenzen überschritten werden, sind mit großem Aufwand werkseigene Kläranlagen für die Vorab Beseitigung der auf die Biologie toxisch wirkenden Stoffe errichtet worden. Bei diesen Anlagen wirkt sich auch nachteilig aus, daß auf den bewährten, leicht assimilierbaren Stickstoff- und phosphorhaltigen Nährboden des häuslichen Abwassers verzichtet werden muß. Bisher ist es lediglich gelungen, Anlagen für den verhältnismäßig kostspieligen aeroben Abbau erfolgreich zu betreiben. Wegen der negativen Erfahrung mit den auf toxische Substanzen sehr empfindlichen Mikroorganismen wurden anaerobe Abbaustufen nicht mehr verfolgt. Es ist keine Anlage einer Gemeinde oder der chemischen Industrie bekannt, die mitErfolg mit chemischen, spezifisch toxischen Stoffen belastete Abwässer auch anaerob - daher verhältnismäßig kostensparend - reinigt.Individual processes, reaction processes technologically demanding developed full and costly pre-cleaning stages, which find their limits where the required ppm or zero values cannot be achieved in terms of process technology and / or cannot be economically justified. In some cases, in which these limits are exceeded, in-house sewage treatment plants have been set up to remove the substances that are toxic to biology. These systems also have the disadvantage that the proven, easily assimilable nitrogen and phosphorus-containing nutrient medium of domestic wastewater has to be dispensed with. So far, it has only been possible to successfully operate plants for the relatively expensive aerobic mining. Due to the negative experience with the microorganisms, which are very sensitive to toxic substances, anaerobic degradation stages were no longer followed. There is no known facility in a municipality or the chemical industry that also successfully processes wastewater contaminated with chemical, specifically toxic substances - therefore relatively cost-saving.
Es stellte sich daher die Aufgabe, eine verfahrenstechnisch einfache, wirtschaftliche Möglichkeit für die biologische Reinigung von chemisch belasteten Abwässern zu finden, nach der nicht nur aerob, sondern auch anaerob abgebaut werden kann.The task therefore was to find a process-technically simple, economical possibility for the biological purification of chemically contaminated wastewater, which can be used not only for aerobic but also for anaerobic degradation.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Kapazität für den Abbau von mit toxischen Stoffen stark belasteten Abwässern einer üblichen Kläranlage wesentlich erhöht werden kann, indem man die vorhandenen Bakterienpopulationen so weit verändert, daß sie sowohl in der aeroben als auch in der empfindlicheren anaeroben Stufe weit höhere Konzentrationen an toxischen Stoffen abzubauen vermögen als den bisher angesetzten Grenzwerten entspricht. Diese Ver- änderung wird dadurch erreicht, daß die Bakterienpopulationen stoßweise mit den toxischen Stoffen belastet werden, wobei die Konzentration, an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen allmählich gesteigert und so bemessen wird, daß die Abwasserbiologie nahezu aber keinesfalls ganz zusammenbricht, und die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Stößen so angesetzt werden, daß für die Abwasserbiologie ausreichend Zeit zur Regeneration zur Verfügung steht.Surprisingly, it was found that the capacity for the degradation of wastewater of a conventional sewage plant, which is heavily contaminated with toxic substances, can be substantially increased by changing the existing bacterial populations to such an extent that they have much higher concentrations in both the aerobic and the more sensitive anaerobic stage of toxic substances are able to degrade than the previously applied limit values. This Change is achieved in that the bacterial populations are intermittently contaminated with the toxic substances, whereby the concentration of toxic substances in the individual impacts is gradually increased and measured so that the wastewater biology almost completely does not collapse, and the time intervals between the individual Shocks are set in such a way that there is sufficient time for regeneration in wastewater biology.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verbesserung der Kapazität einer Kläranlage mit einer oder mehreren aeroben und gegebenenfalls anaeroben Stufen für den Abbau von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kläranlage einer stoßweisen Belastung durch die toxischen Stoffe oder durch die Abwässer, die die toxischen Stoffe enthalten, unterworfen wird, wobei die Konzentration an toxischen Stoffen beiden einzelnen Stößen allmählich gesteigert und so bemessen wird, daß die Abwasserbiologie nahezu zusammenbricht, und die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Stößen so angesetzt werden, daß für die Abwasserbiologie ausreichend Zeit zur Regeneration zur Verfügung steht.The present invention therefore relates to a method for improving the capacity of a sewage treatment plant with one or more aerobic and optionally anaerobic stages for the degradation of wastewater contaminated with toxic substances, characterized in that the sewage treatment plant is subjected to intermittent pollution by the toxic substances or by the wastewater , which contain the toxic substances, the concentration of toxic substances is gradually increased in both individual bursts and is dimensioned in such a way that the wastewater biology almost breaks down, and the time intervals between the individual bumps are set in such a way that there is sufficient time for the wastewater biology is available for regeneration.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur biologischen Reinigung mit toxischen Stoffen belasteter Abwässer dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau in einer in der oben beschriebenen Weise modifizierten Kläranlage erfolgt.The present invention furthermore relates to a process for the biological purification of waste water contaminated with toxic substances, characterized in that the degradation takes place in a sewage treatment plant modified in the manner described above.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zunächst die anfänglich vertretbaren, von der aeroben Belebtschlamm-Biologie gerade noch abbaubaren Konzentrationen der toxischen Stoffe ermittelt. Hierzu wird in bekannter Weise während mindestens 5 Tagen die Sauerstoffzehrung (biologischer Sauerstoffbedarf, BSB) von Mischungen bestimmt, welche die zu testende, toxische Substanz bzw. Substanzen oder die mit toxischen Stoffen belasteten Abwässer in verschiedenen Konzentrationen enthalten. Der Verlauf des Sauerstoffverbrauches dieser Mischungen wird mit dem Verlauf des BSB-Abbaues normaler kommunaler oder Industrieabwässer verglichen, die diese Substanzen nicht oder nur in Spuren enthalten. Bei geringer Belastung mit toxischen Stoffen gleicht der Verlauf der Sauerstoff zehrung der Testmischungen demjenigen der üblichen Abwässer. Mit steigender Konzentration an toxischen Substanzen wird von den Testmischungen weniger Sauerstoff verbraucht als von den Vergleichsgemischen, da die Abwasserbiologie durch die Schadstoffe zunehmend gestört wird. Wird die Konzentration an toxischen Stoffen so weit gesteigert, daß die Abwasserbiologie völlig vergiftet wird, so ist keinerlei Sauerstoffaufnahme mehr festzustellen. Eine eventuell mögliche synergistische Wirkung der Schadstoffe eines bestimmten Abwassers mit denen anderer Einleiter ist bereits an dieser Stelle zu berücksichtigen und gegebenenfalls zu bestimmen.In order to carry out the method according to the invention, the initially justifiable concentrations of the toxic substances which are just degradable by the aerobic activated sludge biology are first determined. For this purpose, the oxygen consumption is known for at least 5 days (biological oxygen demand, BOD) of mixtures which contain the toxic substance or substances to be tested or the wastewater contaminated with toxic substances in various concentrations. The course of the oxygen consumption of these mixtures is compared with the course of the BOD degradation of normal municipal or industrial wastewater that does not contain these substances or only contains them in traces. At low levels of toxic substances, the course of the oxygen consumption of the test mixtures is the same as that of the usual wastewater. With an increasing concentration of toxic substances, less oxygen is consumed by the test mixtures than by the comparison mixtures, since the wastewater biology is increasingly disrupted by the pollutants. If the concentration of toxic substances is increased to such an extent that the wastewater biology is completely poisoned, no more oxygen intake can be determined. A possible possible synergistic effect of the pollutants of a certain wastewater with those of other dischargers must already be taken into account at this point and determined if necessary.
Mit Hilfe solcher Vorversuche lassen sich Grenzwerte gewinnen, bei denen die untersuchte aerobe Belebtschlammbiologie gerade noch nicht geschädigt wird.With the help of such preliminary tests, limit values can be obtained at which the aerobic activated sludge biology examined is just not damaged.
Um die Bakterienpopulationen in der Kläranlage erfindungsgemäß zu verändern, werden dem normalerweise zufließenden Abwasser stoßweise die betreffenden toxischen Stoffe, Stoff- gemische oder die mit toxischen Stoffen belasteten Abwässer in zunehmenden Konzentrationen zugegeben. Als Kriterium für die zuzuführende Menge dient das Verhalten der Abwasserbiologie der Kläranlage selbst. In der aeroben Stufe eignen sich als Beobachtungsgrößen insbesondere die Nahrungsaufnahme durch die Bakterien im Belebtschlammbecken, d.h. mit anderen Worten, die Abbaurate in dieser Stufe. Als charakteristische Meßgröße bietet sich hierfür der chemische Sauerstoffbedarf des Abwassers (CSB-Wert) an; eine Größe, die relativ rasch und einfach nach üblichen Methoden erhalten werden kann. In einer völlig intakten Kläranlage sinkt dieser CSB-Wert während des Durchlaufens durch das Belebtschlammbecken auf 10 - 151 des Ausgangswertes. Man spricht von einem 85 bis 90ligen CSB-Abbau. Die Schadstoffkonzentration eines jeden Stoßes soll nun so bemessen werden, daß der CSB-Abbau auf 25 - 5%, vorzugsweise auf 20 - 15% absinkt. Der Wert von 5% sollte nicht unterschritten werden, da sonst die Gefahr besteht, daß die BelebtSchlammbiologie völlig zusammenbricht und sich nicht mehr erholt.In order to change the bacterial populations in the sewage treatment plant according to the invention, the toxic substances, mixtures of substances or the wastewater contaminated with toxic substances are gradually added to the normally flowing waste water in increasing concentrations. The behavior of the wastewater biology of the sewage treatment plant itself serves as a criterion for the quantity to be supplied. In the aerobic stage, observation quantities are particularly suitable as the food intake by the bacteria in the activated sludge basin, ie in other words, the rate of degradation in this stage. The chemical oxygen demand of the wastewater (COD value) lends itself as a characteristic parameter; a size that can be obtained relatively quickly and easily using conventional methods. In a completely intact wastewater treatment plant, this COD value drops to 10 - 151 of the initial value while passing through the activated sludge basin. One speaks of an 85 to 90 liter COD degradation. The pollutant concentration of each impact should now be measured so that the COD degradation drops to 25-5%, preferably to 20-15%. The value should not fall below 5%, otherwise there is a risk that the activated sludge biology will collapse completely and will no longer recover.
Als ein weiteres Kriterium zur aeroben Abwasserbiologie kann die Menge der Biomasse herangezogen werden. Bei normaier Funktion der aeroben Stufe wird gewöhnlich Oberschußschlamm produziert, der in die anaerobe Stufe weitergeleitet wird. Erfährt die Belebtschlammbiologie eine außergewöhnliche Belastung durch toxisch wirkende Stoffe, so nimmt die Biomasse in Abhängigkeit von der Schadstoffmenge ab. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nach jedem Stoß die Biomasse nicht unter 10%, vorzugsweise nicht unter 20% des Ausgangswertes sinken.The quantity of biomass can be used as a further criterion for aerobic wastewater biology. When the aerobic stage is functioning normally, excess sludge is usually produced which is passed on to the anaerobic stage. If the activated sludge biology experiences an unusual load from toxic substances, the biomass will decrease depending on the amount of pollutants. When carrying out the method according to the invention, the biomass should not drop below 10%, preferably not below 20%, of the initial value after each impact.
Auch das mikroskopische Erscheinungsbild des Belebtschlammes gibt qualitativ Aufschluß über den Zustand der Belebtschlammbiologie. Während die Bakterien im Normalzustand klar umrissene, einfache geometrische Formen, z.B. runde Scheibchen oder gerade Stäbchen aufweisen, erscheinen sie mit zunehmende Vergiftung als wesentlich komplexere geometrische Figuren: runde Scheibchen werden beispielsweise zu stark zerklüfteten flächenartigen Gebilden, gerade Stäbchen zu längeren, stark gewundenen Fäden. Die Übergänge sind fließend.The microscopic appearance of the activated sludge also provides qualitative information about the state of activated sludge biology. While the bacteria normally have clearly outlined, simple geometric shapes, such as round disks or straight rods, they appear with increasing poisoning as significantly more complex geometric figures: Round disks, for example, become strongly jagged sheet-like structures, straight sticks become longer, strongly twisted threads. The transitions are fluid.
Prinzipiell ist es auch möglich, die Sauerstoffaufnähme bzw. die C02-Abgabe, die mit zunehmender Vergiftung der Bakterienpopulationen geringer wird, als Maß für die Funktionsfähigkeit der Abwasserbiologie heranzuziehen.In principle, it is also possible to use the oxygen uptake or the C0 2 release, which decreases with increasing poisoning of the bacterial populations, as a measure of the functionality of the wastewater biology.
Die Wirksamkeit der anaeroben Stufe kann mit großem Vorteil anhand der Gasentwicklung überprüft werden. Die Konzentration an Schadstoffen jedes einzelnen Stoßes soll so bemessen sein, daß die Faulgasmenge auf 20 - 2% vorzugsweise 10 - 51 des Ausgangswertes bei normaler Funktion der anaeroben Bakterienpopulation abfällt. Die Faulturmbiologie kann sich auch dann noch erholen, wenn die Faulgasproduktion kurzfristig völlig zum Erliegen kommt. Wird längere Zeit kein Faulgaserzeugt, so sind die anaeroben Faulturmbakterien nicht mehr regenerierfähig. Die Ursache hierfür ist darin zu suchen, daß mit abnehmender Faulgasmenge die Konzentration an freien, organischen Säuren, charakterisiert durch die sogenannte Säurezahl, zunimmt, da der Abbau der organischen Schadstoffe nicht mehr bis zu Methan, Wasserstoff und Wasser erfolgt. Freie organische Säuren stellen aber ebenfalls Schadstoffe für die Faulturmbiologie dar. Bei völligem Stillstand der Faulgasproduktion steigt die Säurezahl an. Die stark angereicherten, organischen Säuren vergiften dann recht bald vollständig die anaeroben Bakterienpopulationen.The effectiveness of the anaerobic stage can be checked with great advantage on the basis of the gas evolution. The concentration of pollutants of each individual impact should be such that the amount of fermentation gas drops to 20-2%, preferably 10-51% of the initial value with normal functioning of the anaerobic bacterial population. The digestion biology can still recover even if the fermentation gas production comes to a complete standstill in the short term. If no fermentation gas is produced for a long time, the anaerobic digestion bacteria can no longer be regenerated. The reason for this is that the concentration of free organic acids, characterized by the so-called acid number, increases as the amount of fermentation gas decreases, since the decomposition of the organic pollutants no longer takes place down to methane, hydrogen and water. However, free organic acids also represent pollutants for digestion biology. When the fermentation gas production stops completely, the acid number increases. The highly enriched, organic acids will soon completely poison the anaerobic bacterial populations.
Nachdem in dem ersten Stoß der Kläranlage so viel mit toxischen Stoffen belastetes Abwasser zugeleitet worden ist, daß die Abwasserbiologie bis zu den oben näher charakterisierten Grenzen zusammenbricht, wird den Bakterienpopulationen als deren übliches Nährmedium wieder normal belastetes Abwasser zugeführt. Nach einer ausreichenden Erholungsphase, in der die biologischen Abbauprozesse wieder anzulaufen beginnen und sich neue Biomasse bildet, erhält man eine Bakterienpopulation, die gegen toxische Stoffe weniger empfindlich ist als vor dieser Stoßbehandlung. Nachdem die CSB- Abbaurate der Kläranlage wieder bis zum Ausgangswert von ungefähr 85 - 90% angestiegen ist, kann eine zweite Stoßbelastung der Kläranlage mit Abwasser, das die Schadstoffe in einer höheren Konzentration als beim ersten Stoß enthält, erfolgen.After so much wastewater contaminated with toxic substances has been fed into the wastewater treatment plant in the first batch that wastewater biology collapses to the limits described in more detail above, wastewater that is normally contaminated is returned to the bacterial populations as their usual nutrient medium. After a sufficient recovery period in which the biological degradation processes start up again and new biomass forms, a bacterial population is obtained which is less sensitive to toxic substances than before this shock treatment. After the COD degradation rate of the wastewater treatment plant has risen again to the initial value of approximately 85-90%, the sewage treatment plant can be subjected to a second shock with waste water, which contains the pollutants in a higher concentration than in the first burst.
Dieser Wechsel von Belasten und Regenerieren der Abwasserbiologie wird so lange wiederholt, bis Bäkterienpopulationen mit der gewünschten Widerstandsfähigkeit gegenüber dem einzuleitenden Abwasser gezüchtet worden sind.This alternation of pollution and regeneration of the wastewater biology is repeated until bacterial populations with the desired resistance to the wastewater to be discharged have been bred.
Die bisherige Erfahrung hat gezeigt, daß beim ersten Stoß ungefähr die ein- bis zweifache, beim zweiten Stoß die zwei- bis fünffache, beim dritten Stoß die fünf- bis zehnfache Menge an toxischen Stoffen bezogen auf die nach der oben beschriebenen Methode der Sauerstoffzehrung ermittelte Grenzwert-Konzentration zugeleitet werden kann. Eine ungefähr zehnfache Steigerung der Abbaufähigkeit .gegenüber mit toxischen Stoffen belasteter Abwässer einer üblichen Kläranlage läßt sich in drei bis fünf, eine hundertfache Steigerung in 12 bis 15 Selektionsschritten erreichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die für die jeweilige Stoßbelastung erforderliche Menge an toxischen Stoffen bzw. an mit Schadstoffen belasteten Abwässern nicht auf einmal, sondern in mehreren, vorzugsweise in zwei bis drei Portionen zugesetzt und die Reaktion der Abwasserbiologie auf die einzelnen Zusätze beobachtet wird. Dadurch läßt sich der angestrebte teilweise Zusammenbruch der Abwasserbiologie leichter und exakter bis zu den oben näher beschriebenen Grenzen heranführen und das Risiko, daß die Bakterienpopulationen doch zu stark belastet und dadurch vollständig vergiftet werden, nahezu vermeiden.Experience to date has shown that the first impact is approximately one to two times, the second impact two to five times, and the third impact five to ten times the amount of toxic substances based on the limit value determined according to the method of oxygen consumption described above Concentration can be supplied. An approximately tenfold increase in the degradability compared to wastewater contaminated with toxic substances in a conventional sewage treatment plant can be achieved in three to five, and a hundredfold increase in 12 to 15 selection steps. It is particularly advantageous if the amount of toxic substances or waste water contaminated with pollutants required for the respective shock load is not added all at once, but in several, preferably in two to three portions, and the reaction of the waste water biology to the individual additives is observed. As a result, the desired partial collapse of wastewater biology can be brought up more easily and precisely up to the limits described in more detail above, and the risk that the bacterial populations are nevertheless too heavily burdened and therefore completely be poisoned, almost avoid.
Um zu einer bestimmten Widerstandsfähigkeit der Bakterienpopulationen einer Kläranlage zu gelangen, lassen sich unter Umständen bis zu drei der oben beschriebenen Selektionsschritte einsparen, wenn vor der Selektion ein Adaptionsprozeß durchgeführt wird. Hierzu werden die Schadstoffe in den gemäß obigen Ausführungen ermittelten Grenzwertkonzentrationen, bei denen die Abwasserbiologie gerade noch nicht geschädigt wird, kontinuierlich längere Zeit der Kläranlage zugeführt. Die Belüftungszeit für einen ungefähr 90%igen BSB-Abbau (der biologische Sauerstoffbedarf sinkt auf 10% des Ausgangswertes) nimmt während dieser Zeit ab und nähert sich schließlich asymptotisch einem Grenzwert. Die Erfahrung hat gezeigt, daß nach einigen Monaten die Adaptionsfähigkeit der Bakterienpopulationen eine gewisse Grenze erreicht hat, d.h. auf diesem Wege nicht weiter gesteigert werden kann.In order to achieve a certain resistance of the bacteria populations of a sewage treatment plant, up to three of the selection steps described above can be saved if an adaptation process is carried out before the selection. For this purpose, the pollutants in the limit value concentrations determined according to the above explanations, at which the wastewater biology has just not been harmed, are continuously fed to the sewage treatment plant for a relatively long time. The aeration time for an approximately 90% BOD degradation (the biological oxygen requirement drops to 10% of the initial value) decreases during this time and finally approaches a limit value asymptotically. Experience has shown that after a few months the adaptability of the bacterial populations has reached a certain limit, i.e. cannot be further increased in this way.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Bakterienpopulationen züchten, welche die bisher als schädlich angesehenen Stoffe in praxisnahen Mengen ohne weiteres abzubauen vermögen. Dadurch wird die Abbaufähigkeit der bisher üblichen Kläranlagen wesentlich erhöht, ohne daß sonstige Parameter geändert werden müssen.With the aid of the method according to the invention, bacterial populations can be grown which are able to readily break down the substances previously regarded as harmful in practical quantities. This significantly increases the degradability of the wastewater treatment plants that have been used up to now without having to change any other parameters.
Aufgrund dieser Ergebnisse können einige Grenzwerte der zur Zeit gültigen Entwässerungssatzungen drastisch erhöht werden. Viele kommunale Kläranlagen haben die Mög- lichkeit, durch Aufnahme spezieller Industrieabwässer die vorhandene Kapazitäten besser auszulasten und ihren Wirkungsgrad zu erweitern. Kostspielige, zusätzliche Vor- und Nachreinigungsstufen, die bisher vor allem bei chemischen Prozessen in vielen Fällen notwendig waren, können entfallen. Die Durchführung des erfindungs gemäßen Selektionsprozesses ist nicht nur auf die Abwasserbiologie einer kommunalen Kläranlage beschränkt. Es ist durchaus möglich, Bakterienpopulationen, die stark mit toxischen Stoffen belastete Abwässer abzubauen vermögen, in entsprechend konzipierten Labor- oder Technikumsanlagen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu züchten. Die so erhaltenen Bakterienpopulationen lassen sich in üblicher Weise konservieren. Sie können jederzeit in bekannter Weise vermehrt und in üb- liehen Kläranlagen zum raschen Aufbau einer zum Abbau mit toxischen Stoffen stark belasteter Abwässer geeigneten Abwasserbiologie eingesetzt werden.Based on these results, some limit values of the currently valid drainage regulations can be increased drastically. Many municipal wastewater treatment plants have the option of better utilizing existing capacities and increasing their efficiency by absorbing special industrial wastewater. Costly, additional pre- and post-cleaning stages, which were previously necessary in many cases, especially in chemical processes, can be eliminated. The implementation of the selection process according to the invention is not only limited to the wastewater biology of a municipal sewage treatment plant. It is entirely possible to breed bacterial populations that are able to break down wastewater that is heavily contaminated with toxic substances in appropriately designed laboratory or pilot plant systems using the method according to the invention. The bacterial populations obtained in this way can be preserved in the usual way. They can be expanded at any time in a known manner and used in conventional sewage treatment plants to rapidly build up a wastewater biology that is suitable for degradation with toxic substances.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist daher auch ein allgemeines Verfahren zum Züchten von Bakterienpopulationen, die zum Abbau stark mit toxischen Stoffen belasteter Abwasser geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Biologie in einem beliebigen Belebtschlammbecken und gegebenenfalls Faulturm einer stoßweisen Belastung mit den toxischen Stoffen bzw. Stoffgemischen oder den die toxischen Stoffe enthaltenen Abwässern unterworfen werden, wobei die Konzentration an /toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen allmählich gesteigert und so bemessen wird, daß die Biologie nahezu zusammenbricht, und die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Stößen so angesetzt werden, daß die Biologie ausreichend Zeit zur Regeneration zur Verfügung steht, sowie die nach diesem Verfahren erhaltenen Bakterienpopulationen selbst.The subject of the present application is therefore also a general method for growing bacterial populations which are suitable for the degradation of wastewater heavily contaminated with toxic substances, characterized in that the biology in any activated sludge basin and, if appropriate, digestion debris of an intermittent contamination with the toxic substances or substance mixtures or subjected to the waste water containing the toxic substances, the concentration of / toxic substances in the individual collisions being gradually increased and dimensioned in such a way that the biology almost collapses, and the intervals between the individual collisions are set in such a way that the biology is sufficient Time for regeneration is available, as well as the bacterial populations obtained by this method itself.
Die vorliegende Erfindung wird durch den folgenden Versuchsbericht näher erläutert. VersuchsberichtThe present invention is explained in more detail by the following test report. Test report
A) LaborversucheA) Laboratory tests
Die Untersuchungen wurden mit den für die Abwasserbiologie besonders schädlichen chlorierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere mit Chloroform durchgeführt. Zu- sätzlich wurden zwei charakteristische Industrieabläufe eingesetzt, die mit bestimmten toxischen Stoffen verunreinigt waren.The investigations were carried out using chlorinated hydrocarbons, which are particularly harmful to wastewater biology, especially chloroform. In addition, two characteristic industrial processes were used that were contaminated with certain toxic substances.
Für die Laborversuche wurden eine Attisholz-Anlage aus zwei hintereinandergeschalteten 5-Liter-Belebtschlamm becken mit Nachklärbecken und Schlammrückführung sowie eine Linde-Apparatur aus einer 3-Liter-Belebtschlamm- stufe mit Nachklärbecken und Schlammrückführung benutzt. Zum aeroben Abbau der organischen Begleitstoffe wurde bei der Attisholz-Anlage Luft und bei der Linde- Apparatur Sauerstoff zugeführt.For the laboratory tests, an Attisholz plant consisting of two 5-liter activated sludge tanks connected in series with secondary settling tanks and sludge return as well as a Linde apparatus from a 3-liter activated sludge stage with secondary settling tanks and sludge return were used. For the aerobic degradation of the organic accompanying substances, air was added to the Attisholz plant and oxygen to the Linde apparatus.
1. Grenzwertbestimmungen1. Limit determination
Um die Konzentration zu bestimmen, bei der die zu untersuchenden toxischen Stoffe, Stoffgemische oder Produktionsabläufe, die mit toxischen Stoffen belastet sind, die biologischen Prozesse in der Kläranlage noch nicht in nennenswertem Maße stören, wurden den oben genannten Versuchsanlagen Lösungen zugeführt, in denen die zu untersuchenden Stoffe, Stoffgemische oder Produktionsabläufe in Konzentrationen von 5 bis 500 mg/1 steigend. zugesetzt worden waren. Während mindestens fünf Tagen wurde mit Hilfe eines handels üblichen "Sapromaf'-Gerätes der biologische Sauer- stoffbedarf (BSB5-Wert) bestimmt. Die für die Testgemische erhaltene Abbaurate des biologischen Sauerstoffbedarfs (BSB-Abbau) wurde mit derjenigen verglichen, die in analog durchgeführten Versuchen für eine Lösung erhalten wurde, in der die Testgemische nicht enthalten waren.In order to determine the concentration at which the toxic substances, substance mixtures or production processes to be investigated, which are contaminated with toxic substances, do not yet significantly interfere with the biological processes in the sewage treatment plant, solutions were added to the above-mentioned test plants in which the investigating substances, substance mixtures or production processes in concentrations of 5 to 500 mg / 1 increasing. had been added. For at least five days, the biological acid was removed using a standard "Sapromaf" device. material requirements (BOD 5 value) determined. The rate of degradation of the biological oxygen demand (BOD degradation) obtained for the test mixtures was compared with that obtained in experiments carried out in an analogous manner for a solution in which the test mixtures were not present.
Als Grenzwert wird diejenige Konzentration an toxischem Stoff, Stoffgemisch oder Produktionsablauf angesehen, bei der der BSB-Abbau des Testgemisches deutlich unter demjenigen der mit toxischen Stoffen nicht belasteten Vergleichslösung liegt. Die so gewonnenen Grenzwerte sind mit einem Fehler von 10 - 20% behaftet. Sie sind jedoch hinreichend genau, um auf Basis dieser Ergebnisse die anschließenden Adaptions- und Selektionsprozesse durchzuführen.The limit value is that concentration of toxic substance, substance mixture or production process at which the BOD degradation of the test mixture is significantly lower than that of the comparison solution not contaminated with toxic substances. The limit values obtained in this way have an error of 10-20%. However, they are sufficiently precise to carry out the subsequent adaptation and selection processes based on these results.
Sol che Grenzwertbestimmungen wurden durchgeführt für Chloroform, für ein Chloroform-Te trachlor-Kohlenstoff- Gemisch im Verhältnis 1 : 1 und zwei vers chiedene Produktions abläufe , die der chemischen Produktion eines pharmazeutis chen Produktes entnommen worden sind , im folgenden "Ablauf A" und "Ablauf B" genannt .Such limit value determinations were carried out for chloroform, for a chloroform-tetrachlorocarbon mixture in a ratio of 1: 1 and two different production processes which were taken from the chemical production of a pharmaceutical product, in the following "process A" and " Process B "called.
Als Grenzwerte für diese Testgemische wurden gefunden:The following were found as limit values for these test mixtures:
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2. Adaptionsversuche
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2. Attempts to adapt
In einer der oben näher beschriebenen Modellanlage wurde 6 Monate lang kontinuierlich ein Chloroform- Wasser-Gemisch eingeleitet, wobei die Chloroform- Konzentration bei dem oben ermittelten Grenzwert von 70 mg/1 lag. Die Belüftungszeit, die der durchschnittlichen Verweilzeit in der Kläranlage entspricht, für einen 90%igen BSB-Abbau verringerte sich im Laufe dieser Zeit von anfänglich 24 Stunden auf 12 Stunden.A chloroform-water mixture was continuously introduced into one of the model plants described in more detail above for 6 months, the chloroform concentration being at the limit value of 70 mg / l determined above. The aeration time, which corresponds to the average residence time in the sewage treatment plant, for a 90% BOD degradation decreased over the course of this time from the initial 24 hours to 12 hours.
Bei einem analogen Versuch mit Chloroform-Tetrachlor- Kohlenstoff (1:1) (80 mg/1 Wasser) konnte die Be lüftungszeit ebenfalls um die Hälfte reduziert werden.In an analogous experiment with chloroform-tetrachlorocarbon (1: 1) (80 mg / 1 water), the aeration time could also be reduced by half.
In einem weiteren Versuch wurde in die Attisholz-Anlage normales häusliches Abwasser, dem 2% Produktionsab wasser aus der eigenen Fabrik zugesetzt waren, eingeleitet. Dieses Mischungsverhältnis entspricht der zu erwartenden Relation Stadtabwasser : Fabrikabwasser, wenn das gesamte Produktionsabwasser dem städtischen Abwassersystem zugeleitet werden würde. Die BSB -Werte für das häusliche Abwasser lagen bei 200 - 300 mg/1; die CSB-Werte (chemischer Sauerstoffbedarf) bei 300 - 400 mg/1. Chlorkohlenwasserstoffe sind nur in Spuren enthalten. Das Produktionsabwasser wies bei Versuchsdurchführung einen durchschnittlichen BSB-Wert von ca. 2000 mg/1 und CSB-Wert von 3500 mg/1 auf.In another experiment, normal domestic wastewater, to which 2% production wastewater from their own factory had been added, was discharged into the Attisholz plant. This mixture ratio corresponds to the expected urban waste water: factory waste water ratio, if all of the production waste water would be sent to the urban waste water system. The BOD values for domestic wastewater were 200-300 mg / 1; the COD values (chemical oxygen demand) at 300 - 400 mg / 1. Chlorinated hydrocarbons are only present in traces. The production wastewater had an average BOD value of approx. 2000 mg / 1 and COD value of 3500 mg / 1 when the test was carried out.
Im Durchschnitt waren 200 mg/1 Chlorkohlenwasserstoffe enthalten.On average, 200 mg / 1 chlorinated hydrocarbons were included.
Ferner wurde das Produktionsabwasser ohne Verdünnung durch Stadtabwasser der Modellanlage zugeleitet. Einige charakteristische Meßwerte aus dieser Versuchsreihe sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.In addition, the production wastewater was fed to the model plant without being diluted by urban wastewater. Some characteristic measured values from this series of tests are shown in the following table.
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Es ist zu erkennen, daß sowohl mit dem künstlichen Chloroform-Wasser- bzw. dem Chloroform-Tetrachlorkohlen stoff-Wasser-Gemisch als auch mit einem charakteristisc Industrieabwasser eine gewisse Adaption der Abwasserbiologie eintritt. Dieser Prozeß ist langwierig und führt schließlich zu einer asymptotischen Phase. Die Anpassungsfähigkeit der Bakterienkulturen ist folglich begrenzt und läßt sich auf diese Weise nicht weiter steigern.It can be seen that with the artificial chloroform-water or chloroform-carbon tetrachloride-water mixture as well as with a characteristic industrial wastewater, a certain adaptation of wastewater biology occurs. This process is lengthy and ultimately leads to an asymptotic phase. The adaptability of the bacterial cultures is consequently limited and cannot be further increased in this way.
3. Selektionsversuche3. Selection attempts
In die Modellanlage, welche die bereits adaptierten Bakterienkulturen enthielt, wurde während der gesamten Versuchsdauer kontinuierlich als normales Nährmedium häusliches Abwasser eingeleitet. Zum Start des Selektionsprozesses wurde in einem Stoß 100 mg/1 Chloroform zugegeben. Die CSB-Abbaurate fiel bis auf 20% zurück. Nach zwei Tagen war wieder ein CSB-Abbau von 85% erreicht. Es wurde in einen Stoß 200 mg/1 Chloroform zugegeben, worauf die CSB-Abbaurate bis auf 15% abfiel. Nach wiederum zwei Tagen Wartezeit hatte sich die Abwasserbiologie wieder regeneriert. Es wurden weitere 400 mg/1 Chloroform zugegeben. Die CSB-Abbaurate sank vorübergehend auf 10% und stieg im Laufe von drei Tagen auf ihren ursprünglichen Wert von 85%.During the entire test period, domestic wastewater was continuously discharged into the model plant, which contained the already adapted bacterial cultures, as a normal nutrient medium. To start the selection process, 100 mg / 1 chloroform was added in one burst. The COD degradation rate fell to 20% back. After two days, a COD reduction of 85% was achieved again. 200 mg / l chloroform was added in one batch, whereupon the COD degradation rate dropped to 15%. After another two days of waiting, the wastewater biology had regenerated again. Another 400 mg / 1 chloroform was added. The COD degradation rate temporarily dropped to 10% and rose to its original value of 85% over three days.
Die so modifizierte Abwasserbiologie wurde dann kontinuierlich mit einem Chloroform-Wasser-Gemisch mit 70 mg Chloroform/1 Wasser belastet. Es zeigte sich, daß die vor Durchführung des Selektionsprozesses er forderliche Belüftungszeit von 12 Stunden auf 3 - 4 Stunden verkürzt werden konnte.The modified wastewater biology was then continuously charged with a chloroform-water mixture containing 70 mg chloroform / 1 water. It was found that the ventilation time required before carrying out the selection process could be reduced from 12 hours to 3-4 hours.
Nach einem in analoger Weise durchgeführten Selektionsprozeß mit normalem Produktionsabwasser konnte die Belüftungszeit von 80 Stunden nach der Adaption auf 46 Stunden nach einmaliger Selektion bzw. 24 Stunden nach wiederholter Selektion herabgesetzt werden.After a selection process carried out in an analogous manner with normal production waste water, the aeration time could be reduced from 80 hours after the adaptation to 46 hours after a single selection or 24 hours after repeated selection.
4. Faulturmversuche4. Digestion trials
In der Literatur ist beschrieben, daß sich die Chlor kohlenwasserstoffe im Schlamm der Belebtschlammbecken anreichern. Der Schlamm gelangt in den Faulturm (anaerobe Stufe), der sich im allgemeinen an die aerobe Stufe anschließt, und kann dort schon bei geringen Konzentrationen Störungen hervorrufen. Es war daher zu testen, ob und wie weit sich auch die Faulturmbiologie auf die Verarbeitung höherer Konzentrationen an Chloroform und auch anderer toxischer Stoffe adaptieren bzw. selektieren läßt.It is described in the literature that the chlorine hydrocarbons accumulate in the sludge of the activated sludge pool. The sludge gets into the digestion tower (anaerobic stage), which generally follows the aerobic stage, and can cause disturbances even at low concentrations. It was therefore necessary to test whether and how far the Digestion biology can be adapted or selected to process higher concentrations of chloroform and other toxic substances.
Es wurde hierzu täglich eine bestimmte Menge Frischschlamm aus einer mit normal belastetem Abwasser laufenden aeroben Stufe einem 4 1-Laborfaulturm zugeführt. Außerdem wurde dieser mit steigenden Chloroformzugaben belastet. Die folgende Tabelle 1 gibt eine Übersicht über den zeitlichen Ablauf dieser Versuchsreihe und über die eingeleiteten Chloroformmengen. Zur Auswertung wurde die produzierte Faulgasmenge herangezogen. "Normal" gibt an, daß das aufgefangene Volumen der Menge, die von einer normal arbeitenden, nicht vergifteten Anlage produziert wird, entspricht. "80%" bedeuten 80% der erwarteten Gasenentwicklung.For this purpose, a certain amount of fresh sludge from an aerobic stage running with normally contaminated wastewater was fed to a 4 liter laboratory digester. In addition, this was burdened with increasing chloroform additions. The following Table 1 gives an overview of the chronological sequence of this series of tests and of the amounts of chloroform introduced. The amount of fermentation gas produced was used for the evaluation. "Normal" indicates that the volume collected corresponds to the amount produced by a normal, non-poisoned plant. "80%" means 80% of the expected gas development.
Tabelle 1 : Verhalten der anaeroben Stufe gegenüber steigenden Chloroform- ZugabenTable 1: Behavior of the anaerobic stage with increasing chloroform additions
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Nach einer Erholungsphase von ca einer Woche, in der sich die Faulgasentwicklung wieder völlig normalisierte, wurde der obige Versuch wiederholt. Die Chloroformzugabe wurde auf 100 mg/1 Faulschlamm gesteigert, wobei die Faulgasmenge kurzfristig auf 50% des Normalwertes zurückfiel.After a recovery phase of about a week, during which the fermentation gas development returned to normal, the above experiment was repeated. The chloroform addition was increased to 100 mg / 1 digested sludge, the amount of digested gas falling briefly to 50% of the normal value.
In analoger Weise wurde das Verhalten der Faulturm biologie auf steigende Konzentrationen eines charakteristischen Produktionsabwassers ("Ablauf A") untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2: Verhalten der anaeroben Stufe gegenüber steigenden Mengen eines charakteristischen Produktionsabwassers ("Ablauf A")In an analogous manner, the behavior of the digestion biology was examined for increasing concentrations of a characteristic production wastewater ("process A"). The results are summarized in Table 2. Table 2: Behavior of the anaerobic stage against increasing amounts of a characteristic production wastewater ("process A")
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Nach einer Regenerierphase von ca. einer Woche wurde der Versuch wiederholt. Er wurde bei einer maximalen Zugabe von 25000 mg Ablauf A/l Faulschlamm bei 50 Faulgasentwicklung abgebrochen. Diese Versuche zeigen, daß auch die Faulturmbiologie modifiziert werden kann. Die Ergebnisse lassen ferner erkennen, daß die anaerobe Stufe durch Chloroform bzw. anderen Schadstoffen auch in verhältnismäßig hohen Konzentrationen nicht nur nicht vergiftet wird, sondern überraschenderweise in der Lage ist, diese Stoffe entgegen den Aussagen in der Literatur in gewissem Grade noch abzubauen..The experiment was repeated after a regeneration phase of approximately one week. It was terminated with a maximum addition of 25000 mg drain A / l digested sludge with 50 digested gas evolution. These experiments show that digestion biology can also be modified. The results also show that the anaerobic stage is not only not poisoned by chloroform or other pollutants, even in relatively high concentrations, but is surprisingly able to break down these substances to a certain extent, contrary to what has been said in the literature.
B) TechnikumsversucheB) Technical trials
Um möglichst genau die Verhältnisse in einer städtischen Kläranlage simulieren zu können, wurde eine halb-technische Anlage errichtet, die eine maßstabgerechte Verkleinerung der Kläranläge einer mittelgroßen Stadt darstellt. Die Anlage weist in der aeroben Stufe im wesentlichen ein Vorklärbecken (B 9) mit einem Inhalt von 2 m3, ein Belüftungsbecken (B 10) vonIn order to be able to simulate the conditions in an urban wastewater treatment plant as precisely as possible, a semi-technical plant was built, which represents a scaling down of the wastewater treatment plant in a medium-sized city. In the aerobic stage, the plant essentially has a primary settling basin (B 9) with a content of 2 m 3 , an aeration basin (B 10)
1 m3 Inhalt sowie ein Nachklärbecken (B 11) von 4 m3 Inhalt und in der anaeroben Stufe einen 0,5 m3-Faulturm (B 13) auf.1 m 3 content and a secondary clarifier (B 11) of 4 m 3 content and in the anaerobic stage a 0.5 m 3 fermentation tower (B 13).
Hauptziel dieser Technikumsversuche war es, die Abwasserbiologie in der gesamten Anlage so weit zu modifizieren, daß sie ein Abwassergemisch abzubauen vermag, das sich beim Einleiten des gesamten Produktionsabwassers in das städtische Kanalsystem ergibt. Um möglichst exakte Erkenntnisse zu erhalten, wurden die Betriebsbedingungen so weit wie möglich der städtischen Anlage angepaßt. So betrug beispielsweise die mittlere Verweilzeit im 1 m3-Belebtschlammbecken 1 Stunde. Die Frischschlammzugabe zum 0,5 m3-Faultürm wurde so eingestellt, daß wie in der ersten Stufe der städtischen Faulturmbiologie eine mittlere Verweilzeit von 10 Tagen eingehalten wurde. Auroau der aeroben StufeThe main aim of these pilot plant experiments was to modify the wastewater biology in the entire plant to such an extent that it was able to break down a wastewater mixture that resulted when the entire production wastewater was discharged into the urban sewer system. In order to obtain the most accurate information possible, the operating conditions were adapted as far as possible to the urban system. For example, the average residence time in the 1 m 3 activated sludge basin was 1 hour. The addition of fresh sludge to the 0.5 m 3 digester was adjusted so that, as in the first stage of urban digestion biology, an average residence time of 10 days was observed. Auroau of the aerobic stage
Zu Beginn dieser Versuchsreihe wurde das Vorklärbecken (B 9) mit 2 m3 städtische Abwasser und das biologische Becken (B 10) mit 1 m Belebtschlamm aus der städtischen Klaranlage gefüllt. Danach wurde städtisches Abwasser eingeleitet, um eine der städtischen Kläranlage möglichst ähnliche Abwasserbiologie aufzubauen. Der Durchsatz an Abwasser wurde von anfänglichAt the beginning of this series of experiments, the primary clarification basin (B 9) was filled with 2 m 3 of urban waste water and the biological basin (B 10) with 1 m of activated sludge from the urban clarification plant. Urban wastewater was then discharged in order to build up a wastewater biology that was as similar as possible to the urban wastewater treatment plant. The throughput of wastewater was from the beginning
400 1/h auf 1000 1/h, was einer mittleren Verweilzeit von400 1 / h to 1000 1 / h, which means an average residence time of
1 h im Belebtschlammbecken entspricht, gesteigert. Diese Vorphase dauerte vier Wochen.1 h in the activated sludge basin, increased. This preliminary phase lasted four weeks.
Einleiten von Fabrikabwasser (nur Abläufe aus chemischer Produktion) in die aerobe StufeDischarge of factory wastewater (only chemical production processes) into the aerobic stage
Nach der Aufbauphase der Ab\ιmsserbiologie, in der die CSBAfter the development phase of Ab \ ιmsserbiologie, in which the CSB
Abbraurate auf ca.90% und die BSB5-Abbaurate auf > 70 % stieg,wurde dem städtischen Abwasser in stufenweise steigender Kon zentration Fabrikwasser zugesetzt. Es wurde mit einem Fabrik wasseranteil von 0,4 Volumen-% gestartet. Die CSB-Abbaurate fiel anfänglich deutlich zurück, erholte sich jedoch rasch wieder und hatte innerhalb einer Woche ihren Ausgangswert wieder erreicht. Der Fabrikwasseranteil wurde auf 0,8 Volu gesteigert, was wiederum ein Absinken und nachfolgendes Ansteigen des CSB-Abbaus zur Folge hatte. Es folgte eine Steigerung des Fabrikwasseranteils auf 1,2 und schließlich auf 2 Volumen-%. Der letztere Wert entspricht den Konzentrationsverhältnissen, die bei vollständigem Einleiten des Fabrikwassers in die Kanalisation zu erwarten sind. In Tabelle 3 sind der zeitliche Ablauf dieses Versuches, die durchgesetzten Mengen sowie einige charakteristische Meßdaten angegeben. Tabe lle 3 : Verhal ten der halbtechnis chen Anlage auf zunehmende Konzentration an Fabrikwas serDegradation rate to about 90% and the BOD 5 degradation rate to> 70%, factory water was added to the urban wastewater in a gradually increasing concentration. It started with a factory water share of 0.4% by volume. The COD degradation rate initially fell significantly, but recovered quickly and had returned to its original value within a week. The factory water share was increased to 0.8 volu, which in turn led to a decrease and subsequent increase in COD degradation. This was followed by an increase in the factory water share to 1.2 and finally to 2% by volume. The latter value corresponds to the concentration ratios that can be expected when the factory water is completely discharged into the sewage system. Table 3 shows the timing of this experiment, the quantities carried through and some characteristic measurement data. Table 3: Behavior of the semi-technical plant on increasing concentration of factory water
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Diese Versuchsreihe zeigt, daß sich die aerobe Stufe der halbtechnischen Anlage ohne große Schwierigkeiten so weit modifizieren läßt, daß sie das zu erwartende Gemisch städtisches Abwasser: Fabrikabwasser in ausreichendem Maße abzubauen vermag.This series of experiments shows that the aerobic stage of the semi-technical plant can be modified without great difficulty to such an extent that it is able to sufficiently break down the expected mixture of urban waste water and factory waste water.
Aufbau der anaeroben StufeDevelopment of the anaerobic stage
Der Faulturm (B 13) wurde auf 500 1 Faulschlamm aus der städtischen Kläranlage gefüllt und danach mit 50 1/Tag Mischschlamm aus der aeroben Stufe beschickt. Nach ca. vier Wochen waren ungefähr 95 % des Faulturminhalts durch Mischschlamm aus der aeroben Stufe ausgetauscht. Bei einer täglichen Beschickung mit 50 1 Mischschlamm entstehen 500-600 1 Faulgas/Tag, das aus nahezu 70 % Methan und ca. 30 % Kohlendioxid besteht. ChiorotormbelastungThe digestion tower (B 13) was filled with 500 l of digested sludge from the municipal sewage treatment plant and then fed with 50 l / day of mixed sludge from the aerobic stage. After approximately four weeks, approximately 95% of the digestion content had been replaced by mixed sludge from the aerobic stage. With a daily loading of 50 1 mixed sludge 500-600 1 fermentation gas / day, which consists of almost 70% methane and approx. 30% carbon dioxide. Chiorotor stress
Zunächst wurde in die Versuchsanlage, der weiterhin kontinuier lich ca. 1000 1/h städtisches Abwasser mit 2 % Fabrikwasser zugeführt wurden, zusätzlich mehrere Tage lang konstante Menge Chloroform eingeleitet. Tabelle 4 gibt Auskunft über die eingeleiteten Mengen und den erzielten aeroben und anaeroben Abbau. First of all, a constant amount of chloroform was fed into the test facility, which was continuously supplied with approx. 1000 1 / h of urban wastewater with 2% factory water, for several days. Table 4 provides information on the quantities introduced and the aerobic and anaerobic degradation achieved.
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Die in Tabelle 4 aufgeführten Daten zeigen deutlich, daß sowohl die aerobe Stufe als auch die anaerobe Stufe der Versuchsanlage die eingeleitete Chloroformmenge ohne weiteres abbauen kann.The data listed in Table 4 clearly show that both the aerobic stage and the anaerobic stage of the test facility can readily degrade the amount of chloroform introduced.
Es wurde weiterhin der synergistische Effekt von Tetrachlor kohlenstoffzugaben untersucht. Hierzu wurde der halbtechnischen Kläranlage neben Chloroform in der oben angegebenen Konzentration zusätzlich konstante Mengen Tetrachlor kohlenstoff zugeführt. Tabelle 5 gibt Auskunft über den Versuchsverlauf. The synergistic effect of tetrachlor carbon additions was also investigated. For this purpose, the semi-industrial wastewater treatment plant was supplied with constant amounts of carbon tetrachlor in addition to chloroform in the concentration indicated above. Table 5 provides information about the course of the experiment.
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Den Daten der Tabelle 5 ist zu entnehmen, daßThe data in Table 5 show that
a) der Abbau des Chloroforms durch die Zugabe von Tetrachlorkohlenstoff nicht gestört wird,a) the degradation of the chloroform is not disturbed by the addition of carbon tetrachloride,
b) die zugesetzte Menge Tetrachlorkohlenstoff bereits in der aeroben Stufe zu praktisch 100 % abgebaut wird.b) the added amount of carbon tetrachloride is practically 100% degraded in the aerobic stage.
Mach diesen Versuchen, bei denen die Reaktion der Abwasserbiologie auf relativ geringe Mengen Chlorkohlenwasserstoffe getestet werden sollte, wurde mit der Selektion der Bakterien mischkulture durch stoßweise Belastung mit steigenden Konzentrationen an Chloroform begonnen. Es wurde hierzu der Versuchsanlage kontinuierlich ca. 1000 1/h städtische Abwasser mit 4 Volumen-% Fabrikabwasser zugeführt. Zweimal wöchentlich wurden größere, von Woche zu Woche steigendeAccording to these experiments, in which the reaction of the wastewater biology to relatively small amounts of chlorinated hydrocarbons was to be tested, the selection of the bacterial mixed culture by intermittent loading with increasing concentrations of chloroform was started. For this purpose, approximately 1000 1 / h of urban wastewater with 4% by volume of factory wastewater was fed to the test facility. Twice a week there were bigger ones, increasing from week to week
Mengen an Chloroform zugegeben. In Tabelle 6 sind die näheren Einzelheiten zu dieser Versuchsreihe angegeben. Amounts of chloroform added. Table 6 shows the details of this series of tests.
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+ Der Schlamm der 4θ t-S toßbel as tung wurde kanalisiert und gelangte nicht in den Faulturm. Die Werte der Tabelle 6 zeigen, daß sich die Abwasserbiologie nach jedem Chloroform-Stoß innerhalb weniger Tage erholte. Die nächsthöhere Belastung konnte ohne weiteres aufgenommen und verarbeitet werden. Der Versuch wurde bei einer Zugabe von 2 x 20 t/Woche abgebrochen, einem Wert, der weit über den tatsächlich vorkommenden bzw. zu erwartenden Verhältnissen liegt.
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+ The sludge from the 4θ tS toßbel asung was channeled and did not reach the digestion tower. The values in Table 6 show that the wastewater biology recovered within a few days after each chloroform surge. The next higher load could easily be absorbed and processed. The test was stopped at an addition of 2 x 20 t / week, a value that is far above the actually occurring or expected conditions.
Ganz besonders überraschend war, daß die empfindliche an aerobe Stufe durch die zeitweise relativ hohen Konzentrationen an Chloroform im zugesetzten Frischschlamm nicht vergiftet worden ist, sondern im Gegenteil diese zu über 90 % abzubauen vermochte.It was particularly surprising that the sensitive, aerobic stage was not poisoned by the temporarily relatively high concentrations of chloroform in the fresh sludge added, but on the contrary was able to break it down by more than 90%.
. Die auf diese Weise erhaltenen Bakterienpopulationen der aeroben und anaeroben Stufe lassen sich "in toto" konservieren. Auch nach monatelanger Lagerung hatten sie von ihrer Abbaufähigkeit gegenüber toxischen Stoffen nur wenig eingebüßt und konnten sofort wieder zum Abbau von toxischer Stoffe enthaltenden Abλcässern eingesetzt werden.. The bacterial populations of the aerobic and anaerobic stage obtained in this way can be preserved "in total". Even after months of storage, they had lost little of their degradability to toxic substances and could immediately be used to break down waste water containing toxic substances.
C) Belastbarkeit durch andere toxische StoffeC) Resilience through other toxic substances
Um zu überprüfen, ob und inwieweit die nach den unter B) beschriebenen Adaptions- und Selektionsversuchen gewonnenen Bakterienmischkulturen auch andere in Industrieabwässern normalerweise vorkommenden toxischen Stoffe zu verarbeiten im Stande sind, wurden mit zwei Laborfaultürmen mit 2 1 bzw. 4 1 Inhalt entsprechende Belastungsteste durchgeführt .Faulturmversuche wurden gewählt, weil die anaerobe Stufe die schwächste und empfindlichste Stelle einer Kläranlage darstellt und ganz besonders der Gefahr ausgesetzt ist, durch in der aeroben Stufe nicht abgebauten toxischen Stoffe vergiftet zu werden .In order to check whether and to what extent the mixed bacteria cultures obtained after the adaptation and selection tests described under B) are also capable of processing other toxic substances normally found in industrial waste water, two laboratory digestion towers with a content of 2 1 and 4 1 were subjected to appropriate stress tests. Digestion tower tests were chosen because the anaerobic stage is the weakest and most sensitive point of a sewage treatment plant and is particularly exposed to the risk of to be poisoned in the aerobic stage of non-degraded toxic substances.
Für diese Versuche wurden die Faultürme mit Frischschlamm aus der oben näher bezeichneten halb-technischen Versuchsanlage gefüllt und auch durch tägliche Frischschlammzugaben aus dieser Anlage betrieben. Der halb-technischen Anlage wurden während dieser Zeit konstant ca. 1000 1/h städtisches Abwasser mit 4 Volumen-% Fabrikwasser zugeführt.For these tests, the digestion towers were filled with fresh sludge from the semi-technical pilot plant described above and also operated by adding fresh sludge from this plant every day. During this time, the semi-technical plant was constantly supplied with around 1000 1 / h of urban wastewater with 4% by volume of factory water.
Die zu testende toxische Substanz wurde in täglich steigender Konzentration dem Faultürm zugeleitet. Als Beobachtungsgrößen dienten die Faulgasentwicklung und die Säurebildung im Faulschlamm (Säurezahl). In Tabelle 7 sind die getesteten Substanzen sowie die ermittelten Grenzbereiche angegeben.The toxic substance to be tested was fed to the digester in increasing concentrations every day. The observation of the fermentation gas development and the acid formation in the fermentation sludge (acid number). Table 7 shows the substances tested and the limits determined.
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Bei den unteren Grenzwerten läuft der Faulturmbetrieb gerade noch störungsfrei. Bei den oberen Werten ist die Faulgasentwicklung schon erheblich eingeschränkt; es bilden sich in beträchtlichem Maße Säuren. Die Störungen sind jedoch noch nicht so ausgeprägt, daß die Faulturmbiologie irreparabel geschädigt ist. Die gefundenen Grenzwerte liegen um das 10-1000fache über den zitierten Literaturangoaben.At the lower limit values, the digester operation is still running smoothly. With the upper values, the development of fermentation gas is already considerably restricted; acids are formed to a considerable extent. However, the disorders are not yet so pronounced that the biological biology is irreparably damaged. The limit values found are 10-1000 times higher than the quoted literature data.
D) Zusammenfassung der Versuchsergebnisse Die durchgeführten, oben näher beschriebenen Versuche, insbesondere die Versuche mit der einen städtischen Kläranlage angepaßten halb-technischen Versuchsanlage, machen die Möglichkeit deutlich, die Bakterienmischkulturen der Kläranlagen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so zu modifizieren, daß sie ohne Schwierigkeiten auch mit toxischen Stoffen stärker als die häuslichen Abwässer belastete Industrieabwässer aufnehmen können. Es konnte gezeigt werden, daß von der modifizierten Abwasserbiologie selbst kurzfristige Stoßbelastungen durch einzelne toxische Stoffe verkraftet werden. Die Belast- barkeit liegt weit über den bisher in der Literatur aufgeführten Werten und auch über den Konzentrationen, die normalerweise beim Einleiten von Industrieabwässern in städtische Abwassersysteme zu erwarten sind. D) Summary of the test results The tests carried out, described in more detail above, in particular the tests with the semi-technical test plant adapted to an urban sewage treatment plant, make it clear the possibility of modifying the mixed bacteria cultures of the sewage treatment plants by the process according to the invention in such a way that they can also be used without difficulty toxic substances can absorb polluted industrial wastewater to a greater extent than domestic wastewater. It could be shown that the modified wastewater biology can even cope with short-term shock loads from individual toxic substances. The load-bearing capacity is far above the values previously reported in the literature and also above the concentrations that are normally to be expected when industrial wastewater is discharged into urban wastewater systems.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Verbesserung der Abbaufähigkeit einer Kläranlage mit einer oder mehreren aeroben und gegebenenfalls anaeroben Stufen gegenüber von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kläranlage einer stoßweisen Belastung durch die toxischen Stoffe oder durch Abwässer, welche die toxischen Stoffe enthalten, unterworfen wird, wobei die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen allmählich gesteigert und so bemessen wird, daß die Abwasserbiologie nahezu zusammenbricht und die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Stößen so angesetzt werden, daß für die Abwasserbiologie ausreichend Zeit zur Regeneration zur Verfügung steht.1. A process for improving the degradability of a sewage treatment plant with one or more aerobic and optionally anaerobic stages compared to waste water contaminated with toxic substances, characterized in that the sewage treatment plant is subjected to intermittent pollution by the toxic substances or by waste water containing the toxic substances is, the concentration of toxic substances in the individual impulses gradually increased and dimensioned so that the wastewater biology almost collapses and the time intervals between the individual impacts are set so that sufficient time for regeneration is available for the wastewater biology.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen so bemessen wird, daß im Belebtschlammbecken die Abbaurate, gemessen an Hand des chemischen Sauerstoff- Bedarfs (CSB-Abbaurate), auf 25 % bis 5 % sinkt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of toxic substances in the individual impacts is such that in the activated sludge basin the degradation rate, measured on the basis of the chemical oxygen demand (COD degradation rate), to 25% to 5% sinks.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen so bemessen wird, daß im Belebtschlammbecken die CSB-Abbaurate auf 20% bis 15% sinkt.3. The method according to claim 2, characterized in that the concentration of toxic substances in the individual impacts is such that the COD degradation rate drops to 20% to 15% in the activated sludge basin.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen so bemessen wird, daß die Biomasse eines Belebtschlammbeckens nicht unter 10% des Ausgangswertes sinkt.4. The method according to claim 1, characterized in that the concentration of toxic substances in the individual impacts is dimensioned so that the biomass of an activated sludge pool does not drop below 10% of the initial value.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen so bemessen wird, daß die Biomasse eines Belebtschlammbeckens nicht unter 20% des Ausgangswertes sinkt.A method according to claim 4, characterized in that the concentration of toxic substances in the individual impacts is dimensioned such that the biomass of an activated sludge basin does not drop below 20% of the initial value.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stufen so bemessen wird, daß die in der anaeroben Stufe produzierte Faulgasmenge auf 20% bis 2% des Ausgangswertes sinkt.6. The method according to any one of claims 1-5, characterized in that the concentration of toxic substances in the individual stages is dimensioned so that the amount of fermentation gas produced in the anaerobic stage drops to 20% to 2% of the initial value.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stufen so bemessen wird, daß die in der anaeroben Stufe produzierte Faulgasmenge auf 10% bis 5% des Ausgangswertes sinkt.7. The method according to claim 6, characterized in that the concentration of toxic substances in the individual stages is dimensioned such that the amount of fermentation gas produced in the anaerobic stage drops to 10% to 5% of the initial value.
8. Verfahren zur biologischen Reinigung von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau in einer Kläranlage erfolgt, deren Abbaufähigkeit gegenüber von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern nach einem der Ansprüche 1-7 verbessert worden ist. 8. A process for the biological purification of wastewater contaminated with toxic substances, characterized in that the degradation takes place in a sewage treatment plant, the degradability of which has been improved compared to that of wastewater contaminated with toxic substances according to one of claims 1-7.
9. Verfahren zum Züchten von Bakterienpopulationen, die zum Abbau von mit toxischen Stoffen belasteten Abwässern geeignet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Biologie in einem beliebigen Belebtschlammbecken und gegebenenfalls Faul türm einer stoßweisen Belastung mit den toxischen Stoffen, Stoffgemischen oder den die toxischen Stoffe enthaltenen Abwässern unterworfen werden, wobei die Konzentration an toxischen Stoffen bei den einzelnen Stößen allmählich gesteigert und so bemessen wird, daß die Biologie nahezu zusammenbricht, und die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Stößen so angesetzt werden, daß der Biologie ausreichend Zeit zur Regeneration zur Verfügung steht.9. A method for growing bacterial populations which are suitable for the degradation of wastewater contaminated with toxic substances, characterized in that the biology in any activated sludge basin and, if appropriate, lazy towers of intermittent contamination with the toxic substances, mixtures of substances or the wastewater containing the toxic substances The concentration of toxic substances in the individual collisions is gradually increased and dimensioned such that the biology almost collapses, and the time intervals between the individual collisions are set so that the biology has sufficient time to regenerate.
10. Bakterienpopulationen, erhalten nach dem Verfahren nach Anspruch 9. 10. Bacterial populations obtained by the method according to claim 9.
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