WO1990009965A1 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen reinigung von abwässern von ihren phosphatverunreinigungen - Google Patents
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Definitions
- the invention results from a method and the associated devices according to the preamble of claim 1.
- Phosphate contamination in water and wastewater is an increasing problem in the water cycle.
- the phosphate-induced over-fertilization of the waters promotes algae growth to an extent previously unknown.
- the underwater lora that is thus quickly extracted deprives the waters of the oxygen that fish and other plants need and that is used for self-cleaning of the water.
- Biological dephosphating processes have been developed primarily in South Africa, e.g. the Bardenphoo process. They were then further developed everywhere with the designation Phostrip, Phorodox, A / 0 process, ÜCT procedure, activated primary concept and others. m. They have the advantage that the use of chemicals is low or zero. However, they are mostly used in open pools. E.g. retrofitting an existing wastewater treatment plant with such a biological dephosphating stage means that this usually means the construction of many secondary clarifiers. Most wastewater treatment plants do not have enough space to accommodate the subsequent construction of these pools. In Canada, under the direction of Professor W.K.
- the present invention is therefore based on the task of creating a method with which wastewater is freed from its phosphate loads in a biological manner in a targeted manner and without damaging the bacterial cultures, additional products which can be used directly such as bio-fertilizers and soil improvers being produced.
- Waste water contaminated with phosphate rinses the bacterial cultures located on open-pore ceramic substrates.
- the oxygen normally present in the waste water of approx. 1 mg / 1 must be increased to approx. 200 mg / 1.
- the fluidized bed reactor and the guide tubes, in which the bacteria-colonized ceramic supports are attached are equipped with appropriate nozzle mechanisms and a con- Provide trolling and regulating device in order to be able to control the fluidization efficiently.
- the bacteria absorb the phosphate by converting it into polyphosphate. You can do this up to ten times your own weight.
- the time required for this for the dephosphating process in the open air of up to 1 hour with the following hours anaerobic can be determined by the present method. drive to a cycle of 90 minutes aerobically and 30 minutes anaerobically, which means that the present method can be implemented in a space-saving and economical manner in a compact design. In practice, dual operation is recommended. After the centrifuging process, the chamber filter pressing, etc., the waste water flows through the fluid reactor, which contains a large number of guide tubes inside, which are filled with ceramic carriers which are populated with bacteria (6 ⁇ -7 ⁇ > of the total volume).
- the waste water flows through the reactor or the individual guide tubes one or more times until the PO measurement at the outlet of the fluid reactor has a PO value of shows less than 0.1 mg / 1. According to PO. -Saturation of the bacterial cultures increases the PO. Value at the reactor outlet and a switchover takes place.
- the freshly flowing wastewater is now fed into reactor II and reactor I is switched over to anaerobic operation.
- the carbon solution is added and the regeneration process of the bacteria in reactor I begins, while the phosphate loading process begins in reactor II.
- Ceramic backing materials have the advantage of being used for over 10 and more years
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Abstract
Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwässern von ihren Phosphatverunreinigungen und chlorierten Kohlenwasserstoffen, bei welchem Bakteriengattungen der Stämme Caulobacter, Acinetobacter, Arthrobacter, Moraxella, einzeln oder gemischt miteinander, natürlich angezüchtet oder genetisch mutiert und optimiert auf offenporigen Keramikträgern, vorzugsweise Schaumkeramik aus Al2O3 oder SiC und Glasschaumkeramik mit einer Porosität von 5 - 45 ppi, angesiedelt, zunächst unter aeroben Stoffwechselbedingungen mit den phosphathaltigen Abwässern bespült werden, damit sie nach ihrer Sättigung und dann unter anaeroben Stoffwechselbedingungen und nach Zugabe einer Lösung abbaubarer Kohlenstoffe das Phosphat wieder ausscheiden. Diese danach phosphatreiche Lösung wird abgezogen und die Phosphate ausgefällt oder recycliert. Die Vorrichtung zu diesem Verfahren besteht aus einem Fliessbettreaktor, in welchem Leitrohre angeordnet sind, welche mit den offenporigen Keramikträgern, die bakterienbesiedelt sind, bestückt sind.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwassern von ihren Phosphat¬ verunreinigungen.
Die Erfindung geht aus einem Verfahren und den dazugehörenden Vorrichtungen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 hervor.
Phosphat-Verunreinigungen in Wasser und Abwasser bilden ein immer stärkeres Problem im Wasserkreislauf. Die Phosphatbedingte Ueberdüngung der Gewässer för¬ dert ein Algenwachstum bisher unbekannten Ausmasses. Die dadurch so schnell geförderte ünterwasser lora ent¬ zieht den Gewässern den Sauerstoff, den Fische und andere Pflanzen benötigen und der zur Selbstreinigung des Wassers gebraucht wird.
Phosphat-Frachten werden heute dem Wasser in Kl r-
anlagen - soweit dies überhaupt möglich ist - , durch chemische Fällung entzogen. Dies erfordert aber einen hohen Aufwand an Chemikalien, wobei ein schwerlösliches Reaktionsprodukt zurückbleibt, welches wiederum kos- tenintensive Deponierungsprobleme schafft.
Biologische Entphosphatierungsverfahren sind vor allem in Südafrika entwickelt worden , wie z.B. das Bardenphoo-Verfahren. Sie wurden dann überall weiterent¬ wickelt mit der Bezeichnung Phostrip, Phorodox, A/0 Prozess, ÜCT-Ver ahren, Activated Primary Concept u.a. m. Sie haben den Vorteil, dass der Einsatz von Chemika¬ lien gering oder gleich null ist. Sie finden ihre An¬ wendung jedoch meistens in offenen Becken. Wird z.B. eine bestehende Kläranlage mit einer solchen biolo - gischen Entphosphatierstufe nachgerüstet, so bedeutet dies meistens den Bau von vielen Nachklärbecken. Die meisten Kläranlagen verfügen jedoch nicht über sofeiel Platz, um den nachträglichen Bau dieser Becken unter¬ zubringen. In Kanada, unter der Leitung von Professor W.K.
Oldham von der Universität von British Columbia (UBC), Vancouver, und seinem Assistenten M.Y. Comeau, wurden Versuche begonnen, die Entphosphatisierung in kompak¬ ter Bauform zu realisieren. Man siedelte Bakterien- kulturen, vorwiegend Caulobacter, auf sich drehenden KunststoffScheiben an, die durch ihre Drehbewegung in halbgefüllten Bassins den Bakterien in der aeroben
Phase genügend Sauerstoff und Phosphatfracht zuführ¬ ten und die dann - wenn das Bassin vollgefüllt wurde und somit ein anaerober Zustand geschaffen wurde -, die Phosphatfracht wieder abstiessen. In Deutschland sind u.a. Verfahren bekannt, in denen bakterienbesiedelter Schaumstoff in Form von Gummiwürfeln oder Blöcken in Klärbecken, oder aber in mehreren Reaktoren - verschieden für aerob und anae¬ rob -, gelegt werden, die von phosphathaltigen Ab- wässern durchströmt werden. Eine unwirtschaftliche
Lösung mit welcher eine konstante, quantitative Phos¬ phatelimination bis anhin nicht erreicht werden konnte.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher als Auf¬ gabe die Schaffung eines Verfahrens zugrunde, mit welchem Abwässer auf biologischem Wege gezielt und ohne Schädigung der Bakterienkulturen von ihren Phos¬ phatfrachten befreit werden, wobei zusätzlich unmit¬ telbar verwendbare Produkte wie Biodünger und Bodenver¬ besserer entstehen.
Das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren löst die¬ se Aufgabe. Phosphatbelastetes Abwasser bespült die auf offenporigen Keramikträgern angesiedelten Bakterienkul¬ turen. Der normalerweise im Abwasser vorhandene Sauer¬ stoff von ca. 1 mg/1 muss auf ca. 200 mg/1 erhöht wer- den. Der Fliessbett-Reaktor und die Leitrohre, in denen die bakterienbesiedelten Keramikträger angebracht sind, sind mit entsprechenden Düsenmechanismen und einer Kon-
troll- und Regeleinrichtung versehen, um die Fluidi- sierung effizient steuern zu können. Während dieser Bespülung mit phosphathaltige Abwasser unter aeroben Bedingungen nehmen die Bakterien das Phosphat unter Um- Wandlung in Polyphosphat auf. Sie können dies bis zum lOfachen ihres eigenen Gewichtes tun.
Anbetracht dessen, dass die Phosphataufnahme gleich¬ zeitig eine Nährlösung für die Bakterien bedeutet, so führt dies zu einer laufenden Vermehrung der Bakterien- kultur, die sich durch Selbstabscheidung absterbender Bakterien (ca. 3 & - 5 % pro Woche) selbst regeneriert, deren eventueller Ueberwuchs durch Fliessdruck (Abspü¬ len) im Leitrohr und Fliessbettreaktor gesteuert werden muss. Nach der Sättigung der Bakterien mit Polyphosphat wird die aerobe Situation im Leitrohr/Fliessbettreaktor in eine anaerobe gewandelt, indem die Zudüsung von 02 gestopt wird unter gleichzeitiger Zugabe von Kohlenstoff¬ lösung. Die Bakterien scheiden dabei die aus dem Polyphos¬ phat gebildeten Phosphate aus und die Lösung wird stark phosphatangereichert. Sie kann nach Abziehen aus dem Leitrohr/Fliessbettreaktor von Phosphat durch Ausfällen oder Recyclierung befreit werden. Die hiefür bei den Freilunft Entphosphatierverfah¬ ren benötigte Zeit von bis zu 1h Stunden aerob mit fol¬ genden Stunden anaerob kann durch das vorliegende Ver-
fahren auf eine Zyklus von 90 Minuten aerob und 30 Minuten anaerob gesenkt werden, wodurch das vorliegen¬ de Verfahren in Kompaktbauweise platzsparend und wirt¬ schaftlich realisiert werden kann. In der Praxis e phiehlt sich ein Dualbetrieb. Nach dem Zentrifugiervorgang, der Kammerfilterpressung usw. durchströmt das Abwasser den Fluidreaktor, der im In¬ nern eine Grosszahl von Leitrohren enthält, die mit bak¬ terienbesiedelten Keramikträgern gefüllt sind (6θ-7θ > des Gesamtvolumens). Je nach Phosphatfracht und ande¬ ren Parametern (Temperatur, Bakteriengifte, Nitratfracht u.a.) durchströmt das Abwasser den Reaktor oder die ein¬ zelnen Leitrohre ein- oder mehrmals, bis die PO.-Mes- sung am Ablauf des Fluidreaktors einen PO.-Wert von we- niger als 0,1 mg/1 zeigt. Nach PO. -Sättigung der Bakte¬ rien-Kulturen steigt der PO.-Wert am Reaktoraustritt und es findet eine Umschaltung statt. Das frisch zu- fliessende Abwasser wird jetzt in Reaktor II geleitet und Reaktor I wird auf anaeroben Betrieb umgeschaltet. Die Kohlenstofflösung wird zugegeben und der Regene¬ rationsvorgang der Bakterien in Reaktor I beginnt, während im Reaktor II der Phosphatbeladungsvorgang einsetzt.
Keramikträgermaterialien haben den Vorteil eines Einsatzes über 10 und mehr Jahre hinweg, während
Schaumstoffe neben mangelnder mechanischer Festigkeit, eine kürzere Lebensdauer haben und nach Ausscheiden ein
Deponierungs- und Entsorgungsproblem für den Kläranla¬ genbetrieb bilden.
Mit diesem Verfahren und den dazugehörenden Vor¬ richtungen ist eine biologische Phosphat-Schadstoff- Entfernungs-Technologie geschaffen worden, die in ein¬ facher und platzsparender Bauart eine biologische Phos¬ phat-Eliminierung aus Abwässern und deren Wiederverwen¬ dung ermöglicht.
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
lo Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Reini¬ gung von Abwässern von ihren Phosphatfrachten und chlorierten Kohlenwasserstof en, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass Bakterien der Stämme Caulobacter, Acinetobacter, Arthrobacter, Moraxella, einzeln und/ oder miteinander gemischt, natürlich angezüchtet oder genetisch mutiert und optimiert auf einem of¬ fenporigen Keramikträger, vorzugsweise Schaumkera¬ mik oder Glas-Schaumkeramik, angesiedelt und zum Weiterwachstum gebracht werden, wobei die Keramik¬ träger in Fliessbettreaktoren (Leitrohre) eingebaut sind, in welchen abwechselnd aerobe und anaerobe Stoffwechselbedingungen herbeigeführt werden, wo¬ durch erreicht wird, dass die Bakterien in der ae- roben Phase PO. aufnehmen und in der anaeroben Pha¬ se bei Zugabe abbaubarer Kohlenstoffe diese Phos¬ phate wieder ausscheiden, welche dann aus dieser konzentrierten phosphathaltigen Lösung ausgefällt oder ausgescheiden werden, die alsdann zu bodenver- bessernden Produkten wieder aufgearbeitet werden können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kohlenstoffquelle je nach Bakterienstamm niedermolekulare Fettsäuren, insbesondere Essig- säure, Buttersäure,Acetatlösungen,chlorierte Kohlen-
Wasserstoffe einschliesslich Dioxin, Glukose, Kohlehydrate eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Spülung der Bakterien während der aeroben und anaeroben Phase in einem Fliess- bettreaktor erfolgt, welcher für die Dauer der ae¬ roben Phase von Abwasser und Luft durchströmt wird und in welchen in der anaeroben Phase die Kohlen¬ stofflösung hinzugegeben wird.
. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» da¬ durch gekennzeichnet, dass die phosphathaltigen Abwässer mehrfach eines oder mehrere, mit Bakterien beladene Keramikträger gefüllte Leitrohre und/oder Fliessbettreaktoren durchströmen, damit durch die- se Abwasserrückführung und Rezirkulation soviel
Kontakt zu den bakterienbeladenen Oberflächen der Keramikträger entsteht, dass die gesamte Phosphat¬ fracht des Abwassers von den Balterienkulturen auf¬ genommen wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis , dadurch gekennzeich¬ net,dass keramische Trägerkörper aus Schaumkeramik und/oder Glaskeramikschaum, die in quadratischen oder rechteckigen Platten mit einer Dicke von 50 mm auf Trägern, Kassettenrahmen u.a., angebracht sind und etwa 60-80 des Raumvolumens des Fliess-
bettreaktors ausfüllen.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich¬ net, dass keramische Trägerkörper verwendet werden in einer Ausführungsform als offener Hohlzylinder aus Schaumkeramik oder Glasschaumkeramik mit einer Wandstärke von 10 - 30 mm, einem Innenraumdurchmes- ser von 40 - 60 mm und einer Länge von 300 - 00 mm.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Trägerkörper in Form von Kugeln aus offenporiger Schaum - oder Glasschaumkeramik mit einem Durch¬ messer von 20 - 50 mm, welche in einen Fliessbett- reaktor in Form eines Leitrohrs eingebettet sind.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung offenporigen, keramischen Träger¬ materials, vorzugsweise Schaumkeramik aus lgO- oder SiC und Glasschaumkeramik, beides mit einer Porosität von - 45 ppi.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 ois 8, da¬ durch gekennzeichnet, dass die keramischen und/ oder glaskeramischen Träger in einem Leitrohr aus Kunststoff stehen, liegen oder angebracht sind, welches oben und unten mit Oeffnungen, Ventilen.
Düsen, Rohren, Pumpen versehen ist, damit Abwasser, Luft und Kohlenstofflösung in aeroben und anaeroben Zustand durchströmen können, ein Fliessdruck aufge¬ baut werden kann und die phosphatkonzentrierte Lö- sung am Ende der anaeroben Phase abgepumpt werden kann.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da¬ durch gekennzeichnet, dass sowohl das Leitrohr, als auch der Fliessbettreaktor mit Radialstrom- und/ oder Tangentialstromdüsen versehen sind, um Abwässer, Kohlenstofflösung, Luft eventuell Zusatzbakterien und Nährstoffe einzudüsen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene, mit bak- terienbeladenen Kerami trägem gefüllte Leitrohre in einem Fliessbettreaktor, teilweise ähnlich einem Multizyklon, angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auffangbecken für abgesetzte Polyphosphate, die abgestorbenen Bakte¬ rien und organische Reste vorgesehen ist,die sich mitabsetzen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 s 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Ent- gasungsdüsen vorliegen, die am Leitrohr oder am Fliessbettreaktor angebracht sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die bakterienbeladenen Keramikträger und die sie umgebenden Leitrohre in verschiedenen Fliessbettreaktoren eingebaut sind, um Module mit unterschiedlichen Stoffwechselbedin¬ gungen zu schaffen, die vom Abwasser kontinuierlich, chargenweise oder wiederholt rezirkulierend durch¬ strömt werden.
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