DE2936826A1 - Biological treatment of waste water - using suspended plastic bodies with microbial growth on their surfaces and air injection - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Method and device for biological
Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser unter Verwendung von Mikroorganismen, bei dem in das Abwasser in einem Belüftungsbecken gasförmiger Sauerstoff eingetragen und in einem nachgeschalteten Absetzbecken der von den Nikroorganismen gebildete biologische Rasen abgezogen wird. Purification of wastewater The invention relates to a method for biological Purification of wastewater using microorganisms in which in the wastewater entered in an aeration basin gaseous oxygen and in a downstream Settling basin the biological lawn formed by the microorganisms is drawn off.
Zur biologischen Reinigung von Abwässern wird überwiegend das Belebungsverfahren angewendet. Dieses besteht darin, daß die im Abwässer gelösten, abzuscheidenden Stoffe von Mikroorganismen aufgenommen und mit diesen als Schlamm abgeschieden werden. Die Wirksam- keit des Verfahrens hängt entscheidend von der Sedimentierbarkeit des sich bildenden Belebtschlamms ab.The activated sludge process is predominantly used for the biological purification of wastewater applied. This consists in the fact that the dissolved in the sewage, to be separated Substances are absorbed by microorganisms and separated with them as sludge. The effective The speed of the process depends crucially on the ability to sediment of the activated sludge that forms.
Erstrebt wird eine hohe Feststoffkonzentration im Rücklaufschlamm, die jedoch nur bei günstigen Voraussetzungen, insbesondere bei mäßiger Schmutzstoffkonzentration, erreichbar ist. Nur so kann die Schlammkonzentration im Belebungsbecken betriebssicher auf einem Niveau gehalten werden, bei dem die erzielte Reinigung und die gegebene Sauerstoffeintragungsleistung der Belüftungsaggregate in einem ökonomischen Gleichgewicht stehen.The aim is to achieve a high concentration of solids in the return sludge, which, however, only under favorable conditions, in particular with a moderate concentration of contaminants, is attainable. This is the only way to ensure that the sludge concentration in the activated sludge tank is operationally reliable be kept at a level at which the cleaning achieved and the given Oxygen transfer performance of the ventilation units in an economic equilibrium stand.
In vielen Fällen entspricht jedoch die Schlammsedimentierbarkeit nicht den ökonomisclen Erfordernissen.In many cases, however, the sludge sedimentability does not match the economic requirements.
Die Ursachen hierfür sind uneinheitlich. Zwei Gruppen von Einflußfaktoren können in der Praxis häufig unterschieden werden.The reasons for this are inconsistent. Two groups of influencing factors can often be differentiated in practice.
1. Die starke Vernetzung der Schlammpartikel durch Massenentwicklung fadenförmiger Mikroorganismen beeinträchtigt die erwünschte Schlammsedimentation. 1. The strong cross-linking of the sludge particles through mass development thread-like microorganisms impair the desired sludge sedimentation.
2. Die Sedimentationseigenschaften werden durch eine künstliche niedrigung des spezifischen Gewichtes der Schlammflocken durch die Einlagerung spezifisch leichter Substanzen in das Flockengerüst vermindert. Diese leich- teren Substanzen können beispielsweise bei der biologischen Spaltung von Ölemulsionen auftretende Öltröpfchen aber auch Gasbläschen sein, wie sie bei der biologischen Denitrifikation in Nachklärbecken entstehen. 2. The sedimentation properties are reduced by an artificial lowering The specific weight of the sludge flakes is specifically lighter due to the storage Substances in the flake structure decreased. This light- tertiary substances can occur, for example, in the biological breakdown of oil emulsions Oil droplets but also gas bubbles, as they are in biological denitrification arise in secondary clarifiers.
Die erwähnten Einflüsse werden häufig bei der Reinigung von Industrieabwässern beobachtet, in denen bei guter Abbaubarkeit der Wasserinhaltsstoffe die Schmutzkonzentration relativ hoch ist.The influences mentioned are often used in the purification of industrial wastewater observed, in which, with good degradability of the water constituents, the dirt concentration is relatively high.
Gegenüber dem Belebungsverfahren ist als alternative Möglichkeit auch das sogenannte Tropfkörperverfahren bekannt, welches in versciedenen Verfahrensausbildungen zur Abwasserreinigung verwendet wird. Dabei handelt es sic im wesentlichen um ein Filterverfahren, bei dem das Abwasser über eine Schüttung von Trägerkörpern mit Miikroorganismenbewuchs geführt wird.There is also an alternative option compared to the activation process the so-called trickling filter method known, which in various process designs is used for wastewater treatment. This is essentially a Filter process in which the wastewater has a bed of carrier bodies with Microorganism growth is performed.
Das Tropfkörperverfahren ist jedoch zur Reinigung von Abwasser ebenfalls nur beschränkt verwendbar. Im Tropfkörper kommt es zu einem intensiven Wachstum der Mikroorganismen mit der Folge, daß in den tieferen Schichten des Bewuchses anaerobe Vorgänge einsetzen, durch die organisobe Stoffe freigesetzt werden, die eine RückverscYrnutzung des Abwassers bewirken. Außerdem wachsen die Poren des Tropfkörpers zu bzw. werden durch abgerissene Teile des Mikroorganismenrasens verstopft. Dadurch ergibt sici eine eingeschränkte und zum Teil unterbundene Sauerstoffversorgung der Tropfkörperorganismen, welche die bereits als nachteilig beschriebenen anaeroben Stoffumsatzreaktionen auslöst.However, the trickling filter method is also used to purify wastewater can only be used to a limited extent. Intense growth occurs in the trickling filter the microorganisms with the result that in the deeper layers of the vegetation anaerobic Use processes through which organic substances are released that can be recycled of the wastewater. In addition, the pores of the trickling filter grow or become clogged by torn off parts of the lawn of microorganisms. This results in sici one limited and partly prevented oxygen supply the trickling filter organisms, which the anaerobic already described as disadvantageous Triggers metabolic reactions.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser unter Verwendung von Mikroorganismen so weiterzubilden, daß nach Möglichkeit sowohl die Vorteile des Belebungeals auch die des Tropfkörperverfahrens unter Vermeidung spezifischer Nachteile verwirklicht werden können. Vor allem bezweckt das neue Reinigungsverfahren eine wirtschaftliche Reinigung von Abwässern hoher Schmutzstoffkonzentration und ungenügender Schlammsedimentierbarkeit in den herkömmlichen Prozessen.The invention is based on the object of providing a method for to further educate the biological treatment of wastewater using microorganisms, that if possible both the advantages of the activated sludge and the trickling filter method can be realized while avoiding specific disadvantages. Mainly intended the new cleaning method an economical cleaning of wastewater higher Pollutant concentration and insufficient sludge sedimentability in the conventional Processes.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, daß eine Mehrzahl von gleichen bzw. gleichartigen Trägerkörpern mit Yikroorganismenanlagerung im Abwasser in verschiedenen Höhenlagen freischwebend gehal ten werden. Die Trägerkörper bilden dabei eine Suspension und sind in ihr frei beweglich. Da im allgemeinen ein Zusammenstoß und gegenseitige Abriebvorgänge nicht vermieden werden können, kommt zu der hydromechanischen noch eine rein mechanische Bewuchserosion derMikroorganismen. Dadurch werden von den Trägerkörpern bereits abgelöste, größere Flockenteile, die sich im Absetzbecken absc'reiden sollen, u.U. zwischen den sich reibenden Trägerkörpern zerkleinert.To solve this problem it is provided that a plurality of identical or similar carrier bodies with microorganism accumulation in the wastewater be kept free-floating at different altitudes. Form the carrier body a suspension and are freely movable in it. Since in general a collision and mutual abrasion processes cannot be avoided, comes to the hydromechanical a purely mechanical erosion of the microorganisms. This means that Larger flake parts already detached from the carrier bodies, which are located in the sedimentation tank should absc'reiden, possibly crushed between the rubbing carrier bodies.
Diese Nebeneffekte können den im Absetzbecken erreichbaren Kläreffekt negativ beeinflussen.These side effects can lead to the clarification effect that can be achieved in the sedimentation tank influence negatively.
Es ist daher bei der Gestaltung der Trägerkörper eine solche Form zu wählen, bei der eine möglichst große abriebgeschützte Oberfläche entsteht, und außerdem sind die abgelösten Bewuchsteile möglichst rasch aus dem Bereich der schwebenden Trägerkörper in Richtung auf das Absetzbecken abzuziehen. Damit eine günstige, freie Verteilung der Trägerkörper eintritt, müssen diese aus einem Material von entsprechendem spezifischem Gewicht bestehen bzw. durch ihre GeometrIe einen erheblichen Sinkwiderstand aufweisen.It is therefore such a shape when designing the carrier body to choose where the largest possible abrasion-resistant surface is created, and In addition, the detached parts of the growth are as quickly as possible out of the area of the floating ones Remove the carrier body in the direction of the sedimentation basin. So a cheap, free Distribution of the carrier body occurs, these must be made of a material of the appropriate type specific weight or, due to their geometry, a considerable sink resistance exhibit.
Der in das Belüftungsbecken einzutragende Sauerstoff wird im allgemeinen durch Einblasen von Luft eingetragen.The oxygen to be brought into the aeration basin is generally entered by blowing air.
Die erwünschte Schwebebewegung der Trägerkörper kann zweckmäßig durch einen der 2inkbewegung ent gegengerichteten Gas- und/ca er Fltiss gkeitsstrom in Form einer dynamisch stabilen Verteilung erreicht werden.The desired floating movement of the carrier body can expediently through a gas and / or liquid flow in the opposite direction to the tilting movement Form of a dynamically stable distribution can be achieved.
Besonders zweckmäßig erscheint eine solche Verfahrensführung, bei der eine ielzaal von Trägerkörpern in einer in der Flüssigkeit erzeugten Wirbelströmung gehalten werden.Such a procedure appears to be particularly expedient the one ielzaal of carrier bodies in a vortex flow generated in the liquid being held.
Eine günstige Verfahrensausbildung kann darin bestehen, daß der von den Trägerkörpern sich ablösende Rasen mit dem Abwasser direkt in das nachgeschaltete Absetzbecken geleitet wird. Dabei kann vorteilhaft wenigstens ein Teil des geklärten Wassers aus diesem Absetzbecken in das Belüftungsbecken zurückgeführt werden und dort die Suspendierung der Trägerkörper unterstützen.A favorable process training can be that of the carrier bodies detaching lawn with the wastewater directly into the downstream Sedimentation basin is passed. In this case, at least a part of the clarified can advantageously Water from this sedimentation basin can be returned to the aeration basin and there support the suspension of the carrier body.
Bei diesem Trägerkörperverfahren siedeln sich die für die Abwasserreinigung benötigten Mikroorganismen wie bei einem Tropfkörper an der Oberfläche der Trägerkörper an. Diese werden jedoch nicht berieselt sondern sind in dem zu reinigenden Abwasser vollständig untergetaucht.In this carrier body process, those for wastewater treatment settle required microorganisms like a trickling filter on the surface of the carrier at. However, these are not sprinkled but are in the wastewater to be cleaned completely submerged.
Um den Organismenbewuchs ausreichend und gleichmäßig mit Sauerstoff zu versorgen, muß, wie beim Belebungsverfahren, künstlich belüftet werden. Hierbei ist zu gewährleisten, daß der im Abwasser gelöste Sauerstoff einsctnließlich der darin enthaltenen organischen Inhaltstoffe, d.h. Nährstoffe, an die Oberfläche der Trägerkörper transportiert werden kann und zwar unabhängig von der jeweiligen relativen Lage dieser Trägerkörper in ihrer Verteilung.To the organism growth sufficiently and evenly with oxygen As with the activation process, it must be artificially ventilated. Here it must be ensured that the oxygen dissolved in the wastewater, including the organic ingredients contained therein, i.e. nutrients, to the surface of the Carrier body can be transported regardless of the respective relative Location of this carrier body in its distribution.
Da innerhalb des Belüftungsbeckens vorteilhaft eine relativ hohe Durchströmungsgeschwindigkeit angestrebt wird, können sich Schwierigkeiten in der ausreichenden Sauerstoffversorgung der an den Trägerkörpern angelagerten Mikroorganismen ergeben. Dies läßt sich u.U.dadurch beseitigen, daß das Abwasser in einer vorgeschalteten Stufe mit Sauerstoff angereichert wird. Dabei sind die Sauerstoffkonzentration im Zulauf und die Zulaufwassermenge so zu wählen, daß im Auslaß des Belüftungsbeckens ein Mindestsauerstoffgehalt von etwa 1 mg 02/1 aufrechterhalten bleibt.Since a relatively high flow rate is advantageous within the aeration basin strived for will, difficulties may arise in the sufficient Oxygen supply of the microorganisms attached to the carrier bodies result. This can possibly be eliminated by having the wastewater in an upstream Stage is enriched with oxygen. The oxygen concentration in the Inlet and the amount of inlet water to be selected so that in the outlet of the aeration basin a minimum oxygen content of about 1 mg 02/1 is maintained.
Günstiger erscheint es jedoch, die Belüftung des Abwassers in der Verteilung der im Schwebezustand befindlichen Trägerkörper durch eine feinblasige Belüftungsströmung vom Beckenboden her durchzuführen.However, it seems cheaper to ventilate the wastewater in the Distribution of the suspended bodies by a fine-bubble Carry out ventilation flow from the pool floor.
Die aufsteigenden Luftblasen liefern einerseits den von den Mikroorganismen benötigten Sauerstoff und bilden andererseits einen der Sinkbewegung der Trägerkörper entgegenwirkenden Gasstrom, welcher eine dynamisc stabile Verteilung erreicht.On the one hand, the rising air bubbles supply that of the microorganisms required oxygen and on the other hand form one of the sinking movements of the carrier bodies counteracting gas flow, which achieves a dynamically stable distribution.
Eine vorteilhafte Anlage zur Durchführung des Verfahrens kann so aufgebaut sein, daß das die Trägerkörper enthaltende Belüftungsbecken im Bereich seiner Bodenfläche Einlaßöffnungen des Abwasserzulaufs sowie für das Pelüftungsgas aufweist und daß mindestens ein Ablauf im Bereich, der «'asseroxerfläche des Belüftungsbeckens angeordnet ist. Zweckmäßig erscheint eine Ausbildung, bei der das elüftungsbecken im wesentlichen einen von der. Sinla30ffnungen nacl; der Wasseroberfläche divergierenden Querschnitt aufweist.An advantageous system for carrying out the method can be constructed in this way be that the aeration basin containing the carrier body in the area of its bottom surface Has inlet openings of the sewage inlet and for the ventilation gas and that At least one drain is arranged in the area of the aeration basin is. A training in which the ventilation basin essentially appears to be expedient one of the. Sinla30openings nacl; the Water surface diverging Has cross section.
Eine vorteilhafte Formgestaltung ist u.U. darin zu sehen, daß das Belüftungsbecken einen Querschnitt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist, dessen eine Kathete die Wasseroberfläche bildet und bei dem im Bereich der unteren Dreieckspitze Gaszuführungen sowie Abwasserzuführungen vorgesehen sind.An advantageous design can be seen in the fact that the Aeration basin has a cross-section in the form of a right triangle, one cathetus of which forms the surface of the water and the one in the area of the lower one Triangle point gas feeds as well as sewage feeds are provided.
Hinsichtlich der Ausbildung der Trägerkörper erscheint es zweckmäßig, diese rollenförmig zu gestalten. Zum Schutz gegen unerwünschten Abrieb kann es vorteilhaft sein, die Trägerkörper mit einem inneren Hohlraum auszubilden bzw. mindestens zwei Trägerkörper in räumlicher Anordnung als Trägerelement anzuordnen, welches in seiner Bewegung einen gewissen Schutz gegenüber einem parallelen Längsabrieb zwischen zwei rollenförmigen Trägerkörpern bietet. Die Oberfläche der Trägerkörper wird zweckmäßig geometrisch, beispielsweise durch wellenförmigen oder sickenförmigen Ovuerscknitt, vergrößert.With regard to the design of the carrier body, it appears expedient to to make this roll-shaped. It can be advantageous to protect against undesired abrasion be to form the carrier body with an inner cavity or at least two To arrange the carrier body in a spatial arrangement as a carrier element, which in his Movement provides some protection against parallel longitudinal abrasion between two offers roll-shaped support bodies. The surface of the carrier body becomes appropriate geometrically, for example through a wave-shaped or bead-shaped oval cut, enlarged.
In einer anderen, gegebenenfalls zweckmäßigen Ausbildung können die Trägerkörper auch aus unregelmäßig geformtem, stückigem Trägermaterial, beispielsweise aus Kunststoffbruchstücken mit unregelmäßiger Oberflächenstruktur, bestehen.In another, possibly appropriate training, the Carrier bodies also made of irregularly shaped, lumpy carrier material, for example made of plastic fragments with an irregular surface structure.
Bei einer günstigen Ausbildung des verwendeten Belüftungsbeckens kann eine Mehrzahl von nebeneinander- liegenden Ablaufanschlüssen vorgesehen sein, welche in eine mit dem Absetzbecken verbundene Sammelleitung münden.With a favorable design of the aeration basin used can a plurality of side by side horizontal drain connections provided which open into a collecting line connected to the sedimentation basin.
Durch die Anwendung der Merkmale der Erfindung wird ein neues Verfahren zur Abwasserreinigung geschaffen, welches vor allem dort einsetzbar ist, wo eine Abwasserreinigung nach dem Belebungsverfahren wegen ungünstiger Absetzbarkeit des Belebtschlammes schwierig und nicht mit ausreichender Betriebssicherheit durchgeführt werden kann. Das Verfahren der freischwebenden Trägerkörper erscheint besonders zweckmäßig, wenn das zu reinigende Abwasser biologisch gut verwertbare Substanzen in hoher Konzentration enthält, so daß auch beim Tropfkörperverfahren unwirtschaftlich betriebliche Schwierigkeiten auftreten werden. Beispiele hierfür sind die Reinigung von Abwässern aus Lebensmittel verarbeitenden und Lebensmittel produzierenden Industriebetrieben, stark ammoniumhaltige Industrieabwässer, weitergehende Abwasserreinigung zur Senkung des CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und zur Denitrifikation in Kläranlagen.Applying the features of the invention creates a new process created for wastewater treatment, which can be used primarily where a Wastewater treatment according to the activated sludge process due to the unfavorable settling of the Activated sludge difficult and not carried out with sufficient operational reliability can be. The method of the free-floating support body appears special It is useful if the wastewater to be cleaned is biologically readily usable substances Contains in high concentration, so that it is uneconomical even in the trickling filter process operational difficulties will arise. Examples of this are cleaning of wastewater from food processing and food producing industries, Highly ammonium-rich industrial wastewater, more extensive wastewater treatment to reduce it of COD (chemical oxygen demand) and for denitrification in sewage treatment plants.
In der Zeichnung sind Einzelheiten einer Abwasserreinigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens dargestellt; es zeigen: Fig.1 ein Scaltscema einer Abscheideanlage mit Belüftungs- und Absetzbecken, Fig.2 einen verkleinerten, schematischen Querschnitt durch das Belüftungsbecken nach Fig.1, Fig.3 einen hohlen, rollenförmigen Trägerkörper, Fig.4 eine sternförmige Anordnung von sechs Trägerkörpern als Trägerelement.In the drawing are details of a wastewater treatment plant shown for the implementation of the procedure; show it: Fig.1 a Schaltscema of a separation plant with aeration and settling basin, Fig. 2 a reduced, schematic cross-section through the aeration basin according to Figure 1, Figure 3 a hollow, roll-shaped support body, Figure 4 shows a star-shaped arrangement of six support bodies as a carrier element.
In der schematischen Darstellung der Fig.1 ist ein Belüftungsbecken 1 über eine Ablaufsammelleitung 2 mit einem nachgeschalteten Absetzbecken 3 verbunden. Ein Zulauf 4 fördert das zu klärende Abwasser in das Belüftungsbecken 1. Ein Teil des geklärten Ablaufs 5 wird über eine Bypaßeinrichtung 6 mit Hilfe einer Förderpumpe 7 über eine Rücklaufleitung 8 in das Belüftungsbecken 1 zurückgeführt. In dem Belüftungsbecken befinden sich eine Vielzahl von in der Zeichnung nicht erkennbaren Trägerkörpern mit Mikroorganismenbelag, welche durch die der Absetzbewegung entgegengerichte te Gasströmung aus einer mit Druckluft gespeisten Belüftungsleitung und die aus der Rücklaufleitung 8 stammende zusätzlichen Flüssigkeitsströmung in einer dynamisch stabilen Verteilung gehalten werden.In the schematic representation of FIG. 1, there is an aeration basin 1 connected to a downstream sedimentation basin 3 via a drain manifold 2. An inlet 4 conveys the wastewater to be clarified into the aeration basin 1. One part the clarified drain 5 is via a bypass device 6 with the aid of a feed pump 7 returned to the aeration basin 1 via a return line 8. In the aeration basin there are a large number of carrier bodies which cannot be seen in the drawing with microorganism coating, which is countered by the sedimentation movement Gas flow from a ventilation line fed with compressed air and from the Return line 8 originating additional liquid flow in a dynamic stable distribution.
Fig.2 zeigt eine besonders in Verbindung mit feinblasiger Belüftung günstige Querschnittsform des Be#üftungsbeckens 1 nach Fig.1. Die f#;uerschnittsform stellt ein rechtwinkliges Dreieck dar, dessen eine Kathete die Wasseroberfläche bildet und bei dem im Bereich der unteren Dreieckspitze die Druckluftzuführungen, die Abwasserzuführungen und gegebenenfalls die Zuführungen des Rücklauf münden. Durch die angegebene geometrische Gestaltung des Beckens in Verbindung mit der Anordnung der Rinlässe und des Ablaufs wird eine in Pfeilrichtung liegende Wirbelströmung angefacht, welche die Trägerkörper in der gewünschten Verteilung stabilisiert.Fig. 2 shows a particularly in connection with fine-bubble ventilation favorable cross-sectional shape of the ventilation basin 1 according to FIG. 1. The f #; overcut shape represents a right triangle, one side of which is the surface of the water forms and in the area of the lower triangle point the compressed air supply, the sewage feeds and, if applicable, the feeds of the return flow. Due to the specified geometric design of the pool in connection with the arrangement the inlet and outlet becomes a vortex flow in the direction of the arrow fanned, which stabilizes the carrier body in the desired distribution.
Fig.3 zeigt einen Trägerkörper in Form eines Kunststoffröllchens, welches etwa 3 cm Länge und 3 cm Außendurchmesser aufweist. Die Oberfläche ist durch die wellenförmige ^;uerschnittsgestaltung geometrisch vergrößert. Der Trägerkörper ist hohl ausgebildet, wobei der im Innenraum entstehende Rasen der Mikroorganismen gegen unerwünschten Abrieb beim Aufeinanderprall von Wirbelkörpern in der freien Bewegung geschützt liegt.3 shows a carrier body in the form of a plastic roller, which has a length of about 3 cm and an outer diameter of 3 cm. The surface is through the wave-shaped cross-section design is geometrically enlarged. The carrier body is hollow, with the lawn of the microorganisms arising in the interior against unwanted abrasion when vertebral bodies collide in the free Movement is protected.
Fig.4 stellt eine räumliche Anordnung eines Trägerelementes mit sechs Kunststoffröllchen nach Fig.3 dar.Fig.4 shows a spatial arrangement of a carrier element with six Plastic rollers according to Fig. 3.
Der Vorteil der Verwendung solcher Trägerelemente anstelle einfacher Trägerkörper besteht darin, daß diese im Schwebezustand bzw. in einer Wirbelbewegung geringere gegenseitige Abriebflächen erreichen. Die Zahl der Trägerelemente liegt im allgemeinen in derselben Größenordnung wie die Anzahl der einzeln verwendeten Trägerkörper.The advantage of using such support elements instead of simpler Carrier body is that these in suspension or in achieve lower mutual abrasion surfaces in a whirling motion. The number of Support elements is generally in the same order of magnitude as the number of individually used carrier body.
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