DE3402688A1

DE3402688A1 - Biologisches abwasserreinigungsverfahren mit nitrifikationszone

Info

Publication number: DE3402688A1
Application number: DE19843402688
Authority: DE
Inventors: Josef Dr.Rer.Nat. 6209 Aarbergen Muskat
Original assignee: Passavant Werke Ag & Co Kg 6209 Aarbergen; Passavant Werke AG and Co KG
Current assignee: Aqseptence Group GmbH
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1985-08-01
Also published as: IT1201218B; IT8509319A0; ATA17885A; FR2558819B1; AT387956B; FR2558819A1

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER_:' :'": " : : PATENTANWÄLTE

EUROPEANPATENTATTORNEYS

RICHARD GLAWE KLAUS DELFS DR-ING. DIPUNG. Ö ULRICHMENGDEHL WALTER MOLL DIPL-CHEM. DR. RER. NAT. DIPL-PHYS. DR. RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR OFF. BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL.

Passavant-Werke AG & Co. KG
Aarbergen 7

8000 MÜNCHEN 26 2000 HAMBURG 13

POSTFACH 162 POSTFACH 2570

. LIEBHERRSTR. 20 ROTHENBAUM-

Bioloaisches Abwasserreiniaunas- ^{TEL(089)226548} chausseess

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verfahren mit Nitrifikationszone telecopier(089)223938 telex21292ispez

MÜNCHEN
A 05 / £>/G 1239

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein biologisches Abwasserreinigungsverfahren mit mindestens einer Nitrifikationszone, in der das Abwasser mit nibrifizierende Mikroorganismen enthaltendem Rücklaufschlamm unter Sauerstoffzufuhr zur Reaktion gebracht wird, um im Abwasser enthaltene Stickstoffverbindungen in Nitrat umzuwandeln, wobei in einer der Nitrifikationszone nachgeschalteten Zone der Schlamm abgetrennt und mindestens teilweise als Rücklaufschlamm zur Nitrifikationszone zurückgeführt wird.

10. Bei der biologischen Abwasserreinigung spielt neben der Umwandlung der organischen Kohlenstoffverbindungen in abtrennbare Feststoffe (BSB-Abbau) mehr und mehr auch die Entfernung der Stickstoffverbindungen eine Rolle. Diese

BANK: DRESDNER BANK, HAMBURG, 4030448 (BU 20080000) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BU 20010020) · TELEGRAMM: SPECHTZIES

ist möglich mittels zweier Vorgänge, die als Nitrifikation und Denitrifikation bezeichnet werden und unter verschiedenen Bedingungen und unter Beteiligung verschiedener Bakterienarten ablaufen. Bei der Nitrifikation bewirken nitrifizierende Bakterien unter aeroben Bedingungen die Umwandlung von Ammonium-Ionen in Nitrit und anschließend in Nitrat. Durch Denitrifikation werden die so gebildeten Nitrate von anderen Baktierenarten unter anaeroben Bedingungen zersetzt, wobei elementarer Stickstoff und gegebenenfalls N₂O entstehen, die als gasförmige und im Wasser nur wenig lösliche Produkte entweichen.

Bei dem vollständigen AbwasSerreinigungsverfahren kann man die Vorgänge des BSB-Abbaus, der Nitrifikation und der Denitrifikation in getrennten, vom Abwasser nacheinander durchströmten Stufen mit je einem eigenen Rücklaufschlammkreislauf ablaufen lassen (sog. Dreischlammverfahren). Die Einhaltung unterschiedlicher, dem jeweiligen Vorgang optimal angepaßter Bedingungen in den einzelnen Stufen hinsichtlich Beschaffenheit des RücklaufSchlamms, Sauerstoffkonzentration, Belastung und Aufenthaltszeit ist so besonders einfach möglich. Es ist aber auch möglich, BSB-Abbau und Nitrifikation gemeinsam oder jedenfalls mit gemeinsamem Rücklaufschlammkreislauf ablaufen zu lassen

(Zweischlammverfahren) oder sogar einen einzigen Rücklauf-Schlammkreislauf für BSB-Abbau, Nitrifikation und unmittelbar anschließende Denitrifikation vorzusehen (Einschlammverfahren) (vgl. Pöpel "Lehrbuch für Abwassertechnik und Gewässerschutz"). Ferner ist es möglich, die Denitrifikation der Nitrifikation vorzuschalten, was z.B. dann vorteilhaft ist, wenn das Abwasser bereits höhere Anteile an Nitraten mit sich führt. Von dem die Nitrifikation verlassenden Abwasser muß im anderen Fall allerdings ein erheblicher Teil im Kreislauf wieder zur vorgeschalteten Denitrifikationszone zurückgeführt werden, um wenigstens einen Teil der bei der Nitrifikation gebildeten Nitrate zu eliminieren. Die Erfindung ist prinzipiell bei allen diesen, dem Fachmann geläufigen Verfahrensvarianten anwendbar.

Ein wesentliches Problem bei der Nitrifikation besteht darin, daß die nitrifizierenden Bakterien sehr langsam wachsen, so daß der Schlamm erst nach einer beträchtlichen Zeit, die mindestens 3 Tage, vorzugsweise und insbesondere bei niedrigen Temperaturen aber auch wesentlich mehr beträgt, seine optimale Aktivität für die Reaktion mit den Stickstoffverbindungen des Abwassers erreicht. Es muß deshalb für ein ausreichend hohes Schlammalter für die Nitrifikationszone gesorgt werden. Dies bedingt ein sehr großes Becken-

volumen und/oder eine sehr hohe Schlammkonzentration in der Nitrifikationszone. Günstig für die Nitrifikation ist es auch, wenn die Schlammbelastung, d.h. das Verhältnis der mit dem Abwasser zugeführten Schmutzstoffe (BSB) zur Schlammtrockensubstanz möglichst niedrig gehalten wird. Auch dies spricht für eine hohe Schlammkonzentration in der Nitrifikationszone. Nach allgemeiner Lehrmeinung und geltenden Bemessungsrichtlinien für Kläranlagen soll in der Nitrifikationszone die Raumbelastung höchstens 0,5 kg BSBc/m³ · d, die Schlammbelastung höchstens 0,15 kg BSB₅/kg Schlammtrokkensubstanz/d und das Schlammalter mindestens 9 Tage betragen.

Das Halten einer entsprechend hohen Schlammkonzentration in der Nitrifikationszone führt jedoch zu der Schwierigkeit, daß in einer nachgeschalteten Nachklärstufe eine einwandfreie Trennung einer derart konzentrierten Suspension nicht möglich ist. Man ist daher gezwungen, die Suspension in der Nitrifikationszone soweit zu verdünnen, daß eine Nachklärung durch Sedimentation möglich bleibt. Das Beckenvolumen der Nitrifikationszone kann daher nicht optimal genutzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der genannten Art die Wirksamkeit der Nitrifikation bei verringerter Schlammkonzentration in der Nitrifikationszone

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zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rücklaufschlamm vor seiner Zuführung zur Nitrifikationszone in einer von der Nitrifikationszone getrennten Alterungszone während einer für das Wachstum der nitrifizierenden Mikroorganismen ausreichenden Zeit zurückgehalten wird,

Die Erfindung sieht somit eine von der Nitrifikationszone getrennte Alterung des RücklaufSchlamms vor, wodurch erreicht wird, daß der Rücklaufschlamm mit optimaler Nitrifizierungsaktivität in die Nitrifikationszone eintritt μηα dort bereits bei niedrigen Schlammkonzentrationen eine optimale und vollständige Reaktionswechselwirkung mit den Stickstoffverbindungen des Abwassers entfalten kann. Entgegen der bisherigen Meinung ist hierdurch eine einwandfreie Nitrifikation auch dann möglich, wenn die Raumbelastung wesentlich höher als 0,5 kg BSB_/m³/d, z.B. bis zu 1,0 kg/m³/d und/oder die Schlammbelastung wesentlich höher als 0,15 kg BSB₅/kg Schlammtrockensubstanz/d, z.B. bis zu 0,3 kg/kg/d, ist. Das Volumen der Nitrifikationszone kann somit verringert bzw. ein gegebenes Volumen besser ausgenutzt werden. In der getrennten Alterungszone kann der Schlamm mit einer außerordentlich hohen Konzentration gehalten werden, die vorzugsweise mehr als 5 kg/m³ und bis zu

20 kg/m³ betragen kann. Für die Alterungszone wird daher nur ein relativ geringes Mehrvolumen benötigt.

Die Aufenthaltszeit des RücklaufSchlamms in der Alterungszone beträgt vorzugsweise ein Mehrfaches seiner Aufenthaltszeit in der Nitrifikationszone und kann mindestens drei Tage, vorzugsweise mindestens sieben Tage betragen. Vorzugsweise erfolgt in der Alterungszone eine Sauerstoffzufuhr im wesentlichen nur insoweit, als sie für die Aufrechterhaltung der Grundatmung erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Abwasserreinigungsanlage zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch ein in den Weg des RücklaufSchlamms geschaltetes, vom Abwasser nicht durchflossenes Alterungsbecken .

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Fließschema einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem Dreischlammsystem;

Fig. 2 zeigt das Fließschema einer Ausführungsform nach dem Einschlammsystem.

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Gemäß Fig. 1 gelangt das bei 1 zufließende Abwasser zuerst in ein Belebungsbecken BB, in welchem es in üblicher Weise mit Belebtschlamm in Kontakt gebracht und ihm außerdem Sauerstoff zugeführt wird, so daß die im Belebtschlamm enthaltenen Mikroorganismen den BSB abbauen, d.h. die organischen Kohlenstoffverbindungen oxydieren, so daß einerseits gasförmiges CO und andererseits sedimentierbare Feststoffe entstehen. In einer ersten Nachklarstufe 1NK wird der Schlamm abgetrennt und als Rücklaufschlamm zum Belebungsbecken BB zurückgeführt. Anschließend gelangt das Abwasser in ein Nitrifikationsbecken NB, wo es unter Sauerstoffzufuhr mit Rücklaufschlamm in Kontakt gebracht wird und die Verfahrensbedingungen, einschließlich des Schlammalters, so eingestellt sind, daß die im Schlamm enthaltenen nitrifizierenden Bakterien die vorhandenen Stickstoffverbindungen in Nitrat umwandeln. Der hierfür erforderliche Schlamm wird in einer dem Nitrifikationsbecken NB nachgeschalteten zweiten Nachklärzone 2NK abgetrennt und im Kreislauf zum Nitrifikationsbecken NB zurückgepumpt, wobei ein Alterungsbecken AB zwischengeschaltet ist, in welchem der Schlamm bis zum Erreichen des erforderlichen Schlammalters zurückgehalten wird. Vorzugsweise beträgt die Aufenthaltszeit des Schlamms im

Alterungsbecken AB ca. neun Tage bei entsprechend hoher Schlairankonzentration von mehr als 5, vorzugsweise mehr als 7 kg/m³.

Aus der zweiten Nachklärzone 2NK gelangt das Abwasser in das Denitrifikationsbecken DNB, wo unter streng anaeroben Bedingungen die zuvor gebildeten Nitrate zersetzt werden, wobei der Stickstoff in Form von gasförmigen N₂ oder auch N₂O entweichen kann. In einer dritten Nachklärzone 3NK wird der entstehende Schlamm durch Sedimentieren abgetrennt und das gereinigte Abwasser bei 2 abgezogen, während ein Teil des Schlamms zum Denitrifikationsbecken DNB zurückgeführt und der Rest als Überschußschlamm bei 3 abgezogen wird, was auch bei den zwei davor angeordneten Stufen durchgeführt wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist ein Einschlammsystem mit vorgeschalteter Denitrifikation. Das bei 1 zuströmende Abwasser gelangt zuerst in eine Denitrifikationszone DN, in der unter anaeroben Bedingungen im Kontakt mit Belebtschlamm die biologische Zerlegung der vorhandenen Nitrate erfolgt. Das Abwasser zusammen mit dem Schlamm gelangt dann in die Belebungszone BB, wo unter Sauerstoffzufuhr der BSB-Abbau, d.h. die Oxydation der organischen Kohlenstoffverbindungen erfolgt. Schließlich gelangt das Abwasser in die Nitrifikationszone N, wo ebenfalls unter aeroben Bedin-

gungen in Kontakt mit einem Schlamm von ausreichendem Schlammalter die Umwandlung der noch vorhandenen Stickstoffverbindungen in Nitrat erfolgt. In der nachgeschalteten Nachklärzone NK wird der gesamte Schlamm abgetrennt und als Rücklaufschlamm zur Denitrifikationszone DN zurückgeführt, teilweise als Überschußschlamm bei 3 abgezogen. Da das aus der Nachklärzone NK abgezogene geklärte Abwasser noch die in der Nitrifikationszone N gebildeten Nitrate enthalten würde, muß ein erheblicher Teil davon aus der Nitrifikationszone N über den Kreislauf 4 zur Denitrifikationszone DN zurückgeführt werden.

Der in der Denitrifikationszone DN zurückgeführte Schlamm wird in einem Alterungsbecken AB während einer ausreichenden Alterungszeit von vorzugsweise mehreren Tagen zurückgehalten, damit er anschließend in der Nitrifikationszone N, auch bei relativ niedriger Schlammkonzentration, eine optimale Aktivität für die Nitrifizierung entfalten kann.

Es ist auch möglich, die Ausführungsform nach Fig. so abzuändern, daß der gesamte Rücklaufschlamm nur in die Nitrifikationszone N zurückgeführt und dieser ein Alterungsbecken AB¹ vorgeschaltet wird, wie gestrichelt in Fig.

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angedeutet/ wobei dann die in die Denitrifikationszone DN führende Rücklaufschlammleitung mit dem Alterungsbecken AB weggelassen werden kann.

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Claims

GLAWE1DELFS1MOLLStPARTNER-- : : : : PATENTANWÄLTE EUROPEANPATENTATTORNEYS 3ΑΠ2688 RICHARD GLAWE KLAUS DELFS DR-ING. DIPLHNG. ULRICH MENGDEHL WALTER MOLL DIPU-CHEM. DR. RER. NAT. DIPL-PHYS. DR RER. NAT. HEINRICH NIEBUHR ÖFF. BEST. DOLMETSCHER DIPL-PHYS. DR. PHIL HABIL. Passavant-Werke AG & Co. KG Aarbergen 7 8000 MÜNCHEN 26 2000 HAMBURG 13 Biologisches Abwasserreini- SE££E» ESST1 gungsverfahren mit Ni tr if i- tel.<089> 226548 chausseesb TELEX 522505SPEZ TEL (040) 4102008 TELECOPIER (089) 223938 TELEX212921SPEZ MÜNCHEN A 15 / P 1239 Patentansprüche

1. Abwasserreinigungsverfahren mit mindestens einer Nitrifikationszone, in der das Abwasser mit nitrifizierende Mikroorganismen enthaltendem Rücklaufschlamm unter Sauerstoffzufuhr zur Reaktion gebracht wird, um im Abwasser enthaltene Stickstoffverbindungen in Nitrat umzuwandeln, wobei in einer der Nitrifikationszonen nachgeschalteten Zone der Schlamm abgetrennt und mindestens teilweise als Rücklaufschlamm zur Nitrifikationszone zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der abgetrennte Rücklaufschlamm vor seiner Zuführung zur Nitrifikationszone in einer von der Nitrifikationszone getrennten Alterungszone während einer für das Wachstum der nitrifizierenden Mikroorganismen ausreichenden Zeit zurück-

BANK: DRESDNER BANK. HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) · POSTSCHECK: HAMBURG 147607-200 (BLZ 20010020) TELEGRAMM: SPECHTZIES

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das Volumen der Alterungszone für die Herstellung eines gesamten Schlammalters von minde-r stens 4 Tagen, vorzugsweise von mindestens 7 Tagen bemessen ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet ,- daß in der Alterungszone eine höhere Schlammkonzentration als in der Nitrifikationszone eingehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch g e k e η η -r zeichnet , daß die Schlammkonzentration in der Alterungszone mindestens 5 kg/m³ beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , daß in der Alterungszone im wesentlichen nur eine für die Aufrechterhaltung der Grundatmung erforderliche Sauerstoffzufuhr zum Schlamm erfolgt.

6. Abwasserreinigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , mit einem vom Abwasser durchströmten Nitrifikationsbecken oder Nitrifikationsreaktor, einer Nachklärstufe und einer Rücklaufschlammleitung von der Nachklärstufe zum Nitrifikations-

becken oder -reaktor , dadurch gekennzeichnet, daß in die Rücklaufschlammleitung auf die Herstellung eines gesamten Schlammalters von mindestens drei, vorzugsweise mindestens sieben Tagen ausgelegt ist.