DE3427310C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reini­ gung von Abwasser durch die Belebtschlammethode, wobei das Abwasser sukzessiv einer anaeroben, einer anoxischen und einer aeroben Behandlung unterworfen und darauf in eine Klärzone zum Abscheiden von Schlamm geführt wird, der re­ zirkuliert und mit dem Abwasser vermischt wird, welches der anaeroben Behandlung zu unterwerfen ist.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Verfahren ("Wasserwirt­ schaft", 1981, Nr. 6, Seiten 170-174) wird zur Durchfüh­ rung des Verfahrens eine Anzahl von miteinander verbundenen Becken verwendet, und das zu behandelnde Wasser wird in groß­ en Mengen in diesen Becken umgepumpt, die in eine anaerobe, eine anoxische und eine aerobe Behandlungszone aufgeteilt sind. Die aerobe Zone ist dabei mit einer Klärzone verbunden, aus der Aktivschlamm in die anaerobe Zone rezirkuliert wird.

Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß der in die anaerobe Behandlungszone rezirkulierte, belebte Schlamm eine beträchtliche Menge Nitrationen enthält, wobei sich gezeigt hat, daß diese Nitrationen die Phosphorentfernung ungünstig beeinflussen, so daß die Phosphorentfernung nicht optimal wird. Weiterhin sind bei den bekannten Ver­ fahren die Möglichkeiten, unabhängige Einstellungen der Prozeßparameter vorzunehmen und damit einen stabilen und kontrollierbaren Prozeß zu erzielen, eingeschränkt. Eine Änderung der Prozeßparameter in einer Zone wirkt nämlich sofort auf die Behandlung in den übrigen Zonen ein, teils weil die Zonen nicht klar voneinander getrennt sind, und teils weil Wasser ständig im System umgewälzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsge­ mäßes Verfahren so weiterzubilden, daß die Entfernung von Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser verbessert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser der genannten Gattung dadurch ge­ löst, daß die anaerobe, die anoxische und die aerobe Be­ handlung in drei gesonderten Behältern durchgeführt wer­ den, daß das im ersten Behälter anaerob behandelte Ab­ wasser in der einen Behandlungsperiode zum zweiten und in der darauffolgenden Behandlungsperiode zum dritten Be­ hälter geführt wird und dort jeweils anoxisch behandelt wird, und daß das Abwasser nach der anoxischen Behandlung in den nicht mit dem ersten Behälter verbundenen, unter aeroben Bedingungen arbeitenden Behälter weitergeleitet wird.

Gemäß der Erfindung werden drei gesonderte Behälter für die anaerobe, anoxische und aerobe Behandlung des Abwassers verwendet. Dadurch, daß die Behandlungen des Abwassers in gesonderten Behältern und damit unabhängig voneinander er­ folgen, wird erzielt, daß sowohl für die zur Stickstoff­ entfernung (unter anoxischen/aeroben Bedingungen) wirk­ samen Mikroorganismen als auch für die zur Phosphorent­ fernung (unter anaeroben/aeroben Bedingungen) wirksamen Mikroorganismen annähernd optimale Lebensbedingungen ge­ schaffen werden können. Außerdem werden auch die Möglich­ keiten, unabhängige Einstellungen der Prozeßparameter vorzunehmen und damit einen stabilen und kontrollierbaren Prozeß zu erzielen, erleichtert. Damit kann beispielsweise auch die Verweilzeit des Abwassers in jeder Behandlungs­ periode, in der es abwechselnd unter anoxischen und aeroben Bedingungen behandelt wird, so eingestellt werden, daß die Stickstoff- und Phosphorentfernung aus dem Ab­ wasser verbessert ist.

Weitere vorteilhafte Durchführungsformen für das erfindungs­ gemäße Verfahren ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist anzunehmen, daß die Entfernung von Stickstoff und Phospor durch das erfindungsgemäße Verfahren von der Gegen­ wart folgender drei Typen Bakterien abhängt:

• a) phosphorakkumulierende heterotrophe Bakterien
• b) nicht-phosphorakkumulierende denitrifizierende heterotrophe Bakterien, und
• c) nitrifizierende Bakterien.

Während der anaeroben Behandlung des Abwassers nehmen die phosphorakkumulierende Bakterien, die akkumuliertes Poly­ phosphat enthalten, niedrig molekulare gelöste organische Stoffe auf, die in Form von z. B. Polyhydroxybutyrat (PHB) gespeichert werden, wobei das verhältnismäßig energierei­ che Polyphosphat als Energiequelle verwendet wird. Dadurch entstehen Orthophosphationen, die in das flüssige Medium in der anaeroben Behandlungszone freigesetzt werden. Bei der aeroben Behandlung des Abwassers erfolgt eine Oxydation akkumulierten und hydrolysierten suspendierten organischen Stoffes, und die dadurch freigesetzte Energie wird teils für das Wachstum der Mikroorganismen und teils zum Akkumu­ lieren von Orthophosphationen in Form von Polyphosphat aus dem flüssigen Medium in den phosphorakkumulierenden Bakterien verwendet. Es erfolgt somit ein Entfernen von gelöstem Phos­ phor aus dem Abwasser.

Enthält der aus der aeroben Behandlungszone rezirkulierte Schlamm Nitrat in einer hohen Konzentration, werden in der anaeroben Zone die nicht-phosphorakkumulierenden denitrifi­ zierenden Bakterien fähig, gelöste leicht zersetzbare Stoffe umzusetzen, wodurch die Menge organischen Stoffes, die die phosphorakkumulierenden Bakterien nutzen können, reduziert wird. Dadurch wird das Wachstum und damit die Wirkung der letzteren beeinträchtigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem zwei Behandlungs­ zonen zum Einsatz kommen, die abwechselnd für anoxische und aerobe Behandlung des Abwassers verwendet werden, können während der Verweilzeit des Abwassers in einer Behandlungs­ zone mehrere Umstellungen zwischen anoxischen und aeroben Behandlungen erfolgen. Die Verweilzeit des Abwassers in einer Behandlungszone ist mit anderen Worten lang im Vergleich zur Dauer der einzelnen Phasen.

Während der anoxischen Phase gibt es anfangs eine beträcht­ liche von der vorhergehenden aeroben Behandlung, herrührende Menge Nitrationen. Die Konzentration dieser Nitrationen nimmt während der anoxischen Phase ab gleichzeitig damit, daß die NH₃-Konzentration zunimmt, und dadurch werden die Bedingun­ gen immer anaerober (was wie vorstehend erwähnt bewirkt, daß Phosphor in Form von Orthophosphationen freigesetzt wird). In der aeroben Phase wird NH₃ von der vorhergehenden Phase oxydiert und gleichzeitig nimmt die NO₃-Konzentration zu.

Dadurch, daß das Abwasser mehreren anoxischen und aeroben Behandlungen unterworfen werden kann, während es sich in einer Behandlungszone befindet, wird eine besonders niedrige durchschnittliche Nitratkonzentration in dem aus dieser Be­ handlungszone entnommenen Produkt und damit auch eine nied­ rige durchschnittliche Nitratkonzentration des in die an­ aerobe Behandlungszone zurückzuführenden Schlammes erzielt, was diesen Schlamm besonders wirksam für die erwähnte Ent­ fernung von Phosphor macht.

Es sei bemerkt, daß abhängig vom natürlichen Gehalt des Ab­ wassers an Kalzium, Magnesium und Eisen sowie von seinem pH- Wert eine chemische Ausfällung von Phosphor in Form von Metallphosphor, während der anaeroben Behandlung des Ab­ wassers auftreten kann. In Gebieten mit weichem Wasser (nied­ riger Kalziumgehalt), wird eine solche rein chemische Aus­ fällung jedoch als von untergeordneter Bedeutung angesehen.

Da die Phosphorkonzentration des Abwassers in einer Be­ handlungszone beim Übergang von einer anoxischen zu einer aeroben Behandlung des Abwassers hoch ist, wird eine vorzugsweise phasen­ verschobene Entnahme von Abwasser aus den Behandlungszonen für die Klärzone vorgenommen. Die Entnahme von Abwasser von einer Behandlungszone für die Klärzone erfolgt also erst eine Weile nach dem Übergang von einer anoxischen zu einer aeroben Behandlung und umgekehrt. Durch geeignete Wahl der Entnahmezeiten kann sicherge­ stellt werden, daß das Abwasser nicht nur einen niedrigen Phos­ phorgehalt, sondern auch einen niedrigen Nitrat- und Ammoniakgehalt hat.

Eine besonders hohe Sicherheit dagegen, daß mit dem re­ zirkulierten Schlamm eine unzweckmäßig große Menge Nitrat in die anaerobe Behandlungszone geführt wird, kann dadurch erzielt wer­ den, daß dem Schlamm eine durchschnittliche Verweilzeit von min­ destens zwei Stunden in der Klärzone gegeben wird. Dies läßt sich durch die Verwendung eines Klärbehälters mit einer besonders großen Schlammtasche erzielen. Während der verlängerten Verweilzeit des Schlamms im Klärbehälter wird eine Hydrolyse erfolgen, wobei eine endogene (d. h. ohne Zufuhr von organischem Stoff von außen) Denitrifikation eintritt. Statt die Verweilzeit des Schlamms in der Klärzone zu verlängern, kann die Hydrolyse des zu rezirkulierenden Schlamms auch in einer separaten Hydrolysezone durchgeführt wer­ den, in dem ein Teil des rezirkulierten Schlamms mindestens eine Stunde gehalten wird.

Man kann auch mit Vorteil den rezirkulierten Schlamm in zwei Fraktionen aufteilen, und eine Menge von z. B. 10% des Schlamms in eine Vorbehandlungszone führen, welcher Abwasser zugeführt wird, und von welcher Abwasser in die anaerobe Behandlungszone geführt wird. In dieser Vorbehandlungszone, in der eine Bodenfällung von ungelösten Bestandteilen erfolgt, wird ein biologischer Abbau und dabei eine Säurebildung eintreten, was zur Folge hat, daß das Mate­ rial in einer für die Mikroorganismen besser abbaubaren Form anfällt. Der Niederschlag aus der Vorbehandlungszone kann in die anaerobe Behandlungszone geführt werden. Wird eine Ausführungsform mit sowohl Vorbehandlungszone als auch einem separaten Behälter für die Schlammhydrolyse gewählt, kann der Teil des Schlamms, der sonst der Vorbehandlungszone zugeführt werden sollte, dem separaten Hy­ drolysebehälter zugeführt werden. Der Niederschlag aus der Vorbe­ handlungszone wird dem separaten Hydrolysebehälter zugeführt, und die Mischung aus Niederschlag und Schlamm aus diesem Behälter wird in die anaerobe Behandlungszone geführt. Diese Ausführungsform kann in gewissen Fällen in einer Verkleinerung des Reaktorvolumens der Anlage führen.

Die Zuführung von Schlamm zur anaeroben Behandlungszone kann im untersten Teil der Behandlungszone erfolgen und in einer solchen Weise, daß hierin eine aufwärtsbewegende Schlammdecke gebildet wird. Hierdurch erzielt man eine Konzentrierung des Schlamms im Behälter und gleichzeitig eine Hydrolyse des im Abwasser vorkom­ menden suspendierten Stoffs. Diese Hydrolyse bewirkt, daß schwer abbaubarer organischer Stoff zu besser abbaubarem organischen Stoff, der für die phosphorakkumulierenden Bakterien zugänglich ist, um­ gebildet wird.

Mit der letztgenannten Ausführungsform erzielt man ohne Verwendung eines separaten Hydrolysebehälters in groben Zügen dieselbe Wirkung wie bei der Verwendung einer separaten Hydrolyse­ zone.

Die anaerobe Behandlungszone kann statt dessen in mindestens zwei getrennte in Serie verbundene Teilzonen unterteilt werden. In der ersten dieser Zonen wird mit rezirkuliertem Schlamm zugeführtes Nitrat durch Umsetzung mit dem zugeführten Abwasser ent­ fernt, wodurch vermieden wird, daß anoxische Bedingungen in den nachfolgenden Zonen entstehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung, die das Strömungsschema einer Anlage zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zeigt, näher erläutert.

Abwasser wird über eine Leitung 1 in einen Behälter 2 ge­ führt, in welchem es mit rezirkuliertem Schlamm vermischt wird, der über eine Leitung 3 in den Behälter 2 geführt und in einem Zeitraum von 1 bis 4 Stunden unter anaeroben Bedingungen gehalten wird. Die nachfolgende Behandlung erfolgt in zwei Behandlungsbehältern 5 und 7, in denen das Abwasser sowohl anoxisch als auch aerob behandelt werden kann. In der dargestellten Anlage erfolgt die Behandlung in zwei Phasen, Phase 1 und Phase 2. In der Phase 1 wird das anaerob behandelte Abwasser über eine Leitung 4 in den Behandlungsbehälter 5, in welchem während einer gewissen Zeit, vorzugsweise während der gesamten Periode, anoxische Bedingungen aufrechterhalten werden, und von dort über eine Verbindungsleitung 6 in den zweiten Behand­ lungsbehälter 7 geführt, in welchem während einer gewissen Zeit, vorzugsweise der gesamten Zeit, aerobe Bedingungen aufrechterhalten werden. Vom Behälter 7 wird das Abwasser über eine Leitung 8 in einen Klärbehälter 9 geführt, an dessen Boden Schlamm entnommen wird, der über die Leitung 3 in den Behandlungsbehälter 2 rezirku­ liert wird. Vom Klärbehälter 9 wird gereinigtes Abwasser über eine Leitung 10 entnommen.

In der Phase 2 wird Abwasser aus dem Behälter 2 über eine Leitung 11 in den Behandlungsbehälter 7 geführt, in welchem jetzt anoxische Bedingungen aufrechterhalten werden, und von diesem wird es über die Verbindungsleitung 6 in den Behandlungsbehälter 5 ge­ führt, in welchem aerobe Bedingungen aufrechterhalten werden, und dann weiter über eine Leitung 12 in den Klärbehälter 9.

Beispiel

Es wurde eine Reinigungsanlage, wie die in der Zeichnung dargestellte, verwendet, wobei jedoch der Behälter 2 in drei in Serie verbundene gleich große Teilzonen unterteilt war, und das Rohabwas­ ser zusammen mit rezirkuliertem Schlamm der ersten der Reihe von diesen Teilzonen zugeführt wurde.

Der Behälter 2 hatte ein Gesamtvolumen von 200 l und war mit einem Umrührer versehen, der mit hinreichend großer Geschwin­ digkeit rotierte, um Ausfällung von Schlamm zu verhindern. Die Be­ handlungsbehälter 5 und 7 hatten jeweils ein Volumen von 830 l und waren je mit einem Umrührer ausgestattet, um eine zur Vermeidung von Ausfällung von Schlamm hinreichend starkes Umrühren sicher­ zustellen. Beide Behandlungsbehälter waren mit Düsen zum Einblasen von Luft unter Druck versehen, so daß in den aeroben Phasen eine Sauerstoffkonzentration von 2-3 mg/l im Abwasser geschaffen werden konnte. Der Klärbehälter hatte ein Volumen von 1120 l und eine Ober­ fläche von 0,18 m² und war mit einem zentralen, vertikal angeordne­ ten Einlaufrohr und einem Überlauf am oberen Rand der Behälterwan­ dung versehen. Über der Mündung des Einlaufrohres war ein Leit­ blech angeordnet, um das vertikal eintretende Abwasser gegen den Boden des Behälters zu zwingen, bevor die Strömung wieder umge­ lenkt wird, und das Wasser nach oben gegen den Überlauf strömt.

Der beschriebenen Anlage wurde Abwasser in einer Menge von 1 bis 1,2 l/min und mit einem C/N-Verhältnis von 12-13 zuge­ führt, und aus dem Klärbehälter wurde Schlamm in einer Menge von 0,5 bis 0,6 l/min rezirkuliert.

Während einer Betriebsperiode von 3 Monaten (Februar-Mai 1983) wurden bei einem Betrieb mit Phasendauern von 140 Minuten 34 Proben von Rohabwasser und gereinigtem Abwasser entnommen.

Analysen der Proben zeigten, daß durchschnittlich eine Herabsetzung des Phosphorgehaltes des Abwassers von 7 mg P/l auf 0,54 mg/PO₄-P/l mit einer Standardabweichung von ±0,33 mg/l erzielt wurde. Gleichzeitig wurde der Stickstoffgehalt von 25 mg N/l auf 0,77 mg NH₃-N/l mit einer Standardabweichung von ±0,99 mg/l und 3,2 mg NO₃-N/l mit einer Standardabweichung von ±2,5 mg/l herab­ gesetzt.

Claims (8)

1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser durch die Belebtschlammethode, wobei das Abwasser sukzessiv einer anaeroben, einer anoxischen und einer aeroben Behandlung unterworfen und darauf in eine Klärzone zum Abscheiden von Schlamm geführt wird, der rezirkuliert und mit dem Abwasser ver­ mischt wird, welches der anaeroben Behandlung zu unterwerfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe, die anoxische und die aerobe Behandlung in drei gesonderten Behältern durchgeführt werden, daß das im ersten Behälter anaerob behandelte Ab­ wasser in der einen Behandlungsperiode zum zweiten und in der darauffolgenden Behandlungsperiode zum dritten Behälter geführt wird und dort jeweils anoxisch behandelt wird, und daß das Abwasser nach der anoxischen Behandlung in den nicht mit dem er­ sten Behälter verbundenen, unter aeroben Bedingungen arbeitenden Behälter weitergeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abwasser während sowohl der anoxischen als auch der aeroben Behandlung aus den jeweiligen Behandlungs­ zonen entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm durchschnittlich mindestens zwei Stunden in der Klärzone gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerobe Behandlung in mindestens zwei ge­ trennten, in Serie verbundenen Teilzonen durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Schlamms in eine Vorbehandlungszone rezirkuliert wird, welcher Abwasser zugeführt wird, und aus welcher Abwasser in die anaerobe Behandlungs­ zone geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Vorbehandlungszone Schlamm entnommen wird und in die anaerobe Behandlungszone geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Schlamms in eine separate Hydrolyse­ zone rezirkuliert wird, in die auch abgesetzter Schlamm aus einer Vorbehandlungszone geführt wird, und daß das Schlammgemisch von dort in die anaerobe Behandlungs­ zone geführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rezirkulierte Schlamm dem untersten Teil der anaeroben Behandlungszone zugeführt wird und zwar so, daß hierin eine Aufwärtsbewegung statt­ findet.