DE4308159A1

DE4308159A1 - Verfahren zum Abbau der CSB-Belastung in Abwasser

Info

Publication number: DE4308159A1
Application number: DE19934308159
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Strohmeier; Conrad Dr Ing Hubele; Jean-Marie Rovel
Original assignee: PHILIPP MUELLER GmbH
Current assignee: PHILIPP MUELLER GmbH
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1993-03-15
Publication date: 1994-09-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau der CSB- Belastung in Abwasser, bei dem mindestens ein biologischer Filter vorgesehen ist, der sowohl eine chemisch- physikalische als auch eine biologische Reinigung bewirkt.

Der Abwasserreinigungsprozeß kann entweder klassisch, d. h. mit einer einstufigen Belebung mit einer Bemessung nach dem Arbeitsblatt A 131 der abwassertechnischen Vereinigung (ATV) oder zweistufig, d. h. mit einem nachgeschalteten biologischen Filter, durchgeführt werden. In beiden Fällen kommt es oft vor, daß aufgrund von Industrieeinflüssen oder von Bedingungen, die an der Struktur des Einzugsgebietes liegen, der wasserlösliche CSB-Anteil erhöht ist. Hinzu kommt, daß das bei der separaten Schlammbehandlung anfallende Trübwasser, das der Kläranlage wieder zugeführt wird, auch noch CSB enthält, wodurch die CSB-Belastung im Zulauf noch weiter erhöht wird.

Überschreitet die CSB-Belastung eine gewisse Schwelle, kann sie nicht mehr eliminiert werden, weil zum einen die Abbaukapazität der Filter erschöpft ist und zum anderen die CSB-abbauenden Mikroorganismen nur bei Schwachlast, d. h. bei relativ geringer CSB-Belastung, aktiv sind.

Die maximal zulässige CSB-Konzentration im Ablauf ist in den gesetzlichen Mindestanforderungen als 75 mg CSB/l definiert. Mit ein- oder zweistufigen Kläranlagen erreicht man bei Schwachlast je nach Beschaffenheit des Abwassers Ablaufwerte von 60-70 mg CSB/l. Die regionalen Überwachungsbehörden können aber, z. B. wenn die Gewässerbelastung besonders hoch ist, die Mindestanforderung noch weiter herabsetzen. Zur Erfüllung dieser Mindestanforderung kann im Klarwasserablauf am Ende der Kläranlage ein Aktivkohlefilter zugeschaltet werden, der die gelösten CSB-Anteile auf adsorptivem Wege in ihrer Konzentration erniedrigt. Alternativ kann Pulverkohle, zum Beispiel in Anschwemmfiltern eingesetzt werden. Durch die begrenzte Adsorptionskapazität der Aktivkohle für CSB führt dieser jedoch zu häufiger Regeneration bzw. hohen Dosiermengen an Pulverkohle und damit zu erheblichen Betriebskosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der o.g. Art so zu verbessern, daß die CSB-Belastung auch bei einer erhöhten CSB-Fracht im Zulauf schon innerhalb der biologischen Aufbereitungsstufen zuverlässig und kostengünstiger auf unter 60 mg CSB/l reduziert wird.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß vor den biologischen Filter ein Oxidationsschritt geschaltet ist, bei dem das Abwasser mit einem Oxidationsmittel behandelt wird. Das Oxidationsmittel ist bevorzugt Ozon, aber auch Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist geeignet.

Die Oxidation hat zwei Wirkungen. Einerseits führt sie zu einem direkten Abbau der CSB-Belastung je nach Dosierung um etwa 10 bis 50%. Der verbleibende CSB wird andererseits insbesondere durch das äußerst reaktive Ozon, das ein starkes Oxidationsmittel ist, in seiner Struktur verändert, aufgeschlossen und so für Mikroorganismen leichter abbaubar. Die chemische Veränderung des CSB führt außerdem dazu, daß sein eventuell hemmender Einfluß auf den Stoffwechsel der CSB-abbauenden Mikroorganismen beseitigt werden kann. Der biologische Filter muß belüftet sein, wenn im Zulauf nicht genügend Restsauerstoff aus der Oxidation enthalten ist, um den CSB-Abbau zu gewährleisten. Durch die Kopplung der Oxidation an eine nachgeschaltete biologische Filtration wird der in seiner Struktur veränderte CSB von den auf dem Filtermaterial immobilisierten Mikroorganismen also zuverlässiger und effektiver abgebaut.

Die zusätzliche Reinigungsstufe in Form der Oxidation ist an beliebiger Stelle in den normalen Lauf der Kläranlage integriert und kostengünstiger als z. B. ein Aktivkohlefilter. Es wird nämlich kein vollständiger Abbau des CSB durch Ozon oder H₂O₂ verlangt, was große Mengen dieser ebenfalls nicht billigen Substanzen erfordern würde, sondern nur gerade soviel, um eine Teiloxidation zu erreichen und die biologische Abbaubarkeit zu verbessern. Ein weiterer Vorteil der Oxidation ist, daß keinerlei Reststoffe in Form von Schlämmen etc. anfallen, bzw. keine aufwendigen Maßnahmen zur Luftreinhaltung, wie bei der therminischen Regeneration von Aktivkohle erforderlich sind. Darüber hinaus führt die Oxidation zu weiteren Effekten, die die Abwasserqualität verbessern bzw. die Aufbereitung erleichtern. Insbesondere sind hier zu nennen: Entfärbung, Desinfektion, und Mikroflockung.

Vorteilhafterweise erfolgt der Oxidationsschritt in einer Begasungskammer, im einer Teilstromführung oder, wenn Ozon verwendet wird in einem Tiefreaktor. Der Tiefreaktor hat den Vorteil, daß er eine sehr gute Reaktionsführung aufgrund einer fast idealen Pfropfenströmung gewährleistet. Dadurch kann man mit einem geringeren Reaktionsvolumen arbeiten. Der Stoffübergang des Ozons beträgt mehr als 95%.

Die spezifische Ozondosis beträgt vorteilhafterweise 0,5 bis 1,5 mg O₃/mg DOC, insbesondere 0,7 mg O₃/mg DOC. Höhere Dosen sind selbstverständlich ebenfalls möglich.

Das Ozon wird bevorzugt in an sich bekannter Weise in einer Ozonisatorröhre durch stille elektrische Entladung im Mittelfrequenzbereich erzeugt. Daraus resultiert eine hohe spezifische Ozonproduktion schon bei relativ niedrigen Spannungen, z. B. 9 kV. Dadurch sind auch keine Durchschläge zu befürchten, d. h. die Lebensdauer der Ozonisatorröhre ist relativ hoch. Eine solche Vorrichtung hat einen geringen spezifischen Energiebedarf und ermöglicht eine kompakte Bauweise.

Besonders günstig ist es, Ozon aus technischem Sauerstoff zu erzeugen, der durch fraktionierte Destillation verflüssigter Luft hergestellt wird. Man erhält in der Regel 6 Vol-% Ozon; maximal sind etwa 8 Vol-% Ozon erreichbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Begasungskammer 12 und einen an deren Ablauf 15 gekoppelten biologischen Filter 17, der so gesteuert ist, daß die dort immobilisierten Mikroorganismen aerob NH₄-N zu NO₃-N umsetzen und Kohlenstoffverbindungen abbauen. Die Begasungskammer 12 und der biologische Filter 17 sind Teil einer zweistufigen biologischen Kläranlage, wobei der biologische Filter 17 zu einer zweiten biologischen Reinigungsstufe gehört, die einer ersten biologischen Reinigungsstufe oder Belebungsstufe nachgeschaltet ist. Es versteht sich von selbst, daß die Begasungskammer 12 in eine beliebige biologische Reinigungsstufe integriert werden kann.

Die Begasungskammer 12 hat einen Zulauf 11 und einen Ablauf 15 für das Abwasser. Sie ist durch eine vertikale Trennwand 30, die nicht ganz bis auf den Boden reicht, in zwei Kammern 31, 32 unterteilt. In die dem Zulauf 11 benachbarte Kammer 31 mündet eine Ozonzufuhr 13, die von einem nicht gezeigten Ozonneur kommt und sich in einem oder mehreren Verteilsträngen 14 fortsetzt, welche poröse Begasungskörper 14′ tragen.

Im biologischen Filter 17 ist ein körniges Filtermaterial 22 auf einer etwa 30 cm hohen Stützkiesschicht 21 etwa 3 m hoch aufgeschüttet. Die Stützkiesschicht liegt ihrerseits auf einem Düsenboden 18, in den Spülluftdüsen 19 eingelassen sind. Unter dem Düsenboden 18 befinden sich ein Abwasserzulauf 16 und eine Spülluftzufuhr 20. In den Abwasserzulauf 16 mündet ein Spülwasserzulauf 27, der über eine Spülwasserpumpe 28 mit Spülwasser für die Rückspülung des biologischen Filters beschickt wird. In die Stützkiesschicht 21 ist ein Prozeßluftverteiler 23 mit Prozeßluftdüsen 24 eingebettet. In den Prozeßluftverteiler 23 mündet eine Prozeßluftzufuhr 25. Am oberen Ende des biologischen Filters befinden sich ein Ablauf 26 für das Klarwasser und ein Spülwasserablauf 29.

Das Abwasser gelangt durch den Zulauf 11 in die Kammer 31 der Begasungskammer 12, strömt entlang der Trennwand 30 nach unten, gelangt in die Kammer 32 und strömt dort nach oben zum Ablauf 15. Am Boden der Kammer 31 wird das Abwasser mit dem Ozon versetzt, das aus den Begasungskörpern 14′ austritt und in der Kammer 31 aufsteigt. Abwasser und Ozon befinden sich also im Gegenstrom. Die Kammer 32 dient als Nachreaktionsbehälter, in dem langsamer ablaufende Reaktionen zwischen dem gelösten Ozon und dem organischen Wasserinhaltsstoff ablaufen.

Das mit dem Ozon behandelte Abwasser gelangt nun durch den Zulauf 16 in den biologischen Filter 17. Dort tritt es durch den Düsenboden 18 in das Filtermaterial 22 und gelangt am oberen Ende des biologischen Filters schließlich in dessen Ablauf 26. Währenddessen wird der biologische Filter 17 über den Prozeßluftverteiler 23 belüftet. Im biologischen Filter wird die Kohlenstoffbelastung des zulaufenden Abwassers einmal biologisch durch die auf dem Filtermaterial 22 immobilisierten Mikroorganismen und zum anderen durch den Rückhalteeffekt für suspendierte Stoffe des Filtermaterials 22 abgebaut.

Als sehr wirkungsvoll für den direkten Abbau bei einer Zulaufkonzentration von 35 mg/l CSB gelöst hat sich eine spezifische Ozondosis von 0,7 mg 03/ mg DOC bei 6 g O₃/m³ erwiesen. Bei einer Reaktionstemperatur von 12°C, einem pH von 7,1 und einer Ozonungsdauer von 28 min beobachtet man eine CSB_gesamt-Abbauleistung von etwa 40% und eine CSB_gelöst- Abbauleistung von etwa 30% allein durch die Ozonierung. Die Veränderung der CSB-Struktur wird durch die Abnahme der UV- Absorption der Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf 15 belegt. Diese Beobachtung deutet auf eine Verringerung der Zahl konjugierten Doppelbindungen und der Ringsysteme in den betreffenden organischen Verbindungen hin.

Im Ablauf 26 des biologischen Filters 17 beobachtet man eine weitere Verringerung der Kohlenstoffbelastung, die größer ist als bei biologischen Filtern ohne vorgeschaltete Ozonierung und unter 40 mg/l liegt.

Bezugszeichenliste

10 Abwasserreinigungsanlage
11 Zulauf von 12
12 Begasungskammer
13 Ozonzufuhr
14 Verteilstrang
14′ Begasungskörper
15 Ablauf von 12
16 Zulauf des biologischen Filters
17 biologischer Filter
18 Düsenboden
19 Spülluftdüsen
20 Spülluftzufuhr
21 Stützkiesschicht
22 Filtermaterial
23 Prozeßluftverteiler
24 Prozeßluftdüsen
25 Prozeßluftzufuhr
26 Ablauf des Bioreaktors
27 Spülwasserzulauf
28 Spülwasserpumpe
29 Spülwasserablauf
30 Trennwand
31 Kammer
32 Kammer

Claims

1. Verfahren zum Abbau der CSB-Belastung in Abwasser, bei dem mindestens ein biologischer Filter (17) vorgesehen ist, der sowohl eine chemisch-physikalische als auch eine biologische Reinigung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß vor den biologischen Filter (17) ein Oxidationsschritt geschaltet ist, bei dem das Abwasser in einem Reaktionsgefäß (12) mit einem Oxidationsmittel behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel Ozon oder Wasserstoffperoxid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß (12) eine Begasungskammer, eine Teilstromführung oder ein Tiefreaktor ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Ozondosis 0,5 bis 1,5 mg O₃/mg DOC beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ozon im Mittelfrequenzbereich und/oder aus technischem Sauerstoff erzeugt wird.