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EP4090634A1 - Verfahren und system zur biologischen behandlung von hochkonzentriertem abwasser - Google Patents

Verfahren und system zur biologischen behandlung von hochkonzentriertem abwasser

Info

Publication number
EP4090634A1
EP4090634A1 EP21717510.8A EP21717510A EP4090634A1 EP 4090634 A1 EP4090634 A1 EP 4090634A1 EP 21717510 A EP21717510 A EP 21717510A EP 4090634 A1 EP4090634 A1 EP 4090634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wastewater
process environment
biological
container
aerobic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21717510.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David DIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bluetector Ag
Original Assignee
Bluetector Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from EP20191282.1A external-priority patent/EP3851418A1/de
Application filed by Bluetector Ag filed Critical Bluetector Ag
Publication of EP4090634A1 publication Critical patent/EP4090634A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C02F3/302—Nitrification and denitrification treatment
    • C02F3/307—Nitrification and denitrification treatment characterised by direct conversion of nitrite to molecular nitrogen, e.g. by using the Anammox process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
    • C02F3/1242—Small compact installations for use in homes, apartment blocks, hotels or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/16—Nitrogen compounds, e.g. ammonia
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/005—Black water originating from toilets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2103/20—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from animal husbandry
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2209/22—O2
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    • C02F2209/42—Liquid level
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    • C02F2301/04—Flow arrangements
    • C02F2301/046—Recirculation with an external loop
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/24—Separation of coarse particles, e.g. by using sieves or screens
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • Highly concentrated wastewater from connection-free sanitary cubicles has the following characteristics. It has a high proportion of solids, including coarse solids such as glass, metal, stones and / or textiles.
  • Highly concentrated wastewater has an extremely high concentration of nitrogen, an average of 2,000-4,000 mg / l. This value is approx. 40-80 times higher than the usual inflow of wastewater into a municipal sewage treatment plant.
  • Such high nitrogen values are normally toxic for biological, municipal wastewater treatment. They override the normal clarification process of a municipal sewage treatment plant. It is therefore, especially often, forbidden to discharge such highly concentrated wastewater untreated to a municipal sewage treatment plant. Municipal sewage treatment plants therefore generally do not accept such highly concentrated wastewater at all.
  • the highly concentrated wastewater has an average extremely high, basic pH value of approx. 8.5 - 9.0, with a very high acid capacity, which also makes it difficult to lower the pH value. With such high pH values, biological wastewater treatment is very difficult or even impossible.
  • the object is to provide a method and a system for biological treatment, in particular for the removal of nutrients from, in particular highly concentrated, wastewater from agricultural production, fermentation residues or from connection-free sanitary cabins of the type designated, which enable effective biological treatment of the wastewater.
  • a method for the biological treatment of highly concentrated wastewater is described here, in particular with extremely high nitrogen and phosphorus concentration, in particular from agricultural production or from connection-free sanitary cabins, with wastewater being passed through at least one single-stage solid separation device that is separated from it Wastewater is passed into a biological, liquid process environment, the wastewater is treated in the biological process environment, the wastewater is passed through an anaerobic, anoxic and an aerobic process environment and is clarified in a secondary clarifier, with at least part of the activated sludge in the biological Process environment is fed back and a part is discharged as process water.
  • the anaerobic process environment leads to hydrolysis.
  • a recirculating living sludge promotes hydrolysis.
  • the hydrolysis breaks down products such as short-chain, dissolved substances such as sugar, alcohol and organic acids.
  • an anaerobic environment is free of molecular oxygen. Thus, there is no dissolved oxygen. Organisms do not need free oxygen for their metabolism.
  • Anaerobic cleaning is used for heavily polluted wastewater, especially for reasons of energy saving.
  • An anaerobic digestion process produces biogas, a mixture of methane and carbon dioxide and a small amount of residual gas that can be used for heating under certain circumstances.
  • nitrates for denitrification.
  • Denitrification describes a process for the breakdown of nitrate into molecular nitrogen by special microorganisms. Due to redox potential, one or only limited dissolved oxygen is sufficient. Microorganisms selectively reduce nitrate through enzymatic activities to molecular nitrogen in anoxic ambient conditions. So there is no freely dissolved oxygen in an anoxic environment.
  • inorganic compounds are converted into nitrogen gas through a biological process and returned to the nitrogen cycle of the atmosphere.
  • oxygen is present in dissolved form.
  • Living sludge is produced here.
  • the activated sludge process the organic load is broken down in dissolved form by aerobic microorganisms.
  • the microorganisms include bacteria, unicellular, sometimes multicellular algae, fungi, yeasts and protozoa.
  • the aeration basin is extensively ventilated for an aerobic process environment. In all three basins and containers, the wastewater is preferably moved with rotors or agitators, especially arranged in a horizontal direction, in order to keep living sludge in suspension.
  • Process water that has been cleaned by sedimentation is drained off in a secondary clarifier. Sludge from the bottom of the secondary clarifier is recirculated to the biological process environment as activated sludge. Excess sludge is discharged to the solids separation device.
  • the wastewater is alternately subjected to the at least three biological process environments until purified process water can be drained off.
  • the method and a corresponding system with devices for agricultural operations, fermentation residues or for collection points of highly concentrated wastewater from connection-free sanitary cabins can be implemented in a compact manner.
  • part of the activated sludge is recirculated into the anaerobic process environment.
  • the degradation conditions are improved by means of anaerobic organisms that live without free oxygen and gain energy without the presence of oxygen through incomplete degradation processes.
  • part of the living sludge from the secondary clarification device is re-circulated into the anoxic process environment.
  • the anoxic process environment is used for denitrification as well as for anammox.
  • Anammox is anaerobic ammonium oxidation without oxygen.
  • Ammonium NH4 + with oxygen 02 and nitrite N02- is oxidized in an anaerobic and anoxic process environment to nitrogen N2 and nitrate N03- in an anamox process.
  • ammonium NH 4 + is proportioned with nitrite N0 2 under anaerobic conditions to form molecular nitrogen N 2 and water 2 H 2 O in a redox reaction.
  • the anaerobic ammonium oxidation is initiated by specific bacteria such as Candidatus Brocadia Anammoxidans or bacteria such as Kuenenia stuttgartiensis and Scalindua sorokinii. It is also known that Candidatus Methanoperedens nitroreducens - an archaea from the order of the Methanosarcinales - carries out anaerobic methane oxidation. Two microorganisms can thus convert ammonium, methane and nitrate from wastewater into elementary, molecular nitrogen and carbon dioxide. Brocadia anammoxidans needed does not use oxygen and also uses the greenhouse gas carbon dioxide. Due to the lack of energy required for ventilation, considerable energy is saved by approx. 10%, as well as a reduction in carbon dioxide emissions of up to 90%. It would also be possible to oxidize ammonium using anodes as a bioelectrical system for realizing a microbiological fuel cell.
  • nitrate N0 3 In nitrification, in a bacterial oxidation from ammonia or ammonium ions in two sub-processes, nitrate N0 3 .
  • Part of the activated sludge from the biological process environment is preferably recirculated into the storage tank via the secondary clarification device. This promotes the process of hydrolysis and acidification of the wastewater and the storage tank can also be used as an anaerobic basin. This means that anaerobic containers can also be saved.
  • the wastewater is clarified in batches in the biological process environment.
  • bioaugmentation in particular by means of a controllable bioaugmentation device, with specific, defined microorganisms that are present in the aerobic tank at an oxygen content of approx. 0.5% nitrify, which is added directly to the process in the storage tank, in the anaerobic, anoxic process environment and in particular in the secondary clarification device for secondary clarification.
  • the performance of the method and system described below is aided by the application of the bioaugmentation device and technology external to the containers.
  • This is achieved by adding specialized microbial species with unique properties in terms of their metabolic activities.
  • these special bacterial cultures are characterized by a rich hydrolytic enzyme potential, which is used to break down the difficult-to-handle organic macromolecules of the wastewater into less complex substrates, which are then oxidized as easily biodegradable organic material.
  • the increased ammonia content in the incoming wastewater which inhibits bacterial growth in particular, is alleviated through the use of specialized nitrifying bacteria. Pollutants are removed by a group of bacterial cultures using their facultative metabolism under non-oxygenated conditions, resulting in lower energy consumption for ventilation purposes throughout the process.
  • the increased ammonia content is caused by specialized, nitrifying Bacteria that oxidize ammonia nitrogen to nitrate are mitigated, the nitrate then being denitrified, whereby certain nutrients are used as the main components of the bioaugmentation bacterial cultures to support microbial growth and various microbial species, most of which belong to the genus Bacillus, in particular non-pathogenic, the specific microorganisms, in particular Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefacien being.
  • the Bacillus subtilis and Bacillus amyloliquefacien are each a gram-positive, rod-shaped, flagellated soil bacterium.
  • B. subtilis is a facultative aerobically growing endospore former.
  • the specific, defined microorganisms are also facultative anaerobes and / or facultative aerobes and obligate anaerobes.
  • Facultative anaerobes are organisms that can operate an anaerobic metabolism, but can use it in the presence of oxygen, i.e. can grow under both anoxic and oxic conditions, e.g. Paracoccus denitrificans, E. coli.
  • the optional aerobic and obligatory anaerobic Desulfuromonadales are also preferred.
  • a preferred method thus comprises that the biological treatment is supported by a specific bioaugmentation, in particular by means of a controllable bioaugmentation device, with specific, defined microorganisms with a rich hydrolytic enzyme potential, by means of which difficult-to-treat organic macromolecules of the wastewater into less complex Molecules are broken down and then oxidized into easily biodegradable organic molecules, with fa cultative aerobes and obligate anaerobes, in particular desulfuromonadales, being used as specific, defined microorganisms, which nitrify in the aerobic tank at an oxygen content of approx.
  • the specific, defined microorganisms are facultative anaerobes and / or facultative aerobes and obligate anaerobes. Facultative anaerobes are or- Organisms that can operate an anaerobic metabolism, but can also use O2 in the presence of oxygen, i.e. can grow under both anoxic and oxic conditions, e.g. Paracoccus denitrificans, E. coli.
  • the optional aerobic and obligatory anaerobic Desulfuromonadales are also preferred. This means that a flocculant is no longer necessary.
  • Bio augmentation is the introduction of microorganisms in order to create a culture of bacteria and organisms. The organism culture treats highly concentrated wastewater more efficiently. Bioaugmentation is continued continuously, since the microorganisms do not multiply by themselves, in particular not sufficiently enough. Compared to conventional bacteria, the specific bacteria for bioaugmentation cannot prevail in such a way that they have to be updated continuously.
  • the wastewater is by means of
  • Membrane filtration clarified the clarification device being designed as a membrane filtration device.
  • excess sludge is preferably removed from the biological process environment, from the secondary clarifier, especially after recirculation with the single-stage solids separation device, in particular with a high proportion of phosphorus. Furthermore, due to the specific biological bacteria, no chemicals and precipitants are necessary.
  • the wastewater in the biological process environment is carried out alternately in at least one basin or container, in particular in a flow channel for denitrification and nitrification.
  • the wastewater is clarified with at least two basins one after the other, with a first anoxic basin and a second aerobic basin, in particular with a first anoxic basin section and a second aerobic basin section, or the waste water in the container is treated intermittently anoxically and aerobically.
  • An endless sewer with an endless loop has the advantage that denitrification and nitrification processes affect the wastewater for treatment more quickly.
  • the template container is used as an anaerobic basin and as part of the biological treatment.
  • parts of activated sludge and equal parts of water are successively mixed with fractions of highly concentrated wastewater at the beginning of a treatment, and parts of all of the aforementioned three parts, ie activated sludge, water and fractions of highly concentrated Wastewater, added and added successively in the same time segments, and thus the volume of the waste water to be clarified is successively increased per time segment.
  • the cleaning process is gradually started up with a suitable, properly weighed mixture and the process is maintained.
  • a biology is thus created with which the volume for treating the highly concentrated wastewater is gradually increased and the proportions are essentially kept the same, so that the highly concentrated wastewater is clarified efficiently and with a larger volume over longer periods of time. Due to the extremely high nitrogen concentration of the wastewater, only so much of the mixture may be passed into the biology that the pH value always remains within a range of 6.5-8.0 during the biological process, otherwise the biological process of nitrification and denitrification is interrupted.
  • the anoxic part of the treatment is mainly used for denitrification and anammox.
  • a balance in the biological process environment in particular in the anaerobic and anoxic process environment, between a pH value of 6.0 (slightly acidic) to 8 (slightly basic) is achieved through the interplay of highly concentrated, Strongly alkaline wastewater with a very high acid capacity, an acidic activated sludge and an acidic, biological process environment with a control of the aerobic air supply in the aerobic process environment based on the pH value of the wastewater from the aerobic process environment is monitored and maintained.
  • the method is thus a self-contained process system.
  • activated sludge from the secondary clarifier is also preferred , in particular from the biological process environment is recirculated into the storage tank.
  • excess sludge from the biological aerobic process environment and from the secondary clarification device, in particular a membrane device, is fed to the solids separation device.
  • the treatment of wastewater is kept compact.
  • the clarified process wastewater is checked for the quality of the clarification.
  • a recirculation line for activated sludge is formed from the secondary clarification device to the container of the biological anoxic process environment.
  • a recirculation line for activated sludge is formed from the secondary clarification device to the container of the biological anaerobic process environment, with a storage tank located in the line flow of the wastewater for the presentation of the highly concentrated wastewater to be clarified after the solid separation device.
  • the device is further preferably designed with a recirculation line for activated sludge from the secondary clarification device to the storage tank.
  • the system is designed in such a way that a method described above can be carried out.
  • the secondary clarifier is designed as a membrane activation and filtration MBR tank.
  • the device preferably comprises a storage program.
  • mbare- (SPS) control which with sensors arranged in the aerobic container for Online measurement of pH value, dissolved oxygen content, ammonium and nickel content and solids concentration content, with level sensors in the containers and with an online redox measuring device located in the anoxic container for measuring the reduction potential, and which is connected to actuators , which pump activated sludge via recirculation lines from the secondary clarifier into the aerobic and / or into the anoxic container and / or into the storage container, with devices as actuators controlling an air intake with air diffusers in the aerobic container, and circulation devices as actuators to move the wastewater in the containers and Pumps as actuators convey the wastewater through the individual containers in the river.
  • SPS mbare-
  • containers for the biological process environment in particular cylindrical
  • the container for the anaerobic process environment being designed in a centered manner and concentrically ring-shaped or semi-ring-shaped containers, in particular from the inside to the outside, are designed for an anoxic process environment and an aerobic process environment.
  • Advantages of the centered cylinder for an anaerobic process environment are the implementation of a continuous, one-step process, so that wastewater continuously flows in and process water is passed on into the anoxic container 3b.
  • the external process processes in the outer, surrounding ring of the anoxic process environment and aerobic process environment 3b and 3c generate heat and thus supply process heat to the centered anaerobic process environment 3a.
  • the container is made of concrete, in particular with a cover made of concrete, the bottom of the container is inclined to an outlet, the cover has openings for cleaning, at least one cuboid container with devices for control and before - and clarification is arranged.
  • the method and the system can advantageously be supplemented, comprising a dialysis unit with a dialysis stage that removes contaminants, such as potassium, and a re-concentration stage for the dialysate, in the form of a continuous cycle process that removes contaminants from the dialysate , especially potassium, is re-concentrated.
  • a dialysis unit with a dialysis stage that removes contaminants, such as potassium
  • a re-concentration stage for the dialysate in the form of a continuous cycle process that removes contaminants from the dialysate , especially potassium, is re-concentrated.
  • the method is preferably developed as follows in order to eliminate potassium from the process water, after cleaning by the biological processes environment and the secondary clarification, the process water is fed into a dialysis unit, concentrate substances, in particular potassium, are extracted from the process water with a fresh dialysate and a dialysis membrane and the used dialysate is re-concentrated to fresh dialysate.
  • a computer program product is described which can be loaded into a memory of an above-described PLC controller of the above-described device and with which an above-described method for maintaining a balance of the pH value between 6.0 and 8.0 in the biological process environment, in particular in wastewater from the aerobic process environment, can be executed.
  • no acid and no alkaline solutions are necessary as additives in order to keep the treatment process in the running process.
  • Anammox is an acronym derived from the words Anaerobic Ammonium-
  • Anaerobic ammonium oxidation is a biological process from the area of the nitrogen cycle.
  • anaerobic ammonium oxidation is an oxidation process that takes place without oxygen (anaerobic).
  • Ammonium (NH4 +) is synproportionated with nitrite (N02-) under anaerobic conditions to form molecular nitrogen (N2):
  • the [fig.l] shows schematically a system 100 and a method for the biological treatment of wastewater 200 with extremely high nitrogen and phosphorus concentrations, in particular wastewater 200 from agricultural production, such as liquid manure and fermentation residues or wastewater 200 from toilet cubicles without connection .
  • Highly concentrated wastewater 200 is passed through process steps in an automated manner and initially fed to at least one single-stage solids separation device 1. Coarse solids and some of the finer solids are thus retained in order to prevent the following pumps and pipelines from being blocked. Too many fine solids impair the oxygen input in biology.
  • the highly concentrated wastewater is separated into solids 12 for agriculture or for combustion and the liquid, highly concentrated wastewater 210 is fed into a storage container 2 and temporarily stored there.
  • the storage container 2 comprises a circulation device 221 in order to support and mix the highly concentrated wastewater 210 in the process.
  • the circulating device 221 is therefore an agitator.
  • processes of anaerobic clarification can already be activated to support the process, which is triggered by feeding activated sludge 400 from a secondary clarification device 4 via a recirculation line 6.
  • activated sludge 400 from a secondary clarification device 4 via a recirculation line 6.
  • this is preferably carried out in two different process reactors.
  • the anaerobic process takes place in four phases.
  • the first phase is hydrolysis, in which long-chain, often undissolved substances such as proteins, fats and carbohydrates are dissolved and converted into fragments such as amino acids, fatty acids and sugar.
  • acid-forming microorganisms convert the hydrolyzed substances into short-chain organic acids, e.g. butyric acid, propionic acid and acetic acid. Hydrogen and carbon dioxide can be produced in small quantities.
  • the parameters for this are a temperature range between 25 ° and 35 °, with a pH value between 5.2 and 6.3 being generated.
  • the third and fourth phases are preferably in a further container 3a of a biological process environment 30.
  • the now acidified wastewater 220 flows into the container 3a for the anaerobic process environment.
  • the third and fourth phases can run independently.
  • acetic acid is formed from the preformed acids and alcohols.
  • methane bacteria arise, which are fed, for example, through the activated sludge 400 from the secondary clarification device 4 via a recirculation line 51 into the container 3a for the anaerobic process environment. Methane bacteria then produce methane from hydrogen, carbon dioxide and acetic acid. It goes without saying that all four phases can take place in a single container 3a as a reactor. Due to the different environmental conditions with regard to pH value and temperature, namely the first and second or third and fourth phase at a pH value between 6.7 and 7.5 and a higher temperature between 35 ° and 60 °, it is necessary to improve the Degradation is advantageous if these run in two different containers, for example 2, 3. An agitator or a circulating device 233 ensures homogeneous mixing of the highly concentrated wastewater 230 for its anaerobic process operations.
  • the highly concentrated wastewater 230 is preferably transferred from the biologically anaerobic process environment into the anoxic process environment 3b.
  • Metalloenzymes, nitrate reductase and nitrite reductase, nitrogen monoxide reductase and nitrogen monoxide reductase are used for catalysis. Since the individual process steps of denitrification are positive, nitrate is used as an electron acceptor (oxidizing agent) for your oxidative energy metabolism (oxidative phosphor elimination) when no or only limited molecular oxygen is available.
  • the highly concentrated wastewater 231, which has now been denitrified, is fed into the aerobic process environment 3c via a line 1.
  • a circulation device 234 supports the circulation in the anoxic process container 3b.
  • An air introduction device 235 with air diffusers for injecting air is formed in the aerobic process container 3c, so that nitrification with oxygen takes place.
  • nitrified wastewater 232 is then passed on through line 2 into a secondary clarification device 4.
  • wastewater in the form of activated sludge 400 is returned to the biological process environment 30 and thus passed through several times until clear water is created from the process water 240, which is diverted from the secondary clarifier 4.
  • Activated sludge 400 is passed from secondary clarification device 4 to storage tank 2 via line 6. It goes without saying that pumps and circulating devices for conveying the activated sludge 400 and the wastewater 200, 210, 220, 230, 231, 232 from a programmable logic controller 15 with a memory 16 built into the SPS controller 15 is to be controlled, so that before given methods are carried out according to a specific algorithm.
  • a bioaugmentation device 7 is furthermore preferably provided, which feeds microbacteria into the secondary clarification device 4 via a line 8. Via a line 9 with line branches 91 and 92, microbacteria are fed from the bioaugmentation device 7 to the container 3a of the anaerobic process environment and to the container 3b of the anoxic process environment. Microbacteria and microorganisms are fed from the bio-augmentation device 7 to the storage container 2 via a line 10.
  • the process environment is fed to the solids separation device 1 and excess sludge 112 is passed from the secondary clarification device 4 to the solids separation device 1 via the line 11.
  • the [fig.1] shows after the cleaning by the biological process environment and the secondary clarification in the after the secondary clarification device 4 that the process water is passed into a dialysis unit 45, concentrates or protective substances 48, in particular potassium, from the process water a fresh dialysate 46 and a dialysis membrane 47 are pulled out and the used dialysate 48 is re-concentrated to fresh dialysate 46.
  • the [fig. 2] shows the system 100 known from [fig. 1] with additionally shown, arranged pumps as an air inlet device 235 for the air inlet and for the onward transport of the wastewater 232, here in particular for the treatment of a fermentation residue treatment device.
  • FIG. 2 also shows that a redox sensor 32 is provided in the anoxic container 3b and four different DO (dissolved oxygen) sensors 32-37, TS-IPH / T 34 in the aerobic container 3c are provided in order to determine the wastewater in more detail and thus control the inflow to the anaerobic container 3a from the Vorla container, as well as activated sludge via the line branches 51 and the supply of microorganisms via the line branches 91 of the bioaugmentation device 7.
  • the sensors 32-37 for measuring devices can also be arranged behind the aerobic container 3c in front of the final clarification device 4.
  • the final clarification device 4 can be designed in different ways.
  • the final clarification device 4 is preferably designed as a so-called MBR tank with a membrane filtration device.
  • a further container 14 is provided after the MBR tank for sedimentation.
  • the final clarification device 4 comprises two level sensors 41-42 for successive control of the feed pump. [0073] [FIG. 3] to 10 show different views of the system according to the invention for

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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur biologischen Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser beschrieben, insbesondere mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphorkonzentration, insbesondere aus landwirtschaftlicher Produktion oder aus anschlussfreien Sanitärkabinen, wobei Abwasserdurch eine mindestens einstufige Feststoffabtrennvorrichtung geleitet wird, das davon getrennte Abwasser in eine biologische, flüssige Prozessumgebung geleitet wird, das Abwasser in der biologischen Prozessumgebung zumindest zu Belebtschlamm und Prozesswasser geklärt wird, das Abwasser durch eine anaerobe, anoxische und eine aerobe Prozessumgebung geleitet wird und in einer Nachklärvorrichtung nachgeklärt wird, wobei zumindest ein Teil des Belebtschlamms in die biologische Prozessumgebung zurückgeführt wird und ein Teil als Reinwasser abgeleitet wird.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Verfahren und System zur biologischen Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser Technisches Gebiet
[0001] Hier wird ein Verfahren und ein System zur biologischen Behandlung, insbesondere zum Nährstoffentzug, von hochkonzentriertem Abwasser, insbesondere mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphorkonzentration, insbesondere aus landwirtschaftlicher Produktion, Gärresten oder aus anschlussfreien Sanitärkabinen beschrieben.
Stand der Technik
[0002] Hochkonzentriertes Abwasser aus anschlussfreien Sanitärkabinen weist folgende Charakteristika auf. Es hat einen hohen Anteil an Feststoffen, darunter auch grobe Feststoffe wie Glas, Metall, Steine und/oder Textilien.
[0003] Hochkonzentriertes Abwasser hat eine extrem hohe Konzentration von Stickstoff, durchschnittlich 2Ό00 - 4Ό00 mg/1. Dieser Wert ist ca. 40-80x höher als der ge wöhnliche Zulauf von Abwasser in eine kommunale Kläranlage. Solche hohen Stick stoffwerte sind normalerweise toxisch für eine biologische, kommunale Abwasserbe handlung. Sie setzen den normale Klärungsprozess einer kommunalen Kläranlage außer Kraft. Deshalb ist es, insbesondere häufig, verboten derartig hochkonzentriertes Abwasser ungeklärt an eine kommunale Kläranlage abzugeben. Kommunale Kläranlagen nehmen in der Regel deshalb solch hochkonzentriertes Abwasser überhaupt gar nicht an.
[0004] Ferner weist hochkonzentriertes Abwasser eine sehr hohe Konzentration von
Phosphor und Kalium sowie starke Biozide auf, welche eine signifikant hemmende Wirkung auf die biologische Behandlung haben. Das hochkonzentrierte Abwasser hat einen durchschnittlich extrem hohen, basischen pH-Wert von ca. 8.5 - 9.0, mit einer sehr hohen Säurekapazität, was die Senkung des pH-Wertes ebenfalls erschwert. Bei solch hohen pH-Werten ist eine biologisch Abwasserbehandlung stark erschwert bis unmöglich.
[0005] Es sind verschiedene Verfahren und Systeme bekannt, um Abwasser mit einem bio logischen Nährstoffentzug durch Denitrifikation und Nitrifikation und anschließender Feststofftrennung zu behandeln.
[0006] Es ist bekannt in der Fandwirtschaft mit einer sehr großen Tierhaltung, die Gülle am Ort der Entstehung zu Prozess- und Klarwasser biologisch zu behandeln, da ein Transport in Regionen, die Gülle aufnehmen würden, aufwändiger und kostenin tensiver ist.
Technische Aufgabe [0007] Aufgabe ist es, ein Verfahren und ein System zur biologischen Behandlung, ins besondere zum Nährstoffentzug von, insbesondere hochkonzentriertem, Abwasser aus landwirtschaftlicher Produktion, Gärresten oder aus anschlussfreien Sanitärkabinen der Eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die eine effektive biologische Klärung des Abwassers ermöglichen.
Technische Lösung
[0008] Es wird hier ein Verfahren zur biologischen Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser beschrieben, insbesondere mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphorkon zentration, insbesondere aus landwirtschaftlicher Produktion oder aus anschlussfreien Sanitärkabinen, wobei Abwasser durch mindestens eine einstufige Feststoffabtrenn Vor richtung geleitet wird, das davon getrennte Abwasser in eine biologische, flüssige Pro zessumgebung geleitet wird, das Abwasser in der biologischen Prozessumgebung behandelt wird, wobei das Abwasser durch eine anaerobe, anoxische und eine aerobe Prozessumgebung geleitet wird und in einer Nachklärvorrichtung nachgeklärt wird, wobei zumindest ein Teil des Belebtschlamms in die biologische Prozessumgebung zu rückgeführt wird und ein Teil als Prozesswasser abgeleitet wird.
Vorteilhafte Wirkungen
[0009] Die anaerobe Prozessumgebung führt zu einer Hydrolyse. Ein rezirkulierender Be lebtschlamm fördert die Hydrolyse. Die Hydrolyse spaltet Produkte, wie kurzkettige, gelöste Substanzen, wie Zucker, Alkohol und organische Säuren auf. Chemisch be trachtet ist ein anaerobes Milieu frei von molekularem Sauerstoff. Somit ist gelöster Sauerstoff nicht vorhanden. Organismen benötigen für ihren Stoffwechsel keinen freien Sauerstoff. Für stark verschmutzte Abwasser wird die anaerobe Reinigung eingesetzt, insbesondere aus Gründen der Energieeinsparung. In einem anaeroben Fau lungsprozess entsteht ein Biogas, eine Mischung aus Methan und Kohlendioxid und einer geringen Menge Restgas, das unter Umständen zum Heizen verwendet werden kann.
[0010] In einer anoxischen Prozessumgebung liegt chemisch gebundener Sauerstoff z.B. in Form von Nitraten für eine Denitrifikation vor. Die Denitrifikation beschreibt einen Vorgang zum Abbau von Nitrat zu molekularem Stickstoff durch spezielle Mikroor ganismen. Aufgrund von Redox-Potentialen reicht ein oder nur begrenzt gelöster Sauerstoff aus. Mikroorgansimen reduzieren selektiv Nitrat durch enzymatische Ak tivitäten zu molekularem Stickstoff in anoxischen Umgebungsbedingungen. In an- oxischer Umgebung ist also kein frei gelöster Sauerstoff vorhanden.
[0011] Durch die Denitrifikation werden anorganische Verbindungen durch einen bio logischen Prozess zu Stickstoffgas umgesetzt und wieder in den Stickstoffkreislauf der Atmosphäre zurückgeführt. [0012] In einer aeroben Prozessumgebung ist der Sauerstoff gelöst vorhanden. Hier wird Be lebtschlamm erzeugt. Beim Belebtschlammverfahren wird die organische Belastung in gelöster Form durch aerobe Mikroorganismen abgebaut. Die Mikroorganismen umfassen Bakterien, einzellige, zum Teil mehrzellige Algen, Pilze, Hefen, Protozoen. Für eine aerobe Prozessumgebung wird das Belebungsbecken ausgiebig belüftet. In allen drei Becken und Behältern wird das Abwasser bevorzugt mit Rotoren oder Rührwerken insbesondere in horizontaler Richtung angeordnet bewegt, um Be lebtschlamm in Suspension zu halten. In einem Nachklärbecken wird durch Sedi mentation gereinigtes Prozesswasser abgeleitet. Schlamm vom Boden des Nach klärbeckens wird zur biologischen Prozessumgebung als Belebtschlamm rezirkuliert. Überschussschlamm wird zur Feststoffabtrennvorrichtung abgeführt.
[0013] Vorteile sind eine vollständige bzw. nahezu vollständige Nitrifikation und es sind keine zusätzlichen Flockungs- bzw. Fällungsmittel erforderlich.
[0014] Durch die Rezirkulation, insbesondere des Belebtschlammes, wird das Abwasser ab wechselnd den mindestens drei biologischen Prozessumgebungen unterworfen, bis ge reinigtes Prozess wasser ableitbar ist.
[0015] Somit ist das Verfahren und ein entsprechendes System mit Vorrichtungen für land wirtschaftliche Betriebe, Gärreste oder für Sammelstellen von hochkonzentriertem Abwasser aus anschlussfreien Sanitärkabinen kompakt realisierbar.
[0016] Gemäß eines weiterbevorzugten Verfahrens, wird ein Teil des Belebtschlamms in die anaerobe Prozessumgebung rezirkuliert. Somit verbessern sich die Abbaubedingungen mittels anaerober Organismen, die ohne freien Sauerstoff leben und die Energie ohne Anwesenheit von Sauerstoff durch unvollständige Abbauvorgänge gewinnen.
[0017] Um den anoxischen Prozessablauf weiter zu verbessern, wird ein Teil des Be lebtschlamms aus der Nachklärvorichtung in die anoxische Prozessumgebung re zirkuliert. Die anoxische Prozessumgebung dient der Denitrifikation als auch für Anammox. Anammox ist eine anaerobe Ammoniumoxidation ohne Sauerstoff. Ammonium NH4+ mit Sauerstoff 02 und Nitrit N02- wird in der anaeroben und in der anoxischen Prozessumgebung zu Stickstoff N2 und Nitrat N03- in einem Anam- moxprozess oxidiert. Dabei wird Ammonium NH4 + mit Nitrit N02 unter anaeroben Bedingungen zu molekularem Stickstoff N2und Wasser 2 H20 in einer Redox- Reaktion komproportioniert. Die anaerobe Ammonium- Oxidation wird durch spe zifische Bakterien wie Candidatus Brocadia Anammoxidans oder auch Bakterien wie Kuenenia stuttgartiensis und Scalindua sorokinii initiiert. Ebenso ist es bekannt, dass Candidatus Methanoperedens nitroreducens - eine Archaee aus der Ordnung der Me- thanosarcinales - eine anaerobe Methanoxidation ausführt. Zwei Mikroorganismen können somit Ammonium, Methan und Nitrat aus dem Abwasser in elementaren, mo lekularen Stickstoff und Kohlendioxid umwandeln. Brocadia Anammoxidans benötigt keinen Sauerstoff und verbraucht noch dazu das Treibhausgas Kohlendioxid. Aufgrund des entfallenden Energieaufwands zur Belüftung wird erhebliche Energie eingespart von ca. 10%, sowie eine Reduzierung des Ausstoßes von Kohlendioxid von bis zu 90%. Es wäre auch eine Ammoniumoxidation mit Hilfe von Anoden als bioelek trisches System zur Realisierung einer Mikrobiologischen Brennstoffzelle möglich.
Bei der Nitrifikation wird in einer bakteriellen Oxidation aus Ammoniak oder Ammo niumionen in zwei Teilprozessen Nitrat N03 .
[0018] 2 NH3 + 3 02 -> 2N02 + 2H+ + 2 H20
[0019] Bevorzugt wird ein Teil des Belebtschlamms aus der biologischen Prozessumgebung über die Nachklärvorrichtung in den Vorlagebehälter rezirkuliert. Somit wird der Prozess der Hydrolyse und Versäuerung des Abwassers gefördert und der Vorlage behälter kann gleichzeitig als anaerobes Becken benutzt werden. Somit sind auch anaerobe Behälter einsparbar.
[0020] Um hochkonzentriertes Abwasser in einer biologischen Umgebung effizient zu behandeln, wird das Abwasser in der biologischen Prozessumgebung in Chargen geklärt.
[0021] Um die Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser zu fördern und zu verbessern, wird die biologische Behandlung durch eine Bioaugmentation, ins besondere mittels einer steuerbaren Bioaugmentationsvorrichtung, mit spezifischen, definierten Mikroorganismen unterstützt, die im aeroben Tank bei einem Sauer stoffgehalt von ca. 0.5% nitrifizieren, die in den Prozess in den Vorlagebehälter, in die anaerobe, anoxische Prozessumgebung und insbesondere in die Nachklärvorrichtung zur Nachklärung direkt hinzudosiert wird.
[0022] Die Leistung des Verfahrens und des unten beschriebenen Systems wird durch die Anwendung der Bioaugmentationsvorrichtung und -technologie extern außerhalb der Behälter unterstützt. Dies wird erreicht, indem spezialisierte mikrobielle Arten mit ein zigartigen Eigenschaften in Bezug auf ihre Stoffwechselaktivitäten hinzugefügt werden. Insbesondere zeichnen sich diese speziellen Bakterienkulturen durch ein reiches hydrolytisches Enzympotential aus, das zum Abbau der schwer zu be handelnden organischen Makromoleküle des Abwassers in weniger komplexe Substrate verwendet wird, die anschließend als leicht biologisch abbaubares or ganisches Material oxidiert werden. Darüber hinaus wird der erhöhte Ammoniakgehalt im ankommenden Abwasser, der insbesondere das Bakterienwachstum hemmt, durch die Verwendung spezialisierter nitrifizierender Bakterien gemildert. Schadstoffe werden durch eine Gruppe von Bakterienkulturen durch Nutzung ihres fakultativen Stoffwechsels unter nicht sauerstoffhaltigen Bedingungen entfernt, was zu einem ge ringeren Energieverbrauch für Belüftungszwecke während des gesamten Prozesses führt. Der erhöhte Ammoniakgehalt wird durch spezialisierte, nitrifizierender Bakterien gemildert, die Ammoniakstickstoff zu Nitrat oxidieren, wobei das Nitrat an schließend denitrifiziert wird, wobei als Hauptbestandteile des Bioaugmentations-Bak- terienkulturen bestimmte Nährstoffe zur Unterstützung des mikrobiellen Wachstums und verschiedene mikrobielle Arten eingesetzt werden, von denen die meisten zur Gattung des Bacillus Genus, insbesondere nicht pathogene, gehören, wobei die spe zifischen Mikroorganismen, insbesondere Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefacien sind. Der Bacillus subtilis und Bacillus amyloliquefacien sind jeweils ein gram positives, stäbchenförmiges, begeißeltes Bodenbakterium. Wie alle Bakterien der Gattung Bacillus ist B. subtilis ein fakultativ aerob wachsender Endosporenbildner.
Die spezifischen, definierten Mikroorganismen sind auch fakultativ anaerobier und/ oder fakultative Aerobier und obligate Anaerobier. Fakultative Anaerobier sind Or ganismen, die einen anaeroben Stoffwechsel betreiben können, aber in Gegenwart von Sauerstoff nutzen können, also sowohl unter anoxischen Bedingungen wie unter oxischen Bedingungen wachsen können, z.B. Paracoccus denitrificans, E. coli. Weiter bevorzugt wird der fakultative Aerobier und obligate Anaerobier Desulfuromonadales eingesetzt.
[0023] Ein bevorzugtes Verfahren umfasst somit, die biologische Behandlung wird un terstützt durch eine spezifische Bioaugmentation, insbesondere mittels einer steuerbaren Bioaugmentationsvorrichtung, mit spezifischen, definierten Mikroor ganismen mit einem reichen hydrolytischen Enzympotential, mittels denen schwer zu behandelnde organische Makromoleküle des Abwassers in weniger komplexe Moleküle abgebaut werden und anschließend in leicht biologisch abbaubare organische Moleküle oxidiert werden, wobei als spezifischen, definierten Mikroorganismen fa kultative Aerobier und obligate Anaerobier, insbesondere Desulfuromonadales eingesetzt werden, die im aeroben Tank bei einem Sauerstoffgehalt von ca. 0.5% nitri- fizieren, wobei Schadstoffe durch eine Gruppe von Bakterienkulturen durch Nutzung ihres fakultativen Stoffwechsels unter nicht sauerstoffhaltigen Bedingungen entfernen werden, die Verwendung spezialisierter nitrifizierender Bakterien gemildert werden, die Ammoniakstickstoff zu Nitrat oxidieren, wobei das Nitrat anschließend deni trifiziert wird, wobei als Hauptbestandteile des Bioaugmentations-Bakterienkulturen bestimmte Nährstoffe zur Unterstützung des mikrobiellen Wachstums und ver schiedene mikrobielle Arten eingesetzt werden, von denen die meisten zur Gattung des Bacillus Genus, insbesondere nicht pathogene, gehören, wobeidie spezifischen Mikroorganismen gesteuert in den Prozess in den Vorlage behälter, in die anaerobe, anoxische Prozessumgebung und(/oder) in die Nachklärvor richtung zur Nachklärung direkt hinzudosiert werden.
Die spezifischen, definierten Mikroorganismen sind fakultativ anaerobier und/oder fakultative Aerobier und obligate Anaerobier. Fakultative Anaerobier sind Or- ganismen, die einen anaeroben Stoffwechsel betreiben können, aber in Gegenwart von Sauerstoff auch 02 nutzen können, also sowohl unter anoxischen Bedingungen wie unter oxischen Bedingungen wachsen können, z.B. Paracoccus denitrificans, E. coli. Weiter bevorzugt wird der fakultative Aerobier und obligate Anaerobier Desulfuro- monadales eingesetzt. Somit ist ein Flockungsmittel nicht mehr notwendig. Unter Bio augmentation ist das Einbringen von Mikroorganismen zu verstehen, um eine Bakterien- und Organismenkultur zu schaffen. Die Organismenkultur behandelt ef fizienter hochkonzentriertes Abwasser. Eine Bioaugmentation wird kontinuierlich fortgeführt, da sich die Mikroorganismen nicht, insbesondere nicht ausreichend genug, von selbst vermehren. Gegenüber den herkömmlichen Bakterien können sich die spe zifischen Bakterien für die Bioaugmentation nicht derart durchsetzen, so dass konti nuierlich nachgeführt werden muss.
[0024] Um gereinigtes Prozess wasser effizient zu gewinnen, wird das Abwasser mittels
Membranfiltration nachgeklärt, wobei die Nachklärvorrichtung als Membranfiltrati onsvorrichtung ausgebildet ist.
[0025] Um weniger Chemikalien einsetzen zu müssen, und Fällungsmittel zu vermeiden, wird bevorzugt Überschussschlamm aus der biologischen Prozessumgebung, aus der Nachklärvorrichtung, insbesondere nach Rezirkulieren mit der einstufigen Feststoffab trennvorrichtung, insbesondere mit einem hohen Anteil an Phosphor, entfernt. Ferner sind aufgrund der spezifischen biologischen Bakterien keine Chemikalien plus Fäl lungsmittel notwendig.
[0026] In einem bevorzugten alternativen Verfahren wird das Abwasser in der biologischen Prozessumgebung in mindestens einem Becken oder Behälter, insbesondere in einem Durchlaufkanal zur Denitrifikation und Nitrifikation abwechslungsweise durchgeführt. Insbesondere wird mit mindestens zwei Becken nacheinander das Abwasser, mit einem ersten anoxischen Becken und einem zweiten aeroben Becken, geklärt, insbesondere mit einem ersten anoxische Beckenabschnitt und einem zweiten aeroben Becken abschnitt oder wird das Abwasser im Behälter intermittierend anoxisch und aerob behandelt. Ein Endloskanal mit einer Endlos-Schleife hat den Vorteil, dass schneller Prozesse der Denitrifikation und Nitrifikation auf das Abwasser zur Behandlung einwirken.
[0027] Um das Verfahren und das System noch kompakter auszubilden, wird der Vorlage behälter als anaerobes Becken und als Teil der biologischen Behandlung eingesetzt.
[0028] Um hochkonzentriertes Abwasser effizient, vor allem auch in größeren Mengen zu behandeln, werden Teile von Belebtschlamm und gleiche Teile von Wasser mit Bruchteilen von hochkonzentriertem Abwasser zum Beginn einer Klärung sukzessive vermischt, und im gleichen Verhältnis werden Teile von allen vorgenannten drei Teilen, d.h. Belebtschlamm, Wasser und Bruchteile von hochkonzentriertem Abwasser, in gleichen Zeitabschnitten sukzessive beigemischt und zugeführt, und somit wird das zu klärende Volumen des Abwassers pro Zeitabschnitt sukzessive erhöht. Sukzessive wird der Reinigungsprozess mit einer geeigneten, richtig aus gewogenen Mischung hochgefahren und der Prozess gehalten.
[0029] Es wird somit eine Biologie geschaffen, mit der sukzessive das Volumen zur Be handlung des hochkonzentrierten Abwassers hochgefahren und die Anteile im We sentlichen gleich gehalten werden, so dass das hochkonzentrierte Abwasser effizient und in größeren Zeitabschnitten mit größerem Volumen geklärt wird. Aufgrund der extrem hohen Stickstoffkonzentration des Abwassers darf jeweils nur so viel von dem Gemisch in die Biologie geleitet werden, dass während des biologischen Prozesses der pH-Wert stets in einer Spannweite von ca. 6.5- 8.0 verbleibt, da ansonsten der bio logische Prozess der Nitrifikation und Denitrifikation unterbrochen wird.
[0030] Der anoxische Teil der Behandlung dient vor allem zur Denitrifikation und Anammox.
[0031] Um eine zusätzliche Beigabe von Säuren und Basen zu vermeiden und somit
Ressourcen einzusparen, wird gemäß eines weiterführenden, bevorzugten Verfahrens eine Balance in der biologischen Prozessumgebung, insbesondere in der anaeroben und anoxischen Prozessumgebung, zwischen einem pH-Wert von 6,0 (leicht sauer) bis 8 (leicht basisch) durch das Zusammenspiel von hochkonzentriertem, stark basischen Abwasser mit sehr hoher Säurekapazität, einem sauren Belebtschlamm und einer sauren, biologischen Prozessumgebung mit einer in der aeroben Prozessumgebung Steuerung der aeroben Luftzufuhr auf Basis des pH-Werts vom Abwasser aus der aeroben Prozessumgebung überwacht und aufrechterhalten. Das Verfahren ist somit ein in sich geschlossenes Prozesssystem.
[0032] Um eine Hydrolyse im Vorlagebehälter auszulösen und somit die nachfolgenden Be handlung s schritte zu vereinfachen, d.h. schwer abbaubare Stoffe werden durch Hydrolyse in leicht abbaubare Stoffe aufgebrochen und um auf eine zusätzliche Ener giezufuhr zu vermeiden, wird weiter bevorzugt Belebtschlamm aus der Nachklärvor richtung, insbesondere aus der biologischen Prozessumgebung in den Vorlagebehälter rezirkuliert wird.
[0033] Nach einem weiterbildenden Verfahren wird Überschussschlamm aus der bio logischen aeroben Prozessumgebung und aus der Nachklärvorrichtung, insbesondere einer Membran- Vorrichtung, zur Feststoffabtrennvorrichtung zugeführt. Somit wird die Behandlung von Abwasser kompakt gehalten.
[0034] Gemäß einem weiterbildenden Verfahren wird das geklärte Prozessabwasser auf die Qualität der Klärung überprüft.
[0035] Es wird hier ein System zur biologischen Behandlung von hochkonzentriertem
Abwasser beschrieben, insbesondere mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphorkon- zentration, insbesondere aus landwirtschaftlicher Produktion, von Gärresten oder aus anschlussfreien Sanitärkabinen, mit einer Feststoffabtrennvorrichtung, mit einer bio logischen Prozessumgebung mit mindestens einem Behälter für eine anaerobe Prozes sumgebung, mit mindestens einem Behälter für eine Denitrifikation mit einer an- oxischen Prozessumgebung und für eine Nitrifikation mit einer aeroben Prozes sumgebung mittels Vorrichtungen zum steuerbaren Lufteintrag sowie einer Maschi nenvorrichtung umfassend Sensoren, Steuerungen, Pumpen, Zirkulationsvorrichtungen sowie Versorgungs- und Abführleitungen und einer Nachklärvorrichtung, wobei die Behälter sukzessive das Abwasser ableitend hintereinander geschaltet sind, wobei mindestens eine Rezirkulationsleitung für Belebtschlamm von der Nachklärvor richtung zur biologischen Prozessumgebung ausgebildet ist. Somit wird biologisch effizient, hochkonzentriertes Abwasser mit einem sehr hohen Grad der Denitrifikation, Nitrifikation sowie einer Eliminierung von Stickstoff behandelt. Da die Effizienz der biologischen Prozessumgebung viel höher ist, können auch Gärreste behandelt werden, wobei Ressourcen in Form von zusätzlicher Säure und Lauge, sowie elektrische Ener giezufuhr geschont werden.
[0036] Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist eine Rezirkulationsleitung für Belebtschlamm von der Nachklärvorrichtung zum Behälter der biologischen an- oxischen Prozessumgebung ausgebildet ist. Somit kann die Balance des pH-Werts im Abwasser aus der aeroben Prozessumgebung effizienter eingestellt werden und eine hohe Reinigungsleistung erzielt werden.
[0037] Aus den gleichen Gründen ist eine Rezirkulationsleitung für Belebtschlamm von der Nachklärvorrichtung zum Behälter der biologischen anaeroben Prozessumgebung aus gebildet, wobei ein im Leitungsfluss des Abwassers liegender Vorlagebehälter für die Vorlage des zu klärenden hochkonzentrierten Abwassers nach der Feststoffabtrennvor richtung angeordnet ist.
[0038] Um eine Hydrolyse effizient bereits im Vorlagebehälter zu aktivieren, ist weiter bevorzugt die Vorrichtung mit einer Rezirkulationsleitung für Belebtschlamm von der Nachklärvorrichtung zum Vorlagebehälter ausgebildet.
[0039] Das System ist derart ausgebildet, so dass ein oben beschriebenes Verfahren ausführbar ist.
[0040] Um eine hohe Reinigungsleistung zu erzielen, ist die Nachklärvorrichtung als Membran-Belebungs- und Filtrations-MBR-Tank ausgebildet.
[0041] Um eine Balance bezüglich des pH-Werts in der biologischen Prozessumgebung ins besondere im Abwasser aus der aeroben Prozessumgebung sowie den oben be schriebenen Prozess effizient im oben beschriebenen pH-Wert-Prozessfenster zu steuern, umfasst bevorzugt die Vorrichtung eine Speicher- Program- mierbare-(SPS)-Steuerung, die mit im aeroben Behälter angeordneten Sensoren zur Online-Messung von pH-Wert, gelöstem Sauer stoffgehalt, Ammonium- und Ni tratgehalt und Feststoffkonzentrationsgehalt, mit Füllstandssensoren in den Behältern und mit einer im anoxischen Behälter angeordneten Online-Redox-Messvorrichtung zur Messung des Reduktionspotentials verbunden ist, und die mit Aktoren verbunden ist, die Belebtschlamm über Rezirkulationsleitungen aus der Nachklärvorrichtung in den aeroben und /oder in den anoxischen Behälter und/oder in den Vorlagebehälter pumpen, wobei Vorrichtungen als Aktoren einen Lufteintrag mit Luftdiffusoren im aeroben Behälter steuern, und Umwälzvorrichtungen als Aktoren das Abwasser in den Behältern bewegen und Pumpen als Aktoren das Abwasser durch die einzelnen Behälter im Fluss fortleiten.
[0042] Um das System kompakt und bauraumschonend, mit wenigen oder keinen Verbin dungsleitungen auszubilden, sind Behälter zur biologischen Prozessumgebung, ins besondere zylindrisch, ausgebildet, wobei der Behälter für die anaerobe Prozes sumgebung zentriert ausgebildet ist und dazu konzentrisch ringförmig oder halb ringförmig Behälter, insbesondere von Innen nach Außen, für eine anoxische Prozes sumgebung und eine aerobe Prozessumgebung ausgebildet sind. Vorteile des zen trierten Zylinders für eine anearobe Prozessumgebung sind, die Realisierung eines kontinuierlichen, einstufigen Verfahrens, so dass kontinuierlich Abwasser nachläuft und Prozesswasser in den anoxischen Behälter 3b weitergeleitet wird. Die äußeren Pro zessvorgänge im äußeren, umgebenden Ring der anoxischen Prozessumgebung und aeroben Prozessumgebung 3b, und 3c erzeugen Wärme und führen somit der zen trierten anaerobe Prozessumgebung 3a Prozesswärme zu. Bei der Oxidation von Amonium entsteht Wärme. Wärme unterstützt den anaeroben Prozessvorgang. Es versteht sich, dass jede andere Geometrie statt eines Kreises auch eckige Bauweisen mit der gleichen Wirkungsweise, eines zentrierten Behälters und äußeren umgebenden Behältern, umfasst sind. Runde Becken sind Eckigen gegenüber zu bevorzugen, da eine Ablagerung von Feststoffen in Ecken vermieden wird.
[0043] Der Behälter ist aus Beton, insbesondere mit einem Deckel aus Beton, ausgebildet, wobei der Boden der Behälter jeweils zu einem Auslass geneigt ausgebildet ist, wobei der Deckel Öffnungen zur Reinigung aufweist, wobei mindestens ein quaderförmiger Container mit Vorrichtungen zur Steuerung und Vor- und Nachklärung angeordnet ist.
[0044] Um Kalium aus dem Prozesswasser zu elimieren ist vorteilhaft das Verfahren und das System ergänzbar umfassend eine Dialyseeinheit mit einer Dialysestufe, die Schmutzstoffe, wie Kalium entzieht, und eine Rekonzentrationsstufe für das Dialysat, in Form eines kontinuierlichen Kreisprozesses, die das Dialysat von Schmutzstoffen, insbesondere Kalium, rekonzentriert. Somit ist der Prozess selbsterhaltend.
[0045] Bevorzugt wird das Verfahren wie folgt derart weitergebildet, um Kalium aus dem Prozesswasser zu eliminieren, nach dem Reinigen durch die biologische Prozes- sumgebung und der Nachklärung das Prozesswasser in eine Dialyseeinheit geleitet wird, Konzentratstoffe, insbesondere Kalium, aus dem Prozess wasser mit einem frischem Dialysat und einer Dialysemembran herausgezogen werden und das ver brauchte Dialysat wieder zu frischem Dialysat rekonzentriert wird.
[0046] Somit ist ein kontinuierlicher Prozessablauf gewährleistet.
[0047] Es wird ein Computerprogrammprodukt beschrieben, das in einen Speicher einer oben beschriebenen SPS-Steuerung der oben beschriebenen Vorrichtung ladbar ist und mit dem ein oben beschriebenes Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Balance des pH-Werts zwischen 6,0 und 8,0 in der biologischen Prozessumgebung, insbesondere im Abwasser aus der aeroben Prozessumgebung, ausführbar ist.
[0048] Vorteilhaft sind keine Säure und keine Laugen als Beigabe notwendig, um das Be handlungsverfahren im Ablaufprozess zu halten.
[0049] Es wird die Verwendung von Feststoff als Wirtschaftsdünger beschrieben, der aufgrund des oben beschriebenen Verfahrens in einer einstufigen Feststoffabtrenn Vor richtung von dieser ausgeschieden wird.
[0050] Durch den Betrieb der Kleinkläranlage bei einem pH-Wert im Bereich 6.5 - 7.5 wird sichergestellt, dass trotz Lufteintrag keine Ammoniak-Gase in die Umwelt entweichen können.
[0051] Anammox ist ein Akronym, das sich aus den Wörtern Anaerobe Ammonium-
Oxidation zusammensetzt. Die anaerobe Ammonium- Oxidation ist ein biologischer Vorgang aus dem Bereich des Stickstoffkreislaufes.
[0052] Wie die Bezeichnung schon andeutet, ist die anaerobe Ammonium-Oxidation ein Oxidationsvorgang, der ohne Sauerstoff (anaerob) abläuft. Dabei wird Ammonium (NH4+) mit Nitrit (N02-) unter anaeroben Bedingungen zu molekularem Stickstoff (N2) synproportioniert:
[0053] NH4+ + N02- -» N2 + 2 H20
[0054] Unter Standardbedingungen wird dabei je Mol oxidiertes Ammonium 357,8 kJ Energie frei (AG0 = -357,8 kJ).
Kurze Beschreibung des Zeichnungen
[0055] Mögliche Ausführungen werden nun anhand der beigefügten schematischen Dar stellungen näher erläutert, von denen zeigen:
[0056] [fig.l] einen Ablauf des Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsvariante;
[0057] [fig-2]. einen Ablauf des Verfahrens gemäß der ersten Ausführungsvariante in detail lierterer Form und
[0058] [fig-3] bis 10 verschiedene Ansichten des erfindungsgemäßen Systems zur
Ausführung des Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsarten [0059] Die [fig.l] zeigt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur biologischen Be handlung von Abwasser 200 mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphorkonzentration, insbesondere Abwasser 200 aus landwirtschaftlicher Produktion, wie beispielsweise Gülle und Gärreste oder Abwasser 200 aus anschlusslosen Toilettenkabinen.
[0060] Hochkonzentriertes Abwasser 200 wird automatisiert durch Prozessschritte geleitet und anfangs mindestens einer ein-stufigen Feststoffabtrennvorrichtung 1 zugeführt. Grobe Feststoffe und ein Teil der feineren Feststoffe werden somit zurückgehalten, um ein Blockieren von nachfolgenden Pumpen und Rohrleitungen zu verhindern. Zu viele feine Feststoffe beeinträchtigen den Sauerstoffeintrag in der Biologie. Hier wird das hochkonzentrierte Abwasser in Feststoffe 12 für die Landwirtschaft oder für eine Ver brennung herausgetrennt und das flüssige hochkonzentrierte Abwasser 210 in einen Vorlagebehälter 2 zugeführt und dort zwischengespeichert. Der Vorlagebehälter 2 umfasst eine Umwälzvorrichtung 221, um das hochkonzentrierte Abwasser 210 im Prozess zu unterstützen und durchzumischen. Die Umwälzvorrichtung 221 ist also ein Rührwerk. In dem Vorlagebehälter 2 können bereits Vorgänge einer anaeroben Klärung unterstützend aktiviert werden, die durch Zuführung von Belebtschlamm 400 aus einer Nachklärvorrichtung 4 über eine Rezirkulationsleitung 6 das Verfahren fördern ausgelöst wird. Um das hochkonzentrierte Abwasser 220 unter anaeroben Mi kroorganismen zu klären, wird bevorzugt dies in zwei verschiedenen Prozessreaktoren durchgeführt.
[0061] Das anaerobe Verfahren läuft in vier Phasen ab. Die erste Phase ist eine Hydrolyse, in der langkettige, oft ungelöste Stoffe, wie Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate in Bruchstücke wie Aminosäuren, Fettsäuren und Zucker gelöst und umgewandelt werden. In einer zweiten Phase wandeln Säure bildende Mikroorganismen, die hydro lysierten Stoffe in kurzkettige Organische Säuren, z.B. Buttersäure, Propionsäure und Essigsäure um. In geringen Mengen kann Wasserstoff und Kohlendioxid entstehen.
Die Parameter sind hierfür ein Temperaturbereich zwischen 25° und 35°, wobei ein pH-Wert zwischen 5,2 und 6,3 erzeugt wird. Die dritte und vierte Phase wird bevorzugt in einem weiteren Behälter 3a von einer biologischen Prozessumgebung 30. Hierfür fließt das nun versauerte Abwasser 220 in den Behälter 3a für die anaerobe Prozessumgebung. In dieser anaeroben Prozessumgebung können verstärkt neben den Prozessen der ersten und zweiten Phase, die dritte und vierte Phase selbstständig ablaufen. In der dritten Phase erfolgt eine Essigsäurebildung aus den vorgebildeten Säuren und Alkoholen. Dann entstehen in einer vierten Phase aus Methan Bakterien, die beispielsweise durch den Belebtschlamm 400 aus der Nachklärvorrichtung 4 über eine Rezirkulationsleitung 51 in den Behälter 3a für die anaerobe Prozessumgebung zugeleitet werden. Darauffolgend produzieren Methanbakterien aus Wasserstoff, Koh lendioxid und Essigsäure Methan. [0062] Es versteht sich, dass alle vier Phasen in einem einzigen Behälter 3a als Reaktor ablaufen können. Aufgrund der unterschiedlichen Umgebungsbedingungen bezüglich pH-Wert und Temperatur, nämlich der ersten und zweiten bzw. dritten und vierten Phase bei einem pH-Wert zwischen 6,7 und 7,5 und einer höheren Temperatur zwischen 35° und 60° ist es zur Verbesserung der Abbauleistung vorteilhaft, wenn diese in zwei verschiedenen Behältern, beispielsweise 2,3 ablaufen. Ein Rührwerk bzw. eine Umwälzvorrichtung 233 sorgt für eine homogene Durchmischung des hoch konzentrierten Abwassers 230 für deren anaerobe Prozessvorgänge.
[0063] Bevorzugt wird das hochkonzentrierte Abwasser 230 aus der biologisch anaeroben Prozessumgebung in die anoxische Prozessumgebung 3b übergeführt. Durch eine weitere Zugabe von Belebtschlamm 400 über eine Rezirkulationsleitung 52 von der Nachklärvorrichtung 4 wird ein anoxisches Verfahren durchlaufen, d.h. es findet eine Denitrifikation und ein Anammox-Prozess statt, in dem aus Nitrat N03- und ge bundenem Sauerstoff in vier Stufen Stickstoff und Wasser erzeugt wird. Mit Metal- loenzyme, Nitratreduktase und Nitritreduktase, Stickstoffmonoxidreduktase und Di stickstoffmonoxidreduktase wird katalysiert. Da die einzelnen Prozessschritte der De nitrifikation positiv sind, wird Nitrat als Elektronenakzeptor (Oxidationsmittel) für Ihren oxidativen Energiestoffwechsel (oxidative Phophoreleminierung) genutzt, wenn kein oder nur begrenzt molekularer Sauerstoff verfügbar ist.
[0064] Das hochkonzentrierte Abwasser 231, das nun denitrifiziert wurde, wird über eine Leitung 1 in die aerobe Prozessumgebung 3c zugeführt. Eine Umwälzvorrichtung 234 unterstützt die Umwälzung im anoxischen Prozessbehälter 3b. Im aeroben Pro zessbehälter 3c ist eine Lufteintragungsvorrichtung 235 mit Luftdifusoren zum Einpressen von Luft ausgebildet, so dass eine Nitrifikation mit Sauerstoff stattfindet.
[0065] Anschließend wird das nitrifizierte Abwasser 232 durch Leitung 2 in eine Nachklär vorrichtung 4 weitergeleitet. Über Rezirkulationsleitungen 5 mit Leitungszweigen 51 und 52 wird Abwasser in Form von Belebtschlamm 400 wieder in die biologische Pro zessumgebung 30 zurückgeführt und somit mehrfach durchlaufen, bis Klarwasser aus dem Prozesswasser 240 entstanden ist, das von der Nachklärvorrichtung 4 abgeleitet wird.
[0066] Über die Leitung 6 wird Belebtschlamm 400 von der Nachklärvorrichtung 4 zum Vorlagebehälter 2 geleitet. Es versteht sich, dass Pumpen und Umwälzvorrichtungen für eine Förderung des Belebtschlamms 400 und des Abwassers 200, 210, 220, 230, 231, 232 von einer Speicher-programmierbaren SPS-Steuerung 15 mit einem Speicher 16, der in der SPS-Steuerung 15 eingebaut ist, angesteuert werden, so dass vor gegebene Verfahren nach einem bestimmten Algorithmus ausgeführt werden.
[0067] Von der Nachklärvorrichtung 4 wird Überschussschlamm 112 in die Feststoffab trennvorrichtung 1 über eine Leitung 11 übergeführt. Die Feststoffvorrichtung 1 trennt somit Phosphor aus dem Überschussschlamm 112, der durch die biologische Prozes sumgebung 30 und die Nachklärvorrichtung 4 aus dem Abwasser geklärt wurde.
[0068] Um die Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser 200 zu verbessern, ist weiter bevorzugt eine Bioaugmentationsvorrichtung 7 vorgesehen, die über eine Leitung 8 Mikrobakterien in die Nachklärvorrichtung 4 zuführt. Über eine Leitung 9 mit Lei tungszweigen 91 und 92 werden Mikrobakterien von der Bioaugmentations Vorrichtung 7 zum Behälter 3a der anaeroben Prozessumgebung und zum Behälter 3b der an- oxischen Prozessumgebung zugeführt. Über eine Leitung 10 werden Mikrobakterien und Mikroorganismen von der Bioaugementationsvorrichtung 7 zum Vorlagebehälter 2 zugeführt.
[0069] Über die Leitung 111 wird Überschussschlamm aus dem Behälter 3c der aeroben
Prozessumgebung zur Feststoffabtrenn Vorrichtung 1 zugeführt und über die Leitung 11 wird Überschussschlamm 112 aus der Nachklärvorrichtung 4 zur Feststoffabtrennvor richtung 1 geleitet.
[0070] Die [fig.1] zeigt nach dem Reinigen durch die biologische Prozessumgebung und der Nachklärung in der nach der Nachklärvorrichtung 4, dass das Prozesswasser in eine Dialyseeinheit 45 geleitet wird, Konzentratstoffe bzw. Schutzstoffe 48, insbesondere Kalium, aus dem Prozesswasser mit einem frischem Dialysat 46 und einer Dialy semembran 47 herausgezogen werden und das verbrauchte Dialysat 48 wieder zu frischem Dialysat 46 rekonzentriert wird.
[0071] Die [fig.2] zeigt das aus der [fig.l] bekannte System 100 mit zusätzlich dargestellten, angeordneten Pumpen als Lufteintragvorrichtung 235 für den Lufteintrag sowie zur Weiterbeförderung des Abwassers 232, hier insbesondere zur Behandlung einer Gär restbehandlungsvorrichtung.
[0072] Die [fig.2] zeigt ferner, dass im anoxischen Behälter 3b ein Redox-Sensor 32 vorgesehen ist und im aeroben Behälter 3c vier verschiedene DO (gelöster Sauerstoff, Dissolved Oxygen) Sensoren 32-37, TS-IPH/T 34 vorgesehen sind, um das Abwasser näher zu bestimmen und somit den Zulauf zum anaeroben Behälter 3a aus dem Vorla gebehälter, sowie Belebtschlamm über die Leitungszweige 51 und die Zuführung von Mikroorganismen über die Leitungszweige 91 der Bioaugmentationsvorrichtung 7 an zusteuern. Außerdem wird damit noch der Lufteintrag im aeroben Behälter 3c an gesteuert. Die Sensoren 32-37 für Messvorrichtungen können auch hinter dem aeroben Behälter 3c vor der Nachklärvorrichtung 4 angeordnet sein. Die Nachklärvorrichtung 4 kann verschieden ausgestaltet sein. Hier ist die Nachklärvorrichtung 4 bevorzugt als sogenannter MBR-Tank, mit Membranfiltrationsvorrichtung ausgebildet. In dieser be sonderen Ausführungsform ist ein weiterer Behälter 14 nach dem MBR-Tank für einen Sedimentation vorgesehen. Die Nachklärvorrichtung 4 umfasst zwei Füllstands sensoren 41-42 zur sukzessiven Ansteuerung der Förderpumpe. [0073] [fig.3] bis 10 zeigen verschiedene Ansichten des erfindungsgemäßen Systems zur
Ausführung des Verfahrens.
[0074] Die vorangehend beschriebenen Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften der vorgestellten Lösung; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind schematisch, wobei wesentliche Eigen schaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches / welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen An sprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Lösung zuzuschreiben sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst.
[0075] Die vorstehend erläuterten Vorrichtungs- und Verfahrensdetails sind zwar im Zu sammenhang dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie auch unabhängig voneinander sind und auch frei miteinander kombinierbar sind. Die in den Fig. gezeigten Verhältnisse der einzelnen Teile und Abschnitte hiervon zueinander und deren Abmessungen und Proportionen sind nicht einschränkend zu verstehen.
Vielmehr können einzelne Abmessungen und Proportionen auch von den gezeigten abweichen.
[0076] Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinations möglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle aufgezeigten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.

Claims

Ansprüche
[Anspruch 1] Verfahren zur biologischen Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser, insbesondere mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphorkonzentration, ins besondere aus landwirtschaftlicher Produktion oder aus anschlussfreien Sani tärkabinen, wobei Abwasser durch eine mindestens einstufige Feststoffab- trennvorrichtung geleitet wird, das davon getrennte Abwasser in eine bio logische, flüssige Prozessumgebung geleitet wird, das Abwasser in der bio logischen Prozessumgebung zumindest zu Belebtschlamm und Pro zesswasser geklärt wird, das Abwasser durch eine anaerobe, anoxische und eine aerobe Prozessumgebung geleitet wird und in einer Nachklärvor richtung nachgeklärt wird, wobei zumindest ein Teil des Belebtschlamms in die biologische Prozessumgebung zurückgeführt wird und ein Teil als Reinwasser abgeleitet wird.
[Anspruch 2] Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Belebtschlamms in die anaerobe Prozessumgebung rezirkuliert wird, wobei ein Teil des Be lebtschlamms in die anoxische Prozessumgebung rezirkuliert wird, wobei ein Teil des Belebtschlamms in den Vorlagebehälter rezirkuliert wird, wobei das Abwasser in einen Vorlagebehälter geleitet wird, wobei der Vorlagebehälter als anaerobes Becken und Teil der biologischen Behandlung eingesetzt wird und/oder das Abwasser in der biologischen Prozessumgebung in Chargen geklärt wird, wobei Ammonium NH4 + mit Sauerstoff 02 und Nitrit N02 in der anaeroben und in der anoxischen Prozessumgebung zu Stickstoff N2 und Nitrat N03 in einem Anammoxprozess oxidiert wird.
[Anspruch 3] Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die biologische Behandlung unterstützt wird durch eine spezifische Bioaug mentation, insbesondere mittels einer steuerbaren Bioaugmentationsvor richtung, mit spezifischen, definierten Mikroorganismen mit einem reichen hydrolytischen Enzympotential, mittels denen schwer zu behandelnde or ganische Makromoleküle des Abwassers in weniger komplexe Moleküle abgebaut werden und anschließend in leicht biologisch abbaubare organische Moleküle oxidiert werden, wobei als spezifischen, definierten Mikroor ganismen fakultative Aerobier und obligate Anaerobier, insbesondere Desul- furomonadales eingesetzt werden, die im aeroben Tank bei einem Sauer stoffgehalt von ca. 0.5% nitrifizieren, wobei Schadstoffe durch eine Gruppe von Bakterienkulturen durch Nutzung ihres fakultativen Stoffwechsels unter nicht sauerstoffhaltigen Bedingungen entfernen werden, die Verwendung spezialisierter nitrifizierender Bakterien gemildert werden, die Ammoniak- Stickstoff zu Nitrat oxidieren, wobei das Nitrat anschließend denitrifiziert wird, wobei als Hauptbestandteile des Bioaugmentations-Bakterienkulturen bestimmte Nährstoffe zur Unterstützung des mikrobiellen Wachstums und verschiedene mikrobielle Arten eingesetzt werden, von denen die meisten zur Gattung des Bacillus Genus, insbesondere nicht pathogene, gehören, wobei die spezifischen Mikroorganismen Bacillus subtilis und Bacillus amy- loliquefacien sind, wobei die spezifischen Mikroorganismen gesteuert in den Prozess in den Vorlagebehälter, in die anaerobe, anoxische Prozes sumgebung und(/oder) in die Nachklärvorrichtung zur Nachklärung direkt hinzudosiert werden.
[Anspruch 4] Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei Überschussschlamm aus der biologischen Prozessumgebung, aus der Nach klärvorrichtung, insbesondere nach Zirkulieren mit der einstufigen Feststof fabtrenn Vorrichtung, insbesondere mit einem hohen Anteil an Phosphor entfernt wird.
[Anspruch 5] Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abwasser in der biologischen Prozessumgebung kontinuierlich in einem Durchlaufkanal geklärt wird, insbesondere mit einem ersten anoxische Beckenabschnitt und einem zweiten aeroben Beckenabschnitt oder das Abwasser im Behälter intermittierend anoxisch und aerob behandelt wird.
[Anspruch 6] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Teile von Be lebtschlamm und gleiche Teile von Wasser mit Bruchteilen von hochkonzen triertem Abwasser zum Beginn der Klärung sukzessive vermischt werden, und im gleichen Verhältnis Teile von allen vorgenannten drei Teilen in gleichen Zeitabschnitten sukzessive beigemischt und zugeführt werden, und somit das zu klärende Volumen des Abwassers pro Zeitabschnitt sukzessive erhöht wird.
[Anspruch 7] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Balance in der biologischen Prozessumgebung, insbesondere in der anaeroben/an- oxischen Prozessumgebung, zwischen einem pH-Wert von 6,0 (leicht sauer) bis 8 (leicht basisch) durch das Zusammenspiel von hochkonzentriertem, stark basischen Abwasser mit sehr hoher Säurekapazität, einem saurem Be lebtschlamm und einer sauren, biologischen Prozessumgebung mit einer in der aeroben Prozessumgebung aeroben Steuerung auf Basis des pH-Werts des Abwassers aus der aeroben Prozessumgebung überwacht und aufrecht erhalten wird.
[Anspruch 8] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Über schussschlamm (11) aus der biologischen aeroben Prozessumgebung (3c) und aus der Nachklärvorrichtung (4), insbesondere aus einer Membranfil- trations-Vorrichtung, der Feststoffabtrennvorrichtung (1) zugeführt wird.
[Anspruch 9] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei nach dem Reinigen durch die biologische Prozessumgebung und der Nachklärung das Prozesswasser in eine Dialyseeinheit (45) geleitet wird, Konzentratstoffe (48), insbesondere Kalium, aus dem Prozesswasser mit einem frischem Dialysat (46) und einer Dialysemembran (47) herausgezogen werden und das verbrauchte Dialysat (48) wieder zu frischem Dialysat (46) rekonzentriert wird.
[Anspruch 10] System (100) zur biologischen Behandlung von hochkonzentriertem Abwasser (200), insbesondere mit extrem hoher Stickstoff- und Phosphor konzentration, insbesondere aus landwirtschaftlicher Produktion oder aus an schlussfreien Sanitärkabinen, mit einer Feststoffabtrenn Vorrichtung (1), mit einer biologischen Prozessumgebung (30) mit mindestens einem Behälter (3a) für eine anaerobe Prozessumgebung, mit mindestens einem Behälter (3b, 3c) für eine Denitrifikation mit einer anoxischen Prozessumgebung und für eine Nitrifikation mit einer aeroben Prozessumgebung, mit Vor richtungen (235) zum steuerbaren Lufteintrag sowie einer Maschinenvor richtung umfassend Sensoren (32-37), Steuerungen, Pumpen, Zirkulations vorrichtungen (31, 32) sowie Versorgungs- und Abführleitungen und einer Nachklärvorrichtung (4), wobei die Behälter sukzessive das Abwasser (200, 210, 220, 230, 231, 232) ableitend hintereinander geschaltet sind, wobei mindestens eine Rezirkulationsleitung (5) für Belebtschlamm von der Nach klärvorrichtung (4) zur biologischen Prozessumgebung (30) ausgebildet ist.
[Anspruch 11] System (100) nach dem vorherigen Anspruch 10, wobei eine Rezirkulati onsleitung (5) für Belebtschlamm von der Nachklärvorrichtung (4) zum Behälter (3b) der biologischen anoxischen Prozessumgebung (30) aus gebildet ist, wobei eine Rezirkulationsleitung (5,51) für Belebtschlamm von der Nachklärvorrichtung zum Behälter (3a) der biologischen anaeroben Pro zessumgebung ausgebildet ist, wobei ein im Leitungsfluss des Abwasser (210, 220) liegender Vorlagebehälter (2) für die Vorlage des zu klärenden hochkonzentrierten Abwassers (200) nach der Feststoffabtrennvorrichtung (1) angeordnet ist, wobei eine Rezirkulationsleitung (6) für Belebtschlamm von der Nachklärvorrichtung (4) zum Vorlagebehälter (2) ausgebildet ist, wobei das System derart ausgebildet ist, so dass ein Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 1 bis 9 ausführbar ist, wobei die Nachklärvorrichtung (4) als Membran-Belebungs- und Filtrations- MBR-Tank ausgebildet ist.
[Anspruch 12] System (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei eine Speicher- Programmierbare-(SPS)-Steuerung mit im aeroben Behälter (3c) ange ordneten Sensoren (34-37) zur Online-Messung von pH-Wert, gelöstem Sau erstoffgehalt, Ammonium- und Nitratgehalt und Feststoffkonzentrati onsgehalt, mit Füllstandsensoren (41-42) in den Behältern und mit einer im anoxischen Behälter (35) angeordneten Online-Redox-Messvorrichtung (32) zur Messung des Reduktionspotentials verbunden ist, sowie mit Aktoren (233, 234, 43) verbunden ist, die Belebtschlamm aus der biologischen Pro zessumgebung über Rezirkulationsleitungen aus der Nachklärvorrichtung (4) in den aeroben und /oder in den anoxischen Behälter (3c, 3b) und/oder in den Vorlagebehälter (2) pumpen, die Gebläsevorrichtungen (235) mit Luft diffusoren im aeroben Behälter (3c) ansteuern, die mit Umwälzvorrichtungen das Abwasser in den Behältern bewegen und die mit Pumpen das Abwasser durch die einzelnen Behälter (3a, 3b, 3c) im Fluss fortleiten.
[Anspruch 13] System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei Behälter (3a, 3b, 3c) zur biologischen Prozessumgebung (30) zylindrisch ausgebildet sind, wobei der Behälter (3a) für die anaerobe Prozessumgebung zentriert ausgebildet ist und dazu konzentrisch ringförmig und/oder halbringförmig Behälter für eine anoxische Prozessumgebung (3b) und eine aerobe Prozessumgebung (3a) ausgebildet sind, wobei der Behälter (3a-c) aus Beton, insbesondere mit einem Deckel (38) aus Beton, ausgebildet ist, wobei der Boden (34) der Behälter jeweils zu einem Auslass geneigt ausgebildet ist, wobei der Deckel (38) Öffnungen (31) zur Reinigung aufweist, wobei mindestens ein quader förmiger Container mit Vorrichtungen zur Steuerung und Vor- und Nachklärung angeordnet ist.
[Anspruch 14] Computerprogrammprodukt, das in einen Speicher einer SPS-Steuerung der Vorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch 12 ladbar ist und mit dem ein Verfahren nach dem Anspruch 7 ausführbar ist.
[Anspruch 15] Verwendung von Feststoff (12) als Wirtschaftsdünger, der gemäß eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, in einer einstufigen Feststof fabtrennvorrichtung (1) ausgeschieden wird.
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