DE19520542A1 - Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser und Anlage zur Verfahrensdurchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 auf ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser, insbesondere zur aeroben mikrobiellen Reinigung organisch hochbelasteter kommunaler als auch industrieller Abwässer.

Übliche Verfahren höherer Leistung zur biologischen Behandlung von Abwasser werden eingesetzt bei einem CSB-Gehalt von 500-1000 mg/Liter im Zulauf. Bekannte Anlagen für höhere Belastungen arbeiten z. B. mit einem Druck-Reaktor, wodurch ein hoher Energie und gerätetechnischer Aufwand erforderlich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser und eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die den gerätetechnischen Aufwand und not­ wendigen Energieeinsatz gegenüber Bekanntem mindern, in einem größeren CSB-Gehalt-Bereich einsetzbar sind und eine CSB-Abbauleistung nahe 90% gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird die anstehende Aufgabe von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 durch die aufgezeigten kennzeichnenden Merkmale gelöst; zur Durchführung des Verfahrens wird vorteil­ hafterweise eine Anlage gemäß dem Patentanspruch 8 verwendet. Die nachgeordneten Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 14 zeigen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens bzw. der Anlage auf.

Das erfinderische Verfahren und die Anlage zur Verfahrens­ durchführung sind durch nachstehende Punkte charakteri­ siert:

• - biologische Hochleistungs-Behandlung,
• - Raumbelastung z. B. bei Wasserlack-Abwasser: 18 kg CSB/m3·d,
• - CSB-Abbauleistung ca. 90-98%,
• - 10facher Bakteriengehalt im Vergleich zu Belebungsverfahren,
• - druckloses Verfahren, keine aufwendige Reaktortechnik notwendig,
• - Unterteilung in einzelne Reaktorstufen durch Schikanen, kleine Schichthöhe des Gemisches mit hoher Turbulenz, da Luft und Abwasser im Gegenstrom, und
• - optimaler Sauerstoffeintrag und hohe Stoffumsetzungs­ geschwindigkeit der Bakterien.

Wesentliche Vorteile sind:

• - Geringer Raumbedarf durch effizienten Schadstoffabbau bei kurzen Verweilzeiten,
• - Größe der Bakterienflocken gering, dadurch keine Verstopfungsgefahr sowie intensive Vermischung von Bakterien und Abwasserinhaltsstoffen,
• - Geringer Platzbedarf durch geringes Behältervolumen,
• - Wirbelströmungen bewirken geringe Größe der Luftblasen und optimalen Sauerstoffeintrag und Stoffumsetzung,
• - Minimale Überschußschlammproduktion,
• - relativ geringer Energiebedarf: 1-2 kWh/kg CSB, eine zusätzliche Ultrafiltration bewirkt hohes Schlammalter durch optimale Schlammrückführung, dadurch optimale Adaptation an Abwasserschadstoffe,
• - durch die Ultrafiltration werden höher molekulare Abwasserinhaltsstoffe zurückgehalten und durch längere Verweilzeiten im Reaktor bakteriell abgebaut.

Die vorstehenden Aussagen beruhen auf Ergebnissen einer Versuchsanlage, die im Dauerbetrieb seit über eineinhalb Jahren läuft.

Dabei sind bevorzugte Einsatzgebiete:
Organisch hochbelastete Abwässer mit einem CSB-Gehalt von 20000-50000 mg/Liter, z. B. aus Lackierbetrieben (Wasserlack-Spritzkabinenauswaschwasser), Lebensmittel-, Pharma-, Textilindustrie, Gerberei, Sickerwasserbe­ handlung.

Das neuartige Verfahren wird nun folgend in Verbindung mit einer schematisiert in Zeichnungen dargestellten, vorteilhaften Anlagenvariante vom Detail her näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine mögliche Variante einer einstufigen Anlage zur Ver­ fahrensdurchführung und

Fig. 2 das Schema-Bild einer zwei­ stufigen Anlage.

Die in Fig. 1 schematisiert dargestellte Anlage ist eine mögliche vorteilhafte Variante der Anlagen­ gestaltung. Unter Beibehaltung der erfindungswesent­ lichen Gegenstromführung von Luft und des mit Abwasser angereicherten Bakterienschlammgemisches sind auch noch weitere, nicht dargestellte, konstruktive Aus­ bildungen möglich.

Hier, gemäß der Fig. 1, ist der Reaktor 5 im wesent­ lichen vertikal stehend angeordnet. Im oberen, inneren Bereich sind innerhalb des Gehäuses 7 in mehreren horizontalen Ebenen Schikanen 8, die hier speziell als Sieblochböden gestaltet sind, angeordnet.

Im Bodenbereich ist der Reaktor 5 selbst als Sammel­ wanne 9 ausgebildet bzw. auf eine solche 9 aufgesetzt.

Unterhalb der untersten Schikane 8 mündet in das Gehäuse 7 eine Luftzufuhr 13 ein. Im Deckenbereich ist eine Luftabführung 6 vorgesehen, die vorzugsweise über eine Verbindungsleitung 14 mit Absperrventil mit der Luftzufuhr 13 kurzgeschlossen ist.

Von der im Bodenbereich speziell konisch ausgebildeten Sammelwanne 9 ausgehend führt eine Ringleitung 3, die eine Trennstufe 4 durchläuft, in den Kopfbereich des Reaktors 5.

Die Abwasserzufuhr 2 mündet hinter den Dosierleitungen 16a bis 16c und außerhalb des Reaktors 5 in die Ring­ leitung 3 ein.

Die Dosierleitungen 16a bis 16c sind mit Verfahrens­ zusatzstoffe enthaltenden Behälter 15a bis 15c ver­ bunden. Die Zusatzstoffe können z. B. Nährsalz für die Bakterien, Entschäumer, vorzugsweise biologisch gut abbaubares Rapsöl, oder Natronlauge oder ähn­ liches sein.

In weiterer spezieller Bauausführung ist nun noch vorgesehen, daß von oberhalb der oberen Schikane 8 bis in etwa zur Sammelwanne 9 reichend ein vorzugs­ weise konzentrisch positionierter Kanal 12, als Über­ lauf wirkend, angeordnet ist. Dieser Kanal 12 kann auch teilweise oder überwiegend außerhalb des Gehäuses 7 verlaufen.

Eine weitere spezielle Ausgestaltung besteht darin, daß die Sammelwanne 9 oberhalb ihres Konusbereiches und seitlich vom Gehäuse 7 des Reaktors 5 einen durch eine Trennwand 10 abgetrennten Filtratsammler 11 aufweist, wobei die bodenseitig aufsitzende Trennwand 10 kopfseitig einen Überlauf 20 bildet und der Filtrat­ sammler 11 eine von der Trennstufe 4 ausgehende Filtrat­ leitung 4a und einen Filtratablauf 11a aufweist. Darüber hinaus sind ebenfalls in spezieller Varianten­ ausführung noch eine vom Filtratsammler 11 ausgehende, zur Trennstufe 4, die vorzugsweise eine Ultrafiltrations­ einheit ist, führende, Rückspülleitung 18 sowie eine vom Boden der Sammelwanne 9 abgehende Schlammableitung 19 vorgesehen.

Die in der Fig. 1 weiterhin verwendeten Symbole und Kennbuchstaben entsprechen der DIN 28004 bzw. DIN 19227. Nachfolgend wird der Verfahrensablauf näher beschrieben.

Der Reaktor 5, hier gemäß der Fig. 1 ein Siebboden­ reaktor, wird im Gegenstrom von oben mit dem Abwasser- Bakteriengemisch und von unten mit Luft beschickt. Dadurch bilden sich Wasser-Luft-Wirbelschichten auf den einzelnen Lochblechböden aus, unterhalb der Böden befinden sich Luftpolster. Die Luftpolster bewirken eine gleichmäßige Durch­ strömung des Bodenquerschnitts mit Luft und oberhalb jeden Bodens eine intensive Luftblasenbildung im Abwasser. Das Wasser strömt durch die Öffnungen nach unten. Die Entspannung der Luft sowie die Düsenwirkung der Lochbleche bewirken eine hohe Turbulenz. Die Phasengrenz­ flächen Luftblase - Abwasser einerseits und Abwasser - Bakterienflocke andererseits werden ständig erneuert. Sauerstoff-, CO2- und Schadstofftransport-Limitierungen werden minimiert. Toträume können nicht entstehen, Abwasser - Luft - Bakterien ergeben ein homogenes Gemisch. Durch diese spezielle Anordnung und Funktion wird der aerobe Abbauprozeß stark beschleunigt.

Bei dem beschriebenen System handelt es sich um eine offene Kreislaufführung. Das Gemisch wird im Kreislauf gepumpt, neues Abwasser ständig zugeführt, dieselbe Menge ständig aus dem Kreislauf abgeführt. Das aus den Reaktorböden ablaufende Wasser-Bakterien­ schlamm-Gemisch wird in einer Sammelwanne 9 an der Reaktorbasis gesammelt und wieder nach oben gepumpt. Die Sammelwanne 9 ist so konstruiert, daß sich z. B. am Konusende inaktive oder abgestorbene Bakterien­ masse sammelt, von wo sie mittels Ablaßhahn als Ober­ schußschlamm entfernt werden kann.

Der Prozeß kann sowohl einstufig als auch mehrstufig, d. h. mehrere Reaktoreinheiten nacheinander geschaltet, ausgeführt sein, siehe hierzu Fig. 2.

Die Verfahrenstemperatur beträgt max. 35-37°C, vorzugsweise wird in einem Temperaturbereich von 25-35°C gearbeitet. In den Figuren nicht dargestellte Kühler- bzw. Wärme­ tauscher werden zur Temperatureinstellung genutzt.

Eine nachgeschaltete Ultrafiltrationseinheit, hier vorzugsweise in die Ringleitung 3 integriert, entläßt das gereinigte Abwasser nahezu partikelfrei, Bakterien­ masse wird vollständig zurückgehalten, aufkonzentriert und zur Erreichung hoher Schlammgehalte im Reaktor zurückgeführt. Eine geringe Menge kann als Überschuß­ schlamm abgeführt werden, sofern dies überhaupt er­ forderlich ist.

Das hohe Schlammalter bewirkt eine optimale Adaptation an schwer abbaubare Abwasserschadstoffe. Die Ultrafiltration kann als Rohrmodul mit organischer oder keramischer Membran bzw. als Plattenmodul aus­ geführt sein. Wenn notwendig, kann eine Nanofiltration nachgeschaltet werden. Weiterhin kann bei mehrstufigen Systemen zwischen den einzelnen Reaktorstufen eine Zwischenklärung, z. B. in Form einer Mikrofiltration, Ultrafiltration, eines Sedimentationsbehälters oder eines Mikrosiebs, eingebaut werden. Diese dient der Entlastung der UF durch geringeren Schlammgehalt bzw. einer Redu­ zierung der Schlammfracht zur Erzielung geringer Konzentrationen an org. gelösten Substanzen im ge­ reinigten Abwasser, da hohe Schlammkonzentrationen durch Absterben und Platzen der Zellen sowie durch Desorption adsorptiv an die Zellwand gebundener Sub­ stanzen zu einer Erhöhung der Konzentrationen an CSB-verursachenden Substanzen führen können.

Bei Vorliegen eines gut absetzbaren Schlammes wird die Ultrafiltrationseinheit in der Endstufe vollständig durch einen Schlammabsetzbehälter ersetzt. In jedem Fall wird der aufkonzentrierte Schlamm nahezu vollständig in einen oder mehrere Reaktoren zurückge­ führt.

Zur Verhinderung von Schaumentwicklung wird Entschäumer, z. B. biologisch gut abbaubares Rapsöl oder andere pflanzliche Öle, zugeführt.

Zur Einhaltung eines konstanten pH-Wertes zwischen pH 6 und 8 wird Lauge zudosiert.

Zur Nährstoffergänzung wird, wenn notwendig, ein Stickstoff, Phosphat und Spurenelemente enthaltendes Substrat zugeführt.

Es ist vorteilhaft, zur Belüftung die Abluft einer mit Druckluft angetriebenen Membranpumpe (zur Wasser­ kreislaufführung) zu benutzen. Statt dessen oder zusätzlich kann ein Belüftungsorgan, z. B. Ventilator, oder Preßluft, zur Belüftung benutzt werden. Mit einem Ventilator kann ein Teilumluftbetrieb gefahren und damit die ins Freie abzuführende Abluftmenge reduziert werden.

Vergleiche mit dem Stand der Technik bei kommunalen Abwasserbelebungsanlagen zeigte auf, daß mit dem Anmelde­ gegenstand ein 5- bis 10facher Schlammgehalt, eine mind. 10fach mögliche CSB-Raumbelastung und eine 5fache Schlammbelastung bei einer CSB-Abbauleistung von ca. 90% erzielt werden. Dadurch ist der Platzbedarf um ein vielfaches geringer als bei herkömmlichen Anlagen.

Das Verfahren

• - benötigt keine aufwendige Reaktortechnik (wie z. B. Druckreaktor, Wirbelbettverfahren),
• - benötigt keine Bereitstellung von Rein-Sauerstoff (wie z. B. das Linde-Verfahren),
• - verläuft weitgehend verstopfungsfrei, auch bei Ausfall des Belüftungsaggregates (im Gegensatz zu Membranbelüftern oder Zweistoffdüsen),
• - verhindert die Ausbildung laminarer Grenzschichten (wie z. B. im Festbettreaktor).

Das vorstehend beschriebene biologische Hochleistungs- Verfahren zur aeroben mikrobiellen Reinigung organisch hochbelasteter Abwässer kann gleichfalls zur mikro­ biellen Reinigung organisch belasteter Abluft benutzt werden, sofern die Schadstoffe für die Bakterien nicht toxisch sind. Gegebenenfalls ist eine Kombination von Abwasser- und Abluftreinigung möglich.

Das Verfahren, d. h. die Abwasserzugabe, kann wahlweise kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.

Bezugszeichenliste

1 Anlage zur Verfahrensdurchführung
2 Abwasserzulauf
3 Ringleitung
4 Trennstufe
4a Filtratleitung
5 Reaktor
6 Luftabführung
7 Gehäuse
8 Schikanen
9 Sammelwanne
10 Trennwand
11 Filtratsammler
11a Filtratablauf
12 Kanal (konzentrisch)
13 Luftzufuhr
14 Verbindungsleitung
15a, 15b, 15c Behälter
16a, 16b, 16c Leitungen
17 Stützen
18 Rückspülleitung
19 Schlammableitung
20 Überlauf
B Boden
R Flußrichtung.

Claims (13)

1. Verfahren zur biologischen Behandlung von Abwasser, bei dem Abwasser einem im Kreislauf geführten, wäßrigen Bakterienschlammgemisch zugegeben und mit letzterem einen Reaktor (5) durchläuft sowie Reinwasser abgeführt wird, wobei das mit Abwasser (2) vermengte Bakterienschlammgemisch im Reaktor (5) in Flußrichtung (R) über Schikanen (8) geleitet und entgegen der Flußrichtung (R) gleichzeitig mit Luft beaufschlagt und vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Luft zu reinigende Abluft verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzufuhr kontinuierlich erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzufuhr diskontinuierlich erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorinhalt konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung des Reinwassers von dem reagierten Bakterienschlammgemisch mittels Ultrafiltration erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsprozeß mehrstufig erfolgt.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Reaktor (5) zur Behandlung von Abwasser, einem Abwasserzulauf (2) und einer mit dem Reaktor (5) verbundenen Ringleitung (3) zur Kreislaufführung von Bakterienschlammgemisch, mit mindestens einer im Reaktor (5) angeordneten Schikane (8), einer unterhalb der Schikane (8) im Gehäuse (7) des Reaktors (5) vorgesehenen Luftzufuhr (13) und mit einer den Bodenbereich des Reaktors (5) bildenden Sammelwanne (9), dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelwanne (9) einen durch eine Trennwand (10) abgetrennten Filtratsammler (11) aufweist, der eine Filtratleitung (4a) und einen Filtratablauf (11a) aufweist, wobei die Filtratleitung (4a) von einer Trennstufe (4) ausgeht, die von der Ringleitung (3) durchlaufen ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (10) bodenseitig aufsitzt und kopfseitig einen Überlauf (20) bildet.

9. Anlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (3) oberhalb des Bodens von der Sammelwanne (9) ausgeht und kopfseitig in den Reaktor (5) mündet.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) mehrere, von oben nach unten nacheinander angeordnete Schikanen (8) aufweist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) einen kopfseitig beginnenden und bis in etwa zur Sammelwanne (9) reichenden, konzentrischen Kanal (12) aufweist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelwanne (9) zu ihrem Boden hin konisch ausgebildet ist.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Trennstufe (4) vom Behälter (15a, 15b, 15c) ausgehende Dosierleitungen (16a, 16b, 16c) in die Ringleitung (3) münden.