DE19542146C2 - Verfahren zum biologischen Reinigen von Abwasser mit Regenerierstufe und Anlage zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Belebtschlammverfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, bei dem die Abwasserinhaltsstoffe zwecks sorptiver Bindung bzw. chemischer Umsetzung mit suspendierten Mikroorganismen in einem Belebtschlammbecken behandelt werden und ein Teil des Hauptstromes des Belebtschlammes als Rücklaufstrom rückgeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einem Belebtschlammbecken, einem diesem nachgeschalteten Nachklärbecken und einem Rohrleitungssystem zur Rückführung eines Teiles des Belebtschlammes.

Das Belebtschlammverfahren wurde 1914 von Ardern und Lockett in England entwickelt (Experiments on the oxidation of sewage without the aid of filters; E. Ardern, W. T. Lockett - The evolution and development of the activated sludge process of sewage purification in Great Britain, 1914). Das klassische Bele­ bungsverfahren versagt bei der Elimination schwer abbaubarer Verschmut­ zungen, da eine adaptierte Biozönose sich erst ab einem höheren Schlammalter ausbildet. Dieses lässt sich jedoch nicht unbegrenzt steigern, da die entstandene Biomasse aus dem System entfernt werden muss und das Nachklärbecken durch zu hohe Trocken-Substanz-Gehalte (TS-Gehalte) überfordert wäre.

Physikalisch lassen sich die meisten Verbindungen mit einer nachgeschalteten Fällung/Flockung entfernen. Diese Verfahren beinhalten jedoch Aufwendungen für Fällmittel und erzeugen große Mengen Überschussschlamm. Andere Verfah­ ren, wie z. B. die Elimination dieser schwer abbaubaren Stoffe mittels Ak­ tivkohlefilter, sind sehr kostenaufwendig.

In den USA als "Contact Stabilization", "Step Aeration" oder "Extended Reaeration-Process" verwirklichte Verfahren nutzen die Adsorptionseigen­ schaften des wiederbelüfteten Belebtschlammes, um einen Teil des chemischen Sauerstoffbedarfes (CSB) vor der belüfteten Stufe aus dem Abwasser zu entfer­ nen und auf diese Weise Investitions- und Energiekosten zu verringern. Weiter­ entwicklungen des Verfahrens entsprechend den DE-C-26 54 431 und DE-A-31 30 718 zielen auf eine Anpassung an schwankende Volumenströme, die bei­ spielsweise aus Tages- oder Wochenganglinien resultieren, sind jedoch nicht generell zur Elimination des schwer abbaubaren CSB geeignet.

Das gilt auch für das in der DE-A-41 14 694 offenbarte Verfahren, welches in einer biologischen Kläranlage mit Vorklärbecken, Belebtschlammbecken und Nachklärbecken praktiziert wird, wobei eine Belebtschlammsuspension aus dem Nachklärbecken in das Belebtschlammbecken zurückgeleitet und dabei einem besonderen Regenerationskreislauf zugeführt wird, in dem die Belebtschlamm­ flocke zerkleinert und mit Luftsauerstoff oxidiert wird. Mit diesem Verfahren lassen sich mit leicht abbaubaren Stoffen befrachtete Abwässer mit vertretbarem Aufwand biologisch reinigen. Meist in hohem Maße refraktär verschmutzte industrielle und/oder kommunale Abwässer lassen sich dagegen nicht so gut aufbereiten, da diese Verbindungen zur Verschlechterung der CSB-Ablaufwerte beitragen, die daher dem Abwasser entzogen werden müssen.

In der DE-A-41 09 815 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem mit mehreren Kaskaden zur biologischen Abwasserreinigung gearbeitet wird, wobei eine Kaskade zur Rücklaufschlammbelüftung benutzt wird. Der gesamte Rücklauf­ schlamm wird aus einem Nachklärbecken in diese Kaskade geführt, und die Abwasser-Schlamm-Suspension fließt aus diesem Becken in eine Denitrifika­ tionskaskade. Ein mit Ammonium-Stickstoff hochbelasteter Zufluss und ggf. ein Teilstrom des Zulaufes können der Rücklaufschlammbelüftungszone zugegeben werden. Dieses Verfahren eignet sich grundsätzlich zur biologischen Abwasser­ reinigung, insbesondere zur biologischen Stickstoffelimination von getrennt anfallenden Teilströmen, die gemeinsam mit dem Hauptstrom gereinigt werden sollen. Allerdings sind mit diesem Verfahren die Elimination schwer abbaubarer Abwasserinhaltsstoffe und eine Reduzierung von Überschussschlamm nicht möglich.

Aus der DE-AS-26 54 431 ist ein einstufiges Belebtschlammverfahren bekannt, bei dem der Rücklaufschlammstrom in mindestens einer Wiederbelüftungs­ kammer belüftet wird, bevor dieser mit dem Abwasser in mindestens einer Kontaktkammer mit dem Rohabwasser vermischt wird. Dabei fließt der Schlamm der letzten Wiederbelüftungskammer mit dem Rohwasser in eine erste Belüftungskammer. Eine Zudosierung des belüfteten Rücklaufschlammes der letzten Belüftungszone ist bei diesem bekannten Verfahren allerdings nur in der ersten Kontaktkammer möglich, da nur so die Biomasse aus der Nachklärung in die Kontaktkammer gelangen kann. Außerdem besteht nicht die Möglichkeit einer Zudosierung des Schlammes an verschiedenen Stellen des Hauptstromes.

Der WO 93/02972 ist eine Teilung des Belebtschlammes zur Zuführung in verschiedene Kreisläufe zu entnehmen. Hierbei geht es um ein zweistufiges Abwasserreinigungsverfahren, wobei die beiden Abwasserreinigungsstufen über die jeweiligen Rücklaufschlammströme aneinander gekoppelt sind. Um Biomas­ se im Belebungsbecken zu halten, ist es auch erforderlich, dass ständig Biomas­ se dem Belebungsbecken zugeführt wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anlage anzugeben, mit dem bzw. der eine besonders effektive Regeneration des rückgeführten Belebt­ schlammes und eine gezielte Elimination von schwer abbaubaren und im Bele­ bungsbecken nicht angegriffenen Abwasserinhaltsstoffen möglich sind, und zwar bei gleichzeitiger Reduzierung der Überschussschlammmenge.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass zwecks Regeneration des Belebtschlammes und/oder Reduzierung des Überschussschlammanfalles ein Teil des Belebtschlammes abgezweigt, durch Belüftung im Nebenstrom regeneriert und anschließend direkt in den Hauptstrom oder über einen Verteiler in das Belebtschlammbecken und von dort weiter in den Hauptstrom geleitet wird, und dass der abgezweigte Teil des Belebtschlammes aerob, anoxisch oder anaerob oder in zeitlicher oder räumli­ cher Kombination dieser Milieubedingungen behandelt wird.

Der erwähnte Teil des Belebtschlammes kann entweder aus dem Rücklauf­ schlammstrom oder aus einem internen Kreislaufschlammstrom abgezweigt und durch Flotation oder Sedimentation eingedickt werden.

Weiterhin kann wenigstens ein Teil des abgezweigten Belebtschlammes wenigs­ tens zeitweise gerührt werden, wobei die Abzweigung des Belebtschlammes diskontinuierlich und in Bezug auf die Komponenten Biomasse und Wasser getrennt erfolgen kann.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Reihe der erwähnten schwer abbaubaren Substanzen, die das Belebtschlamm­ becken unbeschadet passieren, an regeneriertem Belebtschlamm adsorbieren können. Zusätzlich zu der Schlammrückführung wird nur ein Teil der sedimentierten Biomasse zurückgeführt, für die so ein beliebiges Schlammalter einstellbar ist.

Weitere Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß durch die Abkopplung des Regenerationskreislaufes vom Rücklaufschlamm und der dadurch verbundenen Volumenvergrößerung das Schlamm­ alter im Gesamtsystem steigt. Darüberhinaus kann das Alter des regenerierten Schlammes theoretisch beliebig erhöht werden. In der Regeneration stellen sich Substratmangelbedingungen ein. Lediglich die Konzentration des schwer abbaubaren Stoffes trägt dort zur Nährstoffversorgung bei. Dadurch wirkt ein starker Se­ lektionsdruck, der die auf die Verwertung dieses Substrates adap­ tierten Organismen bevorzugt.

Über den Rücklaufschlammstrom gelangen zudem ständig auch Mikroorganismen in das Belebtschlammbecken, die in der Lage sind, komplexere Verschmutzungen biochemisch abzubauen. Der dabei entstehende Energiegewinn für die Mikroorganismen ist jedoch gering, so daß die Vermehrungsrate dieser Organismen ebenfalls gering ist. In technischen Anlagen ist daher ein hohes Schlammalter, d. h. wie lange die Mikroorganismen durchschnitt­ lich im System gehalten werden, je nach Abwasserinhaltsstoffen notwendig. Es empfiehlt sich dabei, ein Schlammalter nicht unter zehn Tagen einzustellen, was Dank der vorbeschriebenen Merkma­ le des erfindungsgemäßen Verfahrens erreichbar ist.

Darüberhinaus findet bei ausreichender Verweildauer in der Rege­ neration eine Stabilisierung des belebten Schlammes statt. Das führt zu einer Reduzierung der produzierten Überschußschlam­ menge und somit auch der Entsorgungskosten. Durch die Erweite­ rung der Regeneration einer Eindickungsvorrichtung läßt sich dieser Effekt noch steigern.

Schließlich bewirkt die Trennung der Aufenthaltsdauer von Was­ ser und Schlamm in dem Regenerationsbehälter durch eine ge­ trennte Abzweigung der Komponenten Biomasse und Wasser aus dem Rücklaufmassestrom, daß eine kontrollierte Zugabe von substrathaltigem Abwasser in dem Belebtschlammbehälter erfolgen kann.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentli­ chen aus einem Belebtschlammbecken, einem diesem nachgeschal­ teten Nachklärbecken und einem Rohrleitungssystem, mit dem ein Teil des Belebtschlammes rückgeführt wird und das zur Rückfüh­ rung mit einem bypassartig geschalteten Regnerationsbehälter in Verbindung steht. Das Belebtschlammbecken wird zweckmäßiger­ weise als Kaskadenbecken ausgeführt.

Der Regenerationsbehälter steht eingangsseitig entweder mit dem Schlammausgang des Nachklärbeckens oder mit dem Ausgangs­ bereiches des Belebtschlammbeckens in Verbindung. Ausgangs­ seitig hat der Regenerationsbehälter mit dem Belebtschlammbec­ ken Verbindung.

Die erfindungsgemäße Anlage wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der in den Fig. 1 und 2 zwei Alternativen beispielhaft und in vereinfachter Darstellung gezeigt sind.

Die Anlage umfaßt ein Belebtschlammbecken 1, ein Nachklärbec­ ken 2 und einen Regenerationsbehälter 3, die durch ein Rohrlei­ tungssystem 4 miteinander kommunizieren. Dabei ist das Belebtschlammbecken 1 als Kaskadenbecken mit Kammern 1.1 bis 1.4 ausgebildet und das Rohrleitungssystem 4 so angelegt, daß entsprechend Fig. 1 der Ausgang 5 des Nachklärbeckens 2 mit einer Abzweigung 6 versehen ist, die mit der Haupt-Abwasser­ zuführung 7 in den Eingangsbereich 8 des Belebtschlammbeckens 1 mündet.

Das Rohrleitungssystem 4 umfaßt weiter einen Verteiler 9 mit alternativ oder gemeinsam nutzbaren Einmündungen 10 bis 15 an verschiedenen Stellen des Belebtschlammbeckens 1. Der Regene­ rationsbehälter 3 steht eingangsseitig mit der Abzweigung 6 und ausgangsseitig mit dem Verteiler 9 in Verbindung.

Nach Fig. 2 ist der Regenerationsbehälter 3 eingangsseitig an eine zusätzliche Rückführleitung 16 angeschlossen, die den bodenseiti­ gen Ausgangsbereich des Belebtschlammbeckens 1 mit dessen Eingangsbereich verbindet. Ausgangsseitig ist der Regenerations­ behälter 3 wieder mit dem Verteiler 9 verbunden.

Das über die Haupt-Abwasserzuführung 7 in das Belebtschlamm­ becken 1 eingeleitete Abwasser wird mit dem über die Abzwei­ gung 6 an dem Ausgang 5 des Nachklärbeckens 2 in das Belebt­ schlammbecken 1 rückgeführten Schlamm vermischt und in dem Belebtschlammbecken 1 einem biologischen Abbauprozeß unter­ worfen. Dabei können in dem Kaskadenbecken anoxische und aerobe Stufen in beliebiger Zahl (hier vier) und Reihenfolge durchlaufen werden, in denen der Abbau des chemischen Sauer­ stoff-Bedarfes (CSB), eine Nitrifikation und Denitrifikation statt­ findet. Ein Teil der über die Abzweigung 6 abgeleiteten abgesetz­ ten Biomasse wird nun im Nebenstrom regeneriert, indem dieser Teil über den Regenerationsbehälter 3 in den Verteiler 9 eingelei­ tet wird, der eine Zuführung an einer beliebigen Stelle des be­ lebtschlammverfahrens ermöglicht (siehe Fig. 1).

Nach Fig. 2 wird der Regenerationsbehälter 3 aus dem Ausgangs­ bereich des Belebtschlammbeckens 1 gespeist und die abgeleitete Schlammfracht in den Verteiler 9 gegeben, der wiederum eine Zuführung an einer beliebigen Stelle des Belebtschlammverfahrens ermöglicht, wobei gleichzeitig eine Schlammrückführung über die Abzweigung 6 in den Eingangsbereich des Belebtschlammbeckens 1 erfolgt. In Versuchen konnte die Eignung des regenerierten Schlammes zur Adsorption der genannten Schadstoffe, wie z. B. Phenole oder bestimmte Fette, nachgewiesen werden. Das Ver­ fahren führt gegenüber dem normalen Belebungsverfahren zudem zu einer Reduzierung der produzierten Überschußschlammenge. Dabei werden adsorptiv Abwasserinhaltstoffe im Belebtschlamm­ becken 1 am Belebtschlamm gebunden.

Die Regeneration des Belebtschlammes findet im Regenerations­ behälter 3 statt. Aufgrund des Substratmangels wird der Belebt­ schlamm hier regeneriert, d. h., die im Belebtschlammbecken 1 adsorbierten Substanzen werden zum Teil biochemisch umgesetzt. Daneben verzehrt sich der Schlamm selbst. Wie bei der aeroben Stabilisation werden Speicherstoffe für den Stoffwechselhaushalt der Mikroorganismen verbraucht. Außerdem fressen sich einige Mikroorganismen gegenseitig. Durch die Wasserzirkulation werden dabei Substrate ausgewaschen, was den Substratmangel im Rege­ nerationsbehälter 3 erhöht und somit die Überschußschlammre­ duktion begünstigt.

Die Biomassenkonzentration im Regenerationsbehälter 3 kann durch bekannte Abscheideeinrichtungen (Trennung von Wasser­ biomasse) erhöht werden. Hierdurch ist der Feststoffgehalt im Zu- und Ablauf des Regenerationsbehälters 3 geringer als die Fest­ stoffkonzentration in diesem. Der Regenerationsbehälter 3 wird hierdurch effektiver genutzt.

Claims (11)

1. Belebtschlammverfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser, bei dem die Abwasserinhaltsstoffe zwecks sorptiver Bindung bzw. biochemischer Umsetzung mit suspendierten Mikroorganismen in einem Belebtschlammbecken behandelt werden und ein Teil des Hauptstromes des Belebtschlammes als Rücklaufschlammstrom rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Regeneration des Belebtschlammes und/oder Reduzierung des Überschuss­ schlammanfalles ein Teil des Belebtschlammes abgezweigt, durch Belüftung im Nebenstrom regeneriert und anschließend direkt in den Hauptstrom oder über einen Verteiler in das Belebtschlammbecken und von dort weiter in den Haupt­ strom geleitet wird und dass der abgezweigte Teil des Belebtschlammes aerob, anoxisch oder anaerob oder in zeitlicher oder räumlicher Kombination dieser Milieubedingungen behandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Teil des Belebtschlammes aus dem Rücklaufschlammstrom abgezweigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Teil des Belebtschlammes aus einem internen Kreislaufschlammstrom abge­ zweigt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der abgezweigte Teil des Belebtschlammes durch Flotation oder Sedimen­ tation eingedickt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des abgezweigten Belebtschlammes mindestens zeit­ weise gerührt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung des Belebtschlammes diskontinuierlich erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung des Belebtschlammteiles in bezug auf die Komponenten Biomasse und Wasser getrennt erfolgt.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Belebtschlammbecken (1), einem diesem nach­ geschalteten Nachklärbecken (2) und einem Rohrleitungssystem (4) zur Rück­ führung eines Teiles des Belebtschlammes, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrleitungssystem (4) zur Rückführung mit einem bypassartig geschalteten Regenerationsbehälter (3) in Verbindung steht.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Belebt­ schlammbecken (1) als Kaskadenbecken ausgeführt ist.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerationsbehälter (3) eingangsseitig mit dem Schlammausgang des Nach­ klärbeckens (2) in Verbindung steht.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerationsbehälter (3) eingangsseitig mit dem Ausgangsbereich des Belebtschlammbeckens (1) in Verbindung steht.