DE2017671A1

DE2017671A1 - Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung

Info

Publication number: DE2017671A1
Application number: DE19702017671
Authority: DE
Inventors: Nils Karl Gustav Dipl.-Ing. Lindingö Westberg (Schweden)
Original assignee: Aktiebolaget Vattenbyggnadsbyran, Stockholm
Priority date: 1969-04-23
Filing date: 1970-04-14
Publication date: 1970-12-17
Also published as: DK134931C; NO126853B; FI52844C; FI52844B; DK134931B; GB1292210A; DE2017671B2; SE340249B; FR2039386A1; US3652406A

Description

AKTIEBOLAGET VATTENBYGGNADSBYRAN, Linnegatan 2, Stockholm, Schweden

Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung, wobei das Abwasser nach einer Abscheidung von Primärschlamm im Vorbecken in einem nachfolgenden Belüftungsbecken unter Zhisatz einer, in einem gesonderten Behälter gezüchteten Bakterienkultur behandelt wird, wonach der im wesentlichen aus Bakterien bestehende Schlamm in der vom Belüftungsbecken austretenden Suspension, gegebenenfalls nach Zugabe

von Flockungsmitteln, in bekannter Weise abgeschieden wird.

Wie bekannt werden in Fällen, wo eine mit mechanischen Hilfsmitteln durchgeführte Abwasserreinigung, d.h. Siebung, Klärung usw., keine zufriedenstellende Reinigung des Abwassers ergibt, biologische Reinigungsverfahren verwendet und hierbei bedient man sich von dem gleichen Prozess, der in der Natur die biologische Selbstreinigung des Wassers hervorruft. Die biologische Reinigung besteht teils in einer Oxydation der organischen Substanz unter Sauerstoffverbrauch, teils in einer Neubildung und einem Ausflocken der suspendierten Substanz, die zum grössten Teil aus Zellsubstanz besteht, d.h. hauptsächlich lebende und abgetötete Bakterienzellen. Eine Voraussetzimg für die Durchführung dieses Prozesses ist, dass der von den Bakterien verbrauchte, im Wasser gelöste Sauerstoff ständig erneuert wird. Die Sauerstoffaufnahme wird entweder durch ein kontinuierliches Einblasen von Luft oder auch dadurch erzielt, dass das Wasser in feinverteilter Form durch Luft fällt. In beiden Fällen erzielt man die angestrebte schnelle Sauerstoffaufnahme dadurch, dass die Berührungsfläche zwischen dem Wasser und der Luft vergrössert wird.

009851/1802

Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine Belüftung des Abwassers allein zwecks Erzielung eines schnellen Reinigungsverlaufes nicht ausreichend ist, sondern dass es nötig ist, das Wasser auch zu beleben, d.h. mit zweckmässigen Bakterien zu versetzen. So wurde das "Belebungsverfahren" entwickelt und unter diesem Verfahren versteht man die Reinigung des Abwassers mit belebtem Schlamm. Das Verfahren ist gewissermassen eine künstlich verstärkte Selbstreinigung und die Vorgänge sind etwa diegleichen wie die im natürlichen Fluss oder See. Nur sind die Lebewesen, die die Reinigung besorgen, in dem Belüftungsbecken in ungeheurer Anzahl auf kleinem Raum zusammengedrängt und durch künstliche A Zufuhr von Luft wird dafür gesorgt, dass die Lebewesen trotz ihrer Anhäufung noch genügend Sauerstoff vorfinden. Hierbei wird das Wasser in dem Becken vorzugsweise auch noch künstlich bewegt, damit die flockige Masse sich nicht zum Boden absetzen kann, wo sie infolge Suerstoffmangels absterben würde. Bei derartigen bekannten Belebungsanlagen wird das in der Vorreinigung behandelte Abwasser mit dem Träger der biologischen Reinigungskraft, dem be- , lebten Flocken oder dem belebten Schlamm gemischt, der als Rücklaufschlamm aus dem Nachklärbecken zurückgepumpt wird. Dieses Gemisch wird dann in die eigentlichen Belüftungsbecken geleitet.. ;

Beim Belebungsverfahren liegen zwei wichtige Grundvoraussetzungen vor:

a) der belebte Schlamm muss so beschaffen sein, dass er mit dem Abwasser als Nahrungssubstrat gut zuwächst und hierbei organische Substanz im Abwasser verbraucht,

b) der belebte Schlamm muss weiterhin so beschaffen sein, dass er sich durch Absetzen leicht abtrennen lässt.

Diese beiden Voraussetzungen können jedoch nicht in gleich hohem Grad erfüllt werden. Eine neugebildete, in starkem Zuwachs befindliche Bakterienkultur erfüllt zwar die Bedingung a) gut, aber die Bedingung b) weniger gut. Ein älterer Schlamm ist sehr mineralisiert und erSüllt deshalb an und für sich die Bedingung b) gut aber nicht die Bedingung a). In der Praxis wird deshalb das Belebungsverfahren immer als ein Kompromiss durchgeführt, wobei

009851 / 1802

017671

man versucht eine weitmöglichste Anpassung zu den Bedingungen a) und b) aufrechtzuerhalten.

Ein weiterer prozesstechnischer Wachteil mit dieser bekannten Technik besteht darin, dass das Belebungsverfahren bezüglich des notwendigen Zurückpumpens von Schlamm und der regulierten Abführung von Ueberschusschlamm eine kontinuierliche und sorgfältige Betriebsüberwachung erfordert. Ausserdem ist das Belebungsverfahren empfindlich für Vergiftung bei stossweiser Zufuhr von gewissen Industrieabwässern.

Um den Bedarf an Rücklaufschlamm und hierdurch auch die hierzu erforderlichen Pumpanlagen herabzusetzen hat man auch schon versucht, das Abwasser im Belüftungsbecken mit einer Kultur von nitrifizierenden, autotrophen Bakterien zu versetzen, sodass sauerstoffverbrauchende Stickstoffverbindungen, in erster Hand Ammoniumverbindungen, während des Prozesses auf biologischem ¥eg zu Nitraten oxydiert werden können. Eine derartige Kultur aus. nitrifizierenden Bakterien wird hierbei in einem gesonderen Züchtungstank aus zwei Komponenten hergestellt und zwar: teils aus von späteren Stufen des Verfahrens zurückgeführtem Material (wie beispielsweise gereinigtes ¥asser oder die im Lüftungsbecken vorliegende Suspension), und teils aus einer Stickstoff quelle (wie beispielsweise Schlamm oder Faulwasser). Bei dieser Züchtung von nitrifizierenden Bakterien muss man jedoch mit langen Aufenthaltzeiten arbeiten, da die Nitrifikationsbakterien (Witrisomonas und Nitribacta), die autotröph sind, gemäss zugänglicher Literatur eine niedrige Zuwachsgeschwindigkeit aufweisen. Weiterhin liegt auch hier der prozesstechnische Nachteil eines ständigen Rücklaufpumpens vor.

Es hat sich nun erwiesen, dass die obengenannten Nachteile bisher bekannter Verfahren erfindungsgemäss ausgeschaltet werden können, ohne dass der Effekt des Reinigungsverfahrens hierdurch beeinflusst wird-sondern vielmehr sogar verbessert wird, da man erfindungsgemäss auch eine bedeutend kürzere Reaktionszeit zwischen Schlamm und Wasser erhält. Weiterhin kann die Betriebsüberwachung des Verfahrens erfindungsgemäss wesentlich erleichtert werden, da man kein Rückpumpen durchführen braucht, weil der Schlamm und das Wasser dieselbe Strömungsrichtung haben.

0098517 1 802

Die vorliegende Problemstellung wird erfindungsgemäss hauptsächlich dadurch gelöst, dass wenigstens ein Teil des PrimärSchlammes durch innige Belüftung zu einer hochaktiven Schlammkultur, bestehend aus dem vorliegenden reichen Gehalt an organischer Substanz angepassten (heterotrophen) Bakterien, aufgearbeitet wird und die so erhaltene hochaktive Schlammkultur dem Abwasser im oder unmittelbar vor dem Belüftungsbecken zugegeben wird.

Gemäss einer zweckmässigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der gesamte oder ein wesentlicher Teil des PrimärSchlammes zu einem

••hochaktiven Schlamm verarbeitet, zweckmässig nach einer Homogenisierung in einem Desintegrator, einer Kugelmühle oder dgl.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann man zweckmässig eine Vorrichtung verwenden, die aus einer Vorbehandlungseinrichtung, einem Vorklärbecken, einem Belüftungsbecken, einer Schlammabscheideeinrichtung sowie einem separaten, zum Vorklärbecken angeschlossenen Züchtungsbehälter besteht und kennzeichnend für diese Vorrichtung ist, dass der Züchtungsbehälter mit einem Luftverteilungsorgan im Inneren des Behälters versehen ist. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird somit ein hochaktiver, d.h. extrem bakterienreicher, Schlamm hergestellt, der ein besonders schnelles Abbauen der organischen Substanzen bei der Passage des Abwassers durch die Belüftungsbecken ergibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand beigefügter Zeichnungen näher beschrieben, in welchen

Fig. 1 ein Fliesschema des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht, Fig. 2 ein schematisches Bild einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vorgeschlagenen Anlage,

Fig. 3 den in Fig. 2 gezeigten Züchtungsbehälter in vergrössertem Masstab und

Fig. k ein Diagramm bezüglich des Wirkungsgrades des vorliegenden Verfahrens zeigen.

Wie aus dem in Fig. 1 gezeigten Fliesschema ersichtlich ist, wird das cin-

0 Q 9 8 5 1 / T 8 Q 2

201767

laufende Abwasser zu einer Vorbehandlungseinrichtung geführt, die beispielsweise aus einem konventionellen Sieb und Sandfang bestehen kann. Das Abwasser wird hiervon zu einem Vorklärbecken geleitet, von welchem der abgeschiedene Primärschlamm über eine Homogenisierungseinrichtung zu einem separaten Züchtungsbehälter zwecks Züchtung eines hochaktiven Schlammes geleitet wird. Der so erhaltene hochaktive Schlamm wird danach dem Abwasser vor dessen Einlauf in ein Belüftungsbecken zugeführt und vom Belüftungsbecken wird das schlaiamhaltige Abwasser zu einem Flockungsbecken, gegebenenfalls nach Zusatz von Flockungsmitteln, geleitet. Vom Flockungsbecken wird die Suspension zu einer Flockenabscheidungsanlage geleitet, in welcher man teils den Schlamm ; durch Absetzen, Flotation oder Filtrierung entfernt, und teils das gereinigte Wasser ableitet. Wie mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, kann man, falls gewünscht, zwecks einer ersten Impfung eine kleinere Menge der vom Lüftungsbecken erhaltenen Suspension in den Züchtungsbehälter einleiten.

Wie aus dem Fliesschema hervorgeht., wird der im Vorklärbecken abgeschiedene. PrimärRchlamra zur Aufbereitung einer Bakterienkultur verwendet, die im Folgenden als'ein hochaktiver Schlamm bezeichnet wird. Dieser hochaktive Schlamm wird erfindungsgeraäss zum Impfen des Belebungsverfahrens anstatt des bei früheren Verfahren verwendeten Rücklaufschlammes verwendet. Der Primärschlamm kann zweckmässig vor'Einführung in den separaten Züchtungsbehälter homogenisiert werden. Die zur Züchtung verwendete Menge des Primärschlammes kann beliebig variiert werden, wobei gegebenenfalls hierzu nicht benutzter Primärschlamm zu einem gesonderten Anlage zwecks weiterer Behandlung geleitet wird.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zweckmässige Vorrichtung ist in Fig. 2 veranschaulicht. Diese Anlage umfasst ein Sieb oder Sandfang 1 und ein anschliessendes Vorklärbecken 2. Der im Vorbecken 2 anfallende Primärschlamm wird nach einer Homogenisierung in einem Desintegrator 3, einer Kugelmühle oder dgl. zu einem separaten Züchtungsbehälter k geführt. Dem Züchtungsbehälter h wird Luft in solcher Weise zugeführt, dass eine innige Mischung und Belüftung des Primärschlammes erzielt wird. Nach der in Fig. 3 näher gezeigten Ausbildung hat der Züchtungsbehälter lj· eine zylindrische Form mit einem sich verjüngenden Boden 5 und ist weiterhin mit einem inneren Zylin-

00985 1/1802

017671

der 6 zwecks Erzielung der angestrebten Zirkulation versehen. Die Luftzufuhr zum Züchtungsbehälter k wird durch ein im Boden des Behälters angeordnetes ringförmiges Rohr 7 mit einer Anzahl Löchern 8 erzielt.

Der homogenisierte Schlamm wird in den oberen Teil des Züchtungsbehälters eingeführt. Durch die Luftzufuhr wird der Inhalt im Behälter k mit einer nach unten gerichteten Bewegung im, Innenzylinder 6 zirkuliert. Der in dieser Weise erhaltene hochaktive Schlamm wird am Boden 5 des Behälters abgelassen und durch eine mit einer Pumpe 9 versehene Leitung 10 in das vom Vorklärbecken 2 abfliessende Abwasser unmittelbar vor oder nach dessen Einführung in das Belüftungsbecken 11 gefördert. Das Belüftungsbecken 11 ist in an sich bekannter Weise an eine Einrichtung 12 zum kontinuierlichen Einblasen von Luft angeschlossen. Das im Belüftungsbecken 11 behandelte Wasser wird danach zu einem zweckmässig. mit Umrührern versehenen Flockungsbecken 13 bewegt, in welchem man durch eine Dosiervorrichtung I^ etwaige Flockungsmittel, wie beispielsweise Aluminiumsulfat, technischen Ferrichlorid oder Kalk zuführen kann. Anschliessend wird die Suspension in eine Flockungsanlage 15 geleitet, in welcher sich der Schlamm absetzt und das gereinigte Wasser abläuft. .Dler hierbei erhaltene Schlamm kann danach zweckmässig zu einem Becken 16 für eine endgültige, beispielsweise aerobe Schlammstabilisierung geführt werden. Dieses Becken 16 kann auch für eine Stabilisierung des etwaigen restlichen PrimärSchlammes verwendet werden. Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann somit auch die Verwendung von konventionellen Faulräumen zur Stabilisierung des PrimärSchlammes ausgeschaltet werden.

Gegebenenfalls kann der Züchtungsbehälter k in mehrere, reihengeschaltete Einheiten k, ka, geteilt werden, wodurch ein erhöhter Schutz gegen eine etwaige Vergiftung des Prozesses erhalten wird.

Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene Verwendung eines hochaktiven Schlammes werden weiterhin folgende Vorteile erzielt:

A) Ein beschleunigtes Belebungsverfahren und hierdurch eine beträchtlich kürzere Reaktionszeit.

B) Das erfindungsgemässe Verfahren führt zu einem verbesserten Ausnutzen

009851 / 1 802

des Substrates und ermöglicht dadurch einen höheren Reinigungseffekt.

C) Die separate Züchtung des hochaktiven Schlammes kann beispielsweise durch eine verzögerte Primärschlaramzufuhr durchgeführt werden, sodass ein Schutz gegen Vergiftung des Prozesses entsteht.

D) Die Prozessregelung kann erfindungegemäss hauptsächlich auf ein variables Ableiten vom Züchtungsbehälter beschränkt werden.

E) Die Verwendung von Rücklaufschlamm kann gänzlich vermieden werden.

F) Erfindungsgemäss ist eine Stabilisierung von Primärschlamm normaler^ weise nicht notwendig. .

Der erfindungsgemäss erreichte technische Fortschritt wird nachstehend durch ein Beispiel näher erläutert:
Beispiel

Die nachstehenden prozesstechnischen Berechnungen sind anhand eines-mathematischen Modelies eines Belebungsverfahrens veröffentlicht in Water Research Pergamon Press I967, Vol. 1, Seiten 795— ÖOU, durchgeführt worden. Berechnungsvorausset zun&en

Zwecks Vereinfachung der Berechnungen wird angenommen, dass der Zulauf zur Reinigungsanlage konstant ist. Als VerunreinigungSEiasstab werden Sauerstoffäquivalente (g Sauerstoff pro m ) gemäßs der obigen Literaturquelle verwendet.

Im Folgenden wird mit einem Zulauf von 100 m /St gerechnet. Nach Behandlung im Vorklärbecken wird angenommen, dass der Verunreinigungsgrad (Substratkonzentration) des Abwassers 200 g Sauerstoff pro m entspricht, welcher· Wert die Substratkonzentration S darstellt. Als Primärschlamm wird 0,5 m/St abgezogen. Der Verunreinigungsgrad des Schlammes wird als 20 00.0 g Sauerstoff pro m angenommen. Der Schlamm wird in einem als Belüftungsbecken mit Umrührern versehenen Züchtungsbehälter für hochaktiven Schlamm behandelt. Die Belüftungszeit T(h) wird so gewählt, dass der Verunreinigungsgrad des aus dem Behälter abfliessenden Wassers etwa mit dem Verunreinigungsgrad des ent- " schlämmten Abwassers, d.h. 200 g Sauerstoff pro m, übereinstimmt. Die im Züchtungsbehälter hergestellte Kultur wird dem Belüftungsbecken zugegeben.

QQ98 5 1/1

Berechnungen und Resultate

Die prozesstechnischen Berechnungen bzgl. des Züchtungsbehälters wurden nach dem obengenannten Prozessmodell und mit folgenden Konstantwerten ausgeführt (bzgl. verwendeter Bezeichnungen vgl. die vorher genannte Literatur).

a = k g/m³, St

b = 0,0005 m³/g, St

m = 0,2 St"¹

Y = 0,k ,

Hierbei wurden folgende Berechnungsresultate erhalten:

T_c = 5,6 St >

Z - 38 g/m³
X - fUOO

Das Volumen des Züchtungsbehälters beträgt somit 2,8 m .

Zwecks Berechnung der prozesstechnischen Zusammenhänge musste das im vorgenannten mathematischen Modell verwendete Berechnungsverfahren mit Rücksicht auf die geänderten Voraussetzungen modifiziert werden. Die Balanzäcmation für den Gehalt lebender Bakterien, X, wird, wenn die Balanzaquation a,uf eine Zeiteinheit von einer Stunde bezogen wird:

0,5 x 7¹^QO * 0,5 T X(l-| = 100 X ...... ..... ......... 1

η b

Die Balanzäquation für den Gehalt abgetöteter Zellen, Z, ist;

0,5 x 38 + 0,5 T X t - 0,5 T bXZ = 100 Z 2

non

Die Balanzäquation für das Substrat ist:

100 χ 200 + 0,5 T_n bXZ - 0,5 T_n -| = loo S ,...,..... 3

0:09 8 5 1/1802

201767

T bezeichnet die Aufenthaltzeit (St) im Belüftungsbecken und S in diesem η

Falle die Substratkonzentration des gereinigten Wassers.

Der Wirkungsgrad des Prozesses wird mit H- bezeichnet und als

100 definiert.

300 ■

Die Berechnungsresultate gehen aus der Tabelle 1 hervor.

Tabelle 1 ; »

Zusammengehörende Werte von S, X, Z und T sowie Wirkungsgrad

S	5	X	Z	T η	98,3
8	133	339	3,60	97,3
10	279	193	1,72	96,7
20	305	Ih6	1,U6	93,3
30	323	73	1,10	90,0
1+0	3h6	1*5	1,03	86,7
300	26	0,97

Wie aus Fig. h hervorgeht, ergibt das erfindungsgemässe Verfahren schon nach relativ kurzer Zeit einen hohen Wirkungsgrad. Eine entsprechende Berechnung eines normalen Belebungsverfahrens mit den gleichen Konstantwerten und den gleichen hydraulischen Bedingungen zeigt, dass der Wirkungsgrad bei zunehmender Aufenthaltzeit sich asymtotisch einem Grenzwert, der 93,3 % nicht übersteigt, nähert, während bei der Verwendung eines hochaktiven Schlammes Werte von über 98 % erzielt werden.

00 98 51 / 180 2

Claims

201767

Patentansprüche

1. ] Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, wobei das Abwasser nach einer Abscheidung von Primärschlämm im Vorklärbecken in einem nachfolgenden BelüftungR-

. becken unter Zusatz einer,, in einem gesunde*©* Behälter gezüchteten Bakterienkultur behandelt wird, wonach der im wesentlichen aus Bakterienzellen bestehende Schlamm in der vom Belüftungsbecken austretenden Suspension, gegebenenfalls nach Zugabe von Flockungsmitteln, in bekannter Weise abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil des Primärschlammes durch innige Belüftung zu einer hochaktiven Schlammkultur bestehend aus dem vorliegenden reichen Gehalt an organischer Substanz angepassten (heterotrophen) Bakterien aufgearbeitet wird und dass die so erhaltene hochaktive Schlammkultur dem Abwasser im oder unmittelbar vor dem Belüftungsbecken zugegeben wird.

2. · Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärschlamm vor Aufarbeitung der hochaktiven Schlammkultur homogenisiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärschlamm während seiner Aufarbeitung einer derartigen Belüftungszeit unterworfen wird, dass der Verunreinigungsgrad der mit dem hochaktiven Schlamm abgehenden Flüssigkeit hauptsächlich dem Verunreinigungsgrad des im Vorklärbecken von Schlamm befreiten Wassers entspricht.

k. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-3, bestehend aus einer Vorbehandlungseinrichtung (l), einem Vorklärbecken (2), einem BelüftungBbecken (ll), einer Schlammabscheidungseinrichtung (15) sowie einem separaten zum Vorklärbecken (2) angeschlossenen Züchtungsbehälter (M > dadurch gekennzeichnet, dass der Züchtungsbehälter (k) innerhalb des Behälters mit einem Luftverteiler (7) versehen ist.

009851/1802

2QI7671

5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftverteiler (7).ringförmig ausgebildet ist'und eine Anzahl Löcher (8) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch k und 5₅ .dadurch gekennzeichnet, dass der Züchtungsbehälter (k) über eine mit einem Regelorgan (9) versehene Leitung (10) mit dem Lüftungsbecken (ll) verbunden ist.

7· Vorrichtung nach den Ansprüchen k - 6, dadurch g e k e η η -■ zeichnet, dass der Züchtungsbehälter (U) in mehrere, reihengeschaltete Behälter aufgeteilt ist.

98 51 /1802