DE4308159A1

DE4308159A1 - Process for decreasing the COD load in wastewater

Info

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

Abstract

A process is described for decreasing the COD load in wastewater (effluent) in which an oxidation step, in particular an ozonation step, is provided upstream of a biological filter (17), the biocoenosis of which can catabolize carbon. The ozonation leads to partial decrease of COD and to a structural change in the remaining COD so that it is broken down by the biocoenosis in the biological filter (17). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbau der CSB- Belastung in Abwasser, bei dem mindestens ein biologischer Filter vorgesehen ist, der sowohl eine chemisch- physikalische als auch eine biologische Reinigung bewirkt.The invention relates to a method for reducing the COD Pollution in wastewater with at least one biological Filter is provided, which is both a chemical causes physical as well as biological cleaning.

Der Abwasserreinigungsprozeß kann entweder klassisch, d. h. mit einer einstufigen Belebung mit einer Bemessung nach dem Arbeitsblatt A 131 der abwassertechnischen Vereinigung (ATV) oder zweistufig, d. h. mit einem nachgeschalteten biologischen Filter, durchgeführt werden. In beiden Fällen kommt es oft vor, daß aufgrund von Industrieeinflüssen oder von Bedingungen, die an der Struktur des Einzugsgebietes liegen, der wasserlösliche CSB-Anteil erhöht ist. Hinzu kommt, daß das bei der separaten Schlammbehandlung anfallende Trübwasser, das der Kläranlage wieder zugeführt wird, auch noch CSB enthält, wodurch die CSB-Belastung im Zulauf noch weiter erhöht wird.The wastewater treatment process can be either classic, i.e. H. with a one-stage revitalization with a dimensioning according to Worksheet A 131 of the Sewage Technology Association (ATV) or two-stage, d. H. with a downstream biological filter. In both cases it often happens that due to industrial influences or of conditions related to the structure of the catchment area lie, the water-soluble COD portion is increased. In addition that comes with separate sludge treatment resulting cloudy water that is fed back to the sewage treatment plant also contains COD, which means that the COD burden in the Inflow is increased even further.

Überschreitet die CSB-Belastung eine gewisse Schwelle, kann sie nicht mehr eliminiert werden, weil zum einen die Abbaukapazität der Filter erschöpft ist und zum anderen die CSB-abbauenden Mikroorganismen nur bei Schwachlast, d. h. bei relativ geringer CSB-Belastung, aktiv sind.If the COD load exceeds a certain threshold, can they can no longer be eliminated because, on the one hand, the Degradation capacity of the filter is exhausted and on the other hand the COD-degrading microorganisms only at low loads, i.e. H. at relatively low COD burden, are active.

Die maximal zulässige CSB-Konzentration im Ablauf ist in den gesetzlichen Mindestanforderungen als 75 mg CSB/l definiert. Mit ein- oder zweistufigen Kläranlagen erreicht man bei Schwachlast je nach Beschaffenheit des Abwassers Ablaufwerte von 60-70 mg CSB/l. Die regionalen Überwachungsbehörden können aber, z. B. wenn die Gewässerbelastung besonders hoch ist, die Mindestanforderung noch weiter herabsetzen. Zur Erfüllung dieser Mindestanforderung kann im Klarwasserablauf am Ende der Kläranlage ein Aktivkohlefilter zugeschaltet werden, der die gelösten CSB-Anteile auf adsorptivem Wege in ihrer Konzentration erniedrigt. Alternativ kann Pulverkohle, zum Beispiel in Anschwemmfiltern eingesetzt werden. Durch die begrenzte Adsorptionskapazität der Aktivkohle für CSB führt dieser jedoch zu häufiger Regeneration bzw. hohen Dosiermengen an Pulverkohle und damit zu erheblichen Betriebskosten. The maximum permissible COD concentration in the drain is in the legal minimum requirements defined as 75 mg COD / l. With one or two-stage wastewater treatment plants you can reach at Low load depending on the nature of the waste water from 60-70 mg COD / l. The regional surveillance authorities but can, e.g. B. when the water pollution is particularly high is to lower the minimum requirement even further. For This minimum requirement can be met in the clear water drain An activated carbon filter is activated at the end of the sewage treatment plant the dissolved COD components in an adsorptive way their concentration decreased. Alternatively, powdered coal, for example in precoat filters. Due to the limited adsorption capacity of the activated carbon for However, COD leads to frequent regeneration or high levels Dosage quantities of powdered coal and therefore too considerable Operating cost.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der o.g. Art so zu verbessern, daß die CSB-Belastung auch bei einer erhöhten CSB-Fracht im Zulauf schon innerhalb der biologischen Aufbereitungsstufen zuverlässig und kostengünstiger auf unter 60 mg CSB/l reduziert wird.The object of the invention is to provide a method of the above. Kind of like that to improve the COD burden even at an increased COD cargo in the supply already within the biological Preparation levels reliably and cost-effectively is reduced below 60 mg COD / l.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß vor den biologischen Filter ein Oxidationsschritt geschaltet ist, bei dem das Abwasser mit einem Oxidationsmittel behandelt wird. Das Oxidationsmittel ist bevorzugt Ozon, aber auch Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist geeignet.The solution to the problem is that an oxidation step is connected upstream of the biological filter, in which the waste water is treated with an oxidizing agent. The oxidizing agent is preferably ozone, but hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) is also suitable.

Die Oxidation hat zwei Wirkungen. Einerseits führt sie zu einem direkten Abbau der CSB-Belastung je nach Dosierung um etwa 10 bis 50%. Der verbleibende CSB wird andererseits insbesondere durch das äußerst reaktive Ozon, das ein starkes Oxidationsmittel ist, in seiner Struktur verändert, aufgeschlossen und so für Mikroorganismen leichter abbaubar. Die chemische Veränderung des CSB führt außerdem dazu, daß sein eventuell hemmender Einfluß auf den Stoffwechsel der CSB-abbauenden Mikroorganismen beseitigt werden kann. Der biologische Filter muß belüftet sein, wenn im Zulauf nicht genügend Restsauerstoff aus der Oxidation enthalten ist, um den CSB-Abbau zu gewährleisten. Durch die Kopplung der Oxidation an eine nachgeschaltete biologische Filtration wird der in seiner Struktur veränderte CSB von den auf dem Filtermaterial immobilisierten Mikroorganismen also zuverlässiger und effektiver abgebaut.The oxidation has two effects. On the one hand, it leads for a direct reduction of the COD load depending on the dosage by about 10 to 50%. The remaining COD, on the other hand, will especially through the extremely reactive ozone, the one strong oxidizing agent is changed in its structure, open-minded and thus more easily degradable for microorganisms. The chemical change in the COD also means that its possibly inhibiting influence on the metabolism of the COD-degrading microorganisms can be eliminated. Of the biological filters must be ventilated if not in the inlet enough residual oxygen from the oxidation is contained to to ensure the COD reduction. By coupling the Oxidation to a downstream biological filtration the structure of the CSB will be changed from that on the So filter material immobilized microorganisms mined more reliably and effectively.

Die zusätzliche Reinigungsstufe in Form der Oxidation ist an beliebiger Stelle in den normalen Lauf der Kläranlage integriert und kostengünstiger als z. B. ein Aktivkohlefilter. Es wird nämlich kein vollständiger Abbau des CSB durch Ozon oder H₂O₂ verlangt, was große Mengen dieser ebenfalls nicht billigen Substanzen erfordern würde, sondern nur gerade soviel, um eine Teiloxidation zu erreichen und die biologische Abbaubarkeit zu verbessern. Ein weiterer Vorteil der Oxidation ist, daß keinerlei Reststoffe in Form von Schlämmen etc. anfallen, bzw. keine aufwendigen Maßnahmen zur Luftreinhaltung, wie bei der therminischen Regeneration von Aktivkohle erforderlich sind. Darüber hinaus führt die Oxidation zu weiteren Effekten, die die Abwasserqualität verbessern bzw. die Aufbereitung erleichtern. Insbesondere sind hier zu nennen: Entfärbung, Desinfektion, und Mikroflockung.The additional cleaning stage in the form of oxidation is integrated at any point in the normal operation of the sewage treatment plant and is less expensive than e.g. B. an activated carbon filter. This is because no complete decomposition of the COD by ozone or H ₂ O _{2 is} required, which would also require large quantities of these substances which are not cheap either, but only just enough to achieve partial oxidation and to improve the biodegradability. A further advantage of the oxidation is that no residues in the form of sludges etc. are produced, or no complex measures for air pollution, as are required for the thermal regeneration of activated carbon. In addition, the oxidation leads to other effects that improve the wastewater quality or facilitate the treatment. The following are particularly worth mentioning: discoloration, disinfection and microflocculation.

Vorteilhafterweise erfolgt der Oxidationsschritt in einer Begasungskammer, im einer Teilstromführung oder, wenn Ozon verwendet wird in einem Tiefreaktor. Der Tiefreaktor hat den Vorteil, daß er eine sehr gute Reaktionsführung aufgrund einer fast idealen Pfropfenströmung gewährleistet. Dadurch kann man mit einem geringeren Reaktionsvolumen arbeiten. Der Stoffübergang des Ozons beträgt mehr als 95%. The oxidation step advantageously takes place in one Fumigation chamber, in a partial flow or if ozone is used in a deep reactor. The deep reactor has that Advantage that he has a very good reaction management guaranteed an almost ideal plug flow. Thereby you can work with a smaller reaction volume. Of the Mass transfer of the ozone is more than 95%.

Die spezifische Ozondosis beträgt vorteilhafterweise 0,5 bis 1,5 mg O₃/mg DOC, insbesondere 0,7 mg O₃/mg DOC. Höhere Dosen sind selbstverständlich ebenfalls möglich.The specific ozone dose is advantageously 0.5 to 1.5 mg O ₃ / mg DOC, in particular 0.7 mg O ₃ / mg DOC. Of course, higher doses are also possible.

Das Ozon wird bevorzugt in an sich bekannter Weise in einer Ozonisatorröhre durch stille elektrische Entladung im Mittelfrequenzbereich erzeugt. Daraus resultiert eine hohe spezifische Ozonproduktion schon bei relativ niedrigen Spannungen, z. B. 9 kV. Dadurch sind auch keine Durchschläge zu befürchten, d. h. die Lebensdauer der Ozonisatorröhre ist relativ hoch. Eine solche Vorrichtung hat einen geringen spezifischen Energiebedarf und ermöglicht eine kompakte Bauweise.The ozone is preferably used in a manner known per se Silent electrical discharge in the ozonizer tube Medium frequency range generated. This results in a high one specific ozone production even at relatively low Tensions, e.g. B. 9 kV. This also means there are no carbon copies to fear d. H. is the life of the ozonizer tube quite high. Such a device has a small size specific energy requirements and enables a compact Construction.

Besonders günstig ist es, Ozon aus technischem Sauerstoff zu erzeugen, der durch fraktionierte Destillation verflüssigter Luft hergestellt wird. Man erhält in der Regel 6 Vol-% Ozon; maximal sind etwa 8 Vol-% Ozon erreichbar.It is particularly cheap to add ozone from technical oxygen generate the liquefied by fractional distillation Air is produced. As a rule, 6% by volume of ozone is obtained; a maximum of about 8 vol% ozone can be reached.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben.In the following an embodiment of the inventive method using the attached Drawing described in more detail.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Begasungskammer 12 und einen an deren Ablauf 15 gekoppelten biologischen Filter 17, der so gesteuert ist, daß die dort immobilisierten Mikroorganismen aerob NH₄-N zu NO₃-N umsetzen und Kohlenstoffverbindungen abbauen. Die Begasungskammer 12 und der biologische Filter 17 sind Teil einer zweistufigen biologischen Kläranlage, wobei der biologische Filter 17 zu einer zweiten biologischen Reinigungsstufe gehört, die einer ersten biologischen Reinigungsstufe oder Belebungsstufe nachgeschaltet ist. Es versteht sich von selbst, daß die Begasungskammer 12 in eine beliebige biologische Reinigungsstufe integriert werden kann. Fig. 1 shows schematically a fumigation chamber 12 and a processor coupled to the expiry of 15 biological filter 17, which is controlled so that the immobilized microorganisms aerobically there NH ₄ -N to NO ₃ -N implement and remove carbon compounds. The gassing chamber 12 and the biological filter 17 are part of a two-stage biological sewage treatment plant, the biological filter 17 belonging to a second biological cleaning stage which is connected downstream of a first biological cleaning stage or activation stage. It goes without saying that the gassing chamber 12 can be integrated into any biological cleaning stage.

Die Begasungskammer 12 hat einen Zulauf 11 und einen Ablauf 15 für das Abwasser. Sie ist durch eine vertikale Trennwand 30, die nicht ganz bis auf den Boden reicht, in zwei Kammern 31, 32 unterteilt. In die dem Zulauf 11 benachbarte Kammer 31 mündet eine Ozonzufuhr 13, die von einem nicht gezeigten Ozonneur kommt und sich in einem oder mehreren Verteilsträngen 14 fortsetzt, welche poröse Begasungskörper 14′ tragen.The gassing chamber 12 has an inlet 11 and an outlet 15 for the waste water. It is divided into two chambers 31 , 32 by a vertical partition 30 , which does not extend all the way to the bottom. In the inlet 11 adjacent chamber 31 opens an ozone supply 13 , which comes from an ozonator, not shown, and continues in one or more distribution lines 14 , which carry porous fumigation body 14 '.

Im biologischen Filter 17 ist ein körniges Filtermaterial 22 auf einer etwa 30 cm hohen Stützkiesschicht 21 etwa 3 m hoch aufgeschüttet. Die Stützkiesschicht liegt ihrerseits auf einem Düsenboden 18, in den Spülluftdüsen 19 eingelassen sind. Unter dem Düsenboden 18 befinden sich ein Abwasserzulauf 16 und eine Spülluftzufuhr 20. In den Abwasserzulauf 16 mündet ein Spülwasserzulauf 27, der über eine Spülwasserpumpe 28 mit Spülwasser für die Rückspülung des biologischen Filters beschickt wird. In die Stützkiesschicht 21 ist ein Prozeßluftverteiler 23 mit Prozeßluftdüsen 24 eingebettet. In den Prozeßluftverteiler 23 mündet eine Prozeßluftzufuhr 25. Am oberen Ende des biologischen Filters befinden sich ein Ablauf 26 für das Klarwasser und ein Spülwasserablauf 29.In the biological filter 17 , a granular filter material 22 is piled up on an approximately 30 cm high supporting gravel layer 21 approximately 3 m high. The supporting gravel layer in turn lies on a nozzle base 18 in which scavenging air nozzles 19 are embedded. A waste water inlet 16 and a purge air supply 20 are located under the nozzle base 18 . A rinse water inlet 27 opens into the wastewater inlet 16 and is fed with rinse water for backwashing the biological filter via a rinse water pump 28 . A process air distributor 23 with process air nozzles 24 is embedded in the supporting gravel layer 21 . A process air supply 25 opens into the process air distributor 23 . At the upper end of the biological filter there is an outlet 26 for the clear water and a rinse water outlet 29 .

Das Abwasser gelangt durch den Zulauf 11 in die Kammer 31 der Begasungskammer 12, strömt entlang der Trennwand 30 nach unten, gelangt in die Kammer 32 und strömt dort nach oben zum Ablauf 15. Am Boden der Kammer 31 wird das Abwasser mit dem Ozon versetzt, das aus den Begasungskörpern 14′ austritt und in der Kammer 31 aufsteigt. Abwasser und Ozon befinden sich also im Gegenstrom. Die Kammer 32 dient als Nachreaktionsbehälter, in dem langsamer ablaufende Reaktionen zwischen dem gelösten Ozon und dem organischen Wasserinhaltsstoff ablaufen.The waste water passes through the inlet 11 into the chamber 31 of the gassing chamber 12 , flows downwards along the partition 30 , enters the chamber 32 and flows up there to the outlet 15 . At the bottom of the chamber 31 , the wastewater is mixed with the ozone which emerges from the fumigation bodies 14 'and rises in the chamber 31 . Wastewater and ozone are therefore countercurrent. The chamber 32 serves as a post-reaction container in which slower reactions between the dissolved ozone and the organic water content take place.

Das mit dem Ozon behandelte Abwasser gelangt nun durch den Zulauf 16 in den biologischen Filter 17. Dort tritt es durch den Düsenboden 18 in das Filtermaterial 22 und gelangt am oberen Ende des biologischen Filters schließlich in dessen Ablauf 26. Währenddessen wird der biologische Filter 17 über den Prozeßluftverteiler 23 belüftet. Im biologischen Filter wird die Kohlenstoffbelastung des zulaufenden Abwassers einmal biologisch durch die auf dem Filtermaterial 22 immobilisierten Mikroorganismen und zum anderen durch den Rückhalteeffekt für suspendierte Stoffe des Filtermaterials 22 abgebaut.The wastewater treated with the ozone now passes through the inlet 16 into the biological filter 17 . There it passes through the nozzle base 18 into the filter material 22 and finally reaches the outlet 26 at the upper end of the biological filter. In the meantime, the biological filter 17 is ventilated via the process air distributor 23 . In the biological filter, the carbon pollution of the incoming wastewater is biodegraded on the one hand by the microorganisms immobilized on the filter material 22 and on the other hand by the retention effect for suspended substances of the filter material 22 .

Als sehr wirkungsvoll für den direkten Abbau bei einer Zulaufkonzentration von 35 mg/l CSB gelöst hat sich eine spezifische Ozondosis von 0,7 mg 03/ mg DOC bei 6 g O₃/m³ erwiesen. Bei einer Reaktionstemperatur von 12°C, einem pH von 7,1 und einer Ozonungsdauer von 28 min beobachtet man eine CSB_gesamt-Abbauleistung von etwa 40% und eine CSB_gelöst- Abbauleistung von etwa 30% allein durch die Ozonierung. Die Veränderung der CSB-Struktur wird durch die Abnahme der UV- Absorption der Abwasserinhaltsstoffe im Ablauf 15 belegt. Diese Beobachtung deutet auf eine Verringerung der Zahl konjugierten Doppelbindungen und der Ringsysteme in den betreffenden organischen Verbindungen hin.A specific ozone dose of 0.7 mg 03 / mg DOC at 6 g O ₃ / m ^{3 has} proven to be very effective for direct degradation at an inlet concentration of 35 mg / l COD. At a reaction temperature of 12 ° C, a pH of 7.1 and an ozonation time of 28 min, a _total COD degradation rate of approximately 40% and a COD _dissolved - a degradation rate of approximately 30% can be observed by ozonation alone. The change in the COD structure is evidenced by the decrease in the UV absorption of the waste water constituents in drain 15 . This observation indicates a reduction in the number of conjugated double bonds and the ring systems in the organic compounds in question.

Im Ablauf 26 des biologischen Filters 17 beobachtet man eine weitere Verringerung der Kohlenstoffbelastung, die größer ist als bei biologischen Filtern ohne vorgeschaltete Ozonierung und unter 40 mg/l liegt.In the outlet 26 of the biological filter 17 , a further reduction in the carbon load is observed, which is greater than that of biological filters without an upstream ozonation and below 40 mg / l.

BezugszeichenlisteReference list

10 Abwasserreinigungsanlage
11 Zulauf von 12
12 Begasungskammer
13 Ozonzufuhr
14 Verteilstrang
14′ Begasungskörper
15 Ablauf von 12
16 Zulauf des biologischen Filters
17 biologischer Filter
18 Düsenboden
19 Spülluftdüsen
20 Spülluftzufuhr
21 Stützkiesschicht
22 Filtermaterial
23 Prozeßluftverteiler
24 Prozeßluftdüsen
25 Prozeßluftzufuhr
26 Ablauf des Bioreaktors
27 Spülwasserzulauf
28 Spülwasserpumpe
29 Spülwasserablauf
30 Trennwand
31 Kammer
32 Kammer 10 wastewater treatment plant
11 inflow of 12
12 fumigation chamber
13 ozone supply
14 distribution line
14 ′ fumigation body
15 expiry of 12
16 Inlet of the biological filter
17 biological filters
18 nozzle base
19 purge air nozzles
20 Purge air supply
21 gravel support layer
22 filter material
23 Process air distributor
24 process air nozzles
25 Process air supply
26 Process of the bioreactor
27 rinse water inlet
28 rinse water pump
29 Rinse water drain
30 partition
31 chamber
32 chamber

Claims

1. A process for reducing the COD load in wastewater, in which at least one biological filter ( 17 ) is provided, which brings about both chemical-physical and biological purification, characterized in that an oxidation step before the biological filter ( 17 ) is switched, in which the waste water is treated in a reaction vessel ( 12 ) with an oxidizing agent.

2. The method according to claim 1, characterized in that the oxidizing agent is ozone or hydrogen peroxide.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reaction vessel ( 12 ) is a gassing chamber, a partial flow or a deep reactor.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the specific ozone dose is 0.5 to 1.5 mg O ₃ / mg DOC.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that ozone in Medium frequency range and / or from technical Oxygen is generated.