DE69203513T2

DE69203513T2 - Verfahren und Anlage zur Behandlung von Gülle.

Info

Publication number: DE69203513T2
Application number: DE69203513T
Authority: DE
Inventors: Abraham Klapwijk; Iman Willem Koster
Original assignee: Ecotechniek BV
Current assignee: Ecotechniek BV
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2012-04-17
Also published as: CA2066466A1; HUT65112A; ATE125239T1; DK0509609T3; IL101486A0; PL294273A1; NO921378L; HU9201142D0; IL101486A; DE69203513D1; KR920019680A; EP0509152A1; TW202424B; JPH0655195A; US5290451A; YU40692A; EP0509609B1; FI921663A; ES2074808T3; FI921663A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Dünger, Flüssigdünger und/oder Kjeldahl-N beinhaltendes Abwasser, das einer Nitrifikation in einer ersten Stufe und in einer Denitrifikation in einer darauffolgenden Stufe unterzogen wird, und zwar in einem belüfteten Reaktor, der Aktivschlamm beinhaltet, der reich an nitrifizierenden Bakterien ist, die in der Nitrifikationsstufe verwendet werden, und es werden, falls nötig, säureneutralisierende Chemikalien dem Reaktor zugeführt, und ein Denitrifikationsreaktor hoher Leistung, der eine sehr kompakte Biomasse enthält, die dazu in der Lage ist, Nitrate in Stickstoffgas umzuwandeln und der ein organisches Substrat zugesetzt wird, werden in der Denitrifikationsstufe verwendet.
Ein Verfahren dieser Art ist unter anderem aus Agrarisch Dagblad vom 14. März 1988 bekannt. Nach diesem Verfahren wird der Flüssigkeitsanteil eines fermentierten halbflüssigen Düngers behandelt. Die biologisch abbaubaren organischen Substanzen, nitrifizierbarer Stickstoff und Phosphor, die in dem Flüssigkeitsanteil eines anaeroben oder fermentierten halbflüssigen Düngers vorliegen, können großteils entfernt werden. Das Verfahren besteht im wesentlichen aus der Kopplung einer Nitrifikationsstufe in einem Nitrifikationsreaktor, in welchem Ammoniak mittels Bakterien in oxidierten Stickstoff umgewandelt wird, mit einer Denitrifikationsstufe in einem Denitrifikationsreaktor, in welchem oxidierter Stickstoff durch Bakterien in Stickstoffgas umgewandelt wird, wobei das in der Flüssigkeit vorliegende Phosphat gleichzeitig als ein chemischer Bodensatz bzw. Niederschlag in dem Reaktor konzentriert bzw. gesammelt wird. Oxidation von Ammoniak führt zu einer Erniedrigung des pH-Wertes, welcher entgegengetreten werden kann, indem Kalk dosiert zugeführt wird und/oder Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor (Recycling bzw. Rückführung) dem Nitrifkationsreaktor dosiert zugeführt wird. Während der Nitrifikationsstufe wird ebenso etwas Stickstoff und Phosphat entfernt, indem Stickstoff und Phosphat in den neuen Zellen bzw. Kammern des Aktivschlamms eingebracht wird. Dieser Stickstoff und Phosphat wurde während der Fermentierung des Düngers freigesetzt, wodurch abbaubare Substanzen CO&sub2; und CH&sub4; abgeben. Nach dem bekannten Verfahren wird der Nitrifikationsreaktor (der entweder ein Zuführ-Befüllungsreaktor bzw. Zuführ-Mischreaktor oder ein Befüllungsreaktor bzw. Mischreaktor sein kann) schubweise bzw. mit abgeteilten Mengen betrieben. Er wird dann belüftet, bis das gesamte Ammoniak nitrifiziert worden ist, danach wird die Belüftung vorübergehend angehalten, um es dem Schlamm zu ermöglichen, sich zu setzen. Der nitrifizierte flüssige Dünger fließt zur Behandlung in der Denitrifikationsstufe ab, während der Aktivschlamm in dem Nitrifikationsreaktor für einen nachfolgenden Zyklus zurückbleibt. In der Denitrifikationsstufe wird das Abwasser bzw. das (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor nach oben durch eine USB-(Upflow Slib Bed bzw. Aufwärtsfließ- Slib-Bett)-Reaktor gepumpt. In diesem Reaktor befindet sich eine sehr kompakte Biomasse, die in der Lage ist, Nitrate in Stickstoffgas umzuwandeln. Um zu ermöglichen, daß diese Stufe arbeitet, muß dem Reaktor ein organisches Substrat - z.B. Methanol - zugeführt werden. Säure wird während der Denitrifikationsstufe verbraucht, infolgedessen nimmt der pH-Wert in dem Bakterienbett zu. Infolge dieser Zunahme bildet sich ein unlösbarer Phosphatbodensatz in der Flüssigkeit, wobei Kalziumionen vorliegen. Die Düngerverarbeitung, die aus einer Düngerfermentation und Trennung von fermentiertem Dünger, gefolgt durch das Verfahren zur Behandlung des Flüssigkeitsanteils des fermentierten halbflüssigen Düngers, besteht, und das oben beschrieben worden ist, ist in der Fig. 1 gezeigt. (Die Zahlen bzw. Ziffern dieser und der folgenden Figuren werden in der Tabelle A erklärt).
Eine Anzahl von Düngerverarbeitungsanlagen werden derzeit entwickelt, z.B. Promest in Helmond. In diesen Anlagen wird halbflüssiger Dünger verdampft, um ein trockenes Erzeugnis zu ergeben, was eine ganze Menge an Energie kostet, da halbflüssiger Dünger aus mehr als 90% Wasser besteht. Darüber hinaus erfordert diese Verdampfung eine komplexe Technologie, die tatsächlich noch entwickelt werden muß, um sie auf Dünger anzuwenden. Die Verarbeitungskosten dieses Typs, um trockenen körnigen oder pulvrigen Dünger auszubilden, sind nachfolgend sehr hoch.
Ein Zugang, der sich von dem oben beschriebenen unterscheidet, ist die Behandlung von halbflüssigem Dünger in herkömmlichen Abwasserreinigungsanlagen. Derzeit wird dies ebenso zur Behandlung von flüssigen Düngern von Kälbern verwendet. Die übliche Düngerbehandlung hat den beträchtlichen Nachteil, daß das Verfahren eine grobe Menge an Schlamm (überschüssigen Bakterien) produziert und daß das Verfahren nicht dazu in der Lage ist, das Phosphat zu entfernen. Dies bedeutet, daß gesonderte Vorkehrungen zur Schlammbehandlung und De- bzw. Entphosphatierung getroffen werden müssen. Eine herkömmliche Düngerbehandlung erfordert auch einen ziemlich großen Raumbedarf auf.
Das Verfahren, über das in Agrarisch Dagblad vom 17. März 1988 berichtet wurde, hat den Vorteil, daß es relativ preiswert ist und in einer raumsparenden Anlage durchgeführt werden kann. Jedoch treten ebenso eine Reihe von Problemen bei dem bekannten Verfahren bei der Behandlung von fermentiertem Dünger auf.
Eine kompakte Düngerbehandlungsanlage für Dünger und fermentierten Dünger oder Kjeldahl-N beinhaltendes Abwasser kann nur hergestellt und aufrechterhalten werden, falls:
a) die Dosierung bzw. Zuteilung des fermentierten Flüssigkeitsanteils an die Nitrifikationskapazität des Nitrifikationsreaktors angepaßt wird. Der Nitrifikationsreaktor darf nicht überladen bzw. überlastet werden, und darf aber ebenso nicht mit Unterbelastung betrieben werden.
b) Die Zuteilung von Methanol (oder anderen Kohlenstoffquellen) zu dem Denitrifikationsreaktor an die Nitratlast in dem Denitrifikationsreaktor angepaßt wird. In dem Fall der Unterdosierung bzw. Unterzuteilung wird nicht das gesamte Nitrat entfernt; in dem Fall der Überdosierung ist jedoch Methanol (oder andere Kohlenstoffquellen) in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser, das abgegeben werden soll, vorhanden.
c) Die Abwasserrückführung von dem Denitrifikationsreaktor zu dem Nitrifikationsreaktor wird so gesteuert, daß sie optimal ist. Zu geringe Rückführung führt zu einer Nitratkonzentration, die eine hemmende Auswirkung auf die Bakterien hat; eine zu starke Rückführung hat zur Folge, daß der Reaktor hauptsächlich mit Flüssigkeit gefüllt wird, die bereits behandelt worden ist.
Diese Punkte können durch die Verwendung getrennter Instrumente erreicht werden, wobei es nötig sein wird, einige Bedienungen bzw. Tätigkeiten per Hand vorzunehmen. Darüber hinaus können die Ergebnisse der verschiedenen Messungen in einem geregelten Betrieb ohne das Eingreifen eines Bedieners nicht einbezogen und in steuernde Tätigkeiten bzw. Vorgänge übertragen werden. Weiter kann das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor noch organische Substanzen beinhalten, die nicht weiter in dem Nitrifikationsreaktor abgebaut werden können. Organische Materialien, die in den Denitrifikationsreaktor eingeführt werden, können in anorganische Materialien in jenem Reaktor umgewandelt werden, wobei Ammoniumstickstoff freigesetzt wird, welches dann (soweit es nicht über den Rückführstrom zugeführt wird) mit dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser abgegeben wird.
Die parallel anhängige europäische Anmeldung 90 202 728.3 (ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPÜ) betrifft ein Verfahren von der Art, wie es in dem Oberbegriff angedeutet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des Nitrifikationsreaktors gesteuert wird und die optimale Nitrifikation und Denitrifikation auf der Grundlage von einem oder mehreren der folgenden Daten erhalten wird:
- der hereinkommenden Stickstofflast;
- der Information(en) aus dem WAZU-Respirationsmeßgerät (niederländische Patentanmeldung Nr. 8600396, angemeldet am 17. Februar 1986);
- der pH-Wert in dem Nitrifikationsreaktor, wobei das Kriterium bzw. die Vorgabe für diesen ist, daß er in dem Bereich liegt, der durch 6 und 8,5 begrenzt ist;
- der Menge der benötigten Luft;
- der Aufenthaltsdauer;
- der Temperatur sowohl in dem Nitrifikationsreaktors als auch in dem Denitrifikationsreaktor, wobei das Kriterium bzw. die Vorgabe für diese ist, daß sie niedriger als 40ºC ist;
- der Konzentration oxidierten Stickstoffs in dem Zufluß für den Denitrifikationsreaktor, wobei das Kriterium bzw. die Vorgabe für diese ist, daß die Konzentration zwischen 0 und 4 g N/l liegt;
- der Konzentration oxidierten Stickstoffs in dem Nitrifikationsreaktor, wobei das Kriterium bzw. die Vorgabe für diese in der Schlamm/Flüssigkeitsmischung in dem Reaktor ist, daß die Konzentration zwischen 0 und 4 g N/l liegt;
- der Konzentration der Kohlenstoffquelle in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor;
- der Gaserzeugung in dem Denitrifikationsreaktor, wobei sich die oben erwähnten Probleme daran wenden.
Ein Aspekt des Verfahrens der parallel anhängigen europäischen Anmeldung ist, daß ein Instrument, ein Respirationsmeßgerät (WAZU-Respirationsmeßgerät) verwendet werden kann, mit dem die Momente bzw. Augenblicke, an denen die Behandlungsverfahren vollendet sind, ergründet bzw. nachgewiesen werden können und mit dem sowohl die Kjeldahl-N- Konzentration in dem Flüssigkeitsanteil in dem zu behandelnden fermentierten Dünger als auch die Nitratkonzentration in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor (= Zuführung aus dem Denitrifikationsreaktor) berechnet werden kann. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß die Verwendung eines derartigen Respirationsmeßgerätes nicht benötigt wird. Die anderen erwähnten Daten genügen ebenso für eine gute Steuerung des Verfahrens bzw. Prozesses. Der Flüssigkeitsstrom und die Steuerleitungen sind schematisch in der Fig. 2 in Beziehung mit dem Respirationsmeßgerät bezüglich einer weiteren Ausführung der parallel anhängigen europäischen Patentanmeldung gezeigt. Das Respirationsmeßgerät kann das gesamte Verfahren auf der Grundlage der durch das Instrument zusammengestellten und berechneten Daten automatisch kontrollieren bzw. steuern. Jedoch ist, wie bereits erwähnt, ein derartiges Respirationsmeßgerät sicherlich nicht notwendig.
Der Nitrifikation folgt ein Denitrifikationsprozeß.
Weiter wurden die optimalen Bedingungen für die Behandlungsverfahren bzw. -methoden sowohl in dem Nitrifikationsals auch in dem Denitrifikationsreaktor untersucht. Die Biomassen sowohl in dem Nitrifikationsreaktor als auch in dem Denitrifikationsreaktor erzeugen Wärme bzw. Hitze. Wegen der hohen Konzentration an Biomasse und der hohen Konversions- bzw. Umwandlungsleistung, die in beiden Reaktoren verwirklicht ist, wird es einen Nettowärmeüberschuß in beiden Reaktoren geben, falls keine Maßnahmen ergriffen werden. In Laborexperimenten wurde entdeckt, daß bezüglich einer nitrifizierenden Bakterienpopulation die optimale Temperatur dieser Bakterienpopulation zwischen 31 und 35ºC liegt und daß die maximale Temperatur, die hingenommen bzw. zugelassen werden kann, 40ºC beträgt. Auf der Grundlage allgemeiner wissenschaftlicher Informationen kann man erwarten, daß dieselben Temperaturgrenzen bezüglich der denitrifizierenden Bakterienpopulation gelten. Thermophile denitrifizierende Bakterien sind bekannt. Diese wirken bei Temperaturen von ungefähr 50ºC. Jedoch ist es aus verschiedenen Gründen nicht wünschenswert, thermophile Organismen in dem Denitrifikationsreaktor zu verwenden: das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser, das ausgelassen bzw. abgegeben werden soll, wird viel zu warm sein und der Rückführstrom zu dem Nitrifikationsreaktor darf nicht zu warm sein. Sowohl der Nitrifikations- als auch der Denitrifikationsreaktor kann nur betrieben werden, falls etwas vorgesehen ist, um Wärme aus den jeweiligen Reaktorinhalten wegzunehmen.
Bezüglich des Verfahrens gemäß der parallel anhängigen Anmeldung müssen die Bedingungen in dem Denitrifikationsreaktor so gehalten werden, daß Phosphat ausfallen kann. Die Effizienz der Phosphatentfernung ist von dem pH-Wert und dem HCO&supmin;&sub3;/CO²&supmin;&sub3;-Verhältnis in dem Denitrifikationsreaktor abhängig.
Der gewünschte pH-Wert kann erhalten werden, indem eine organische Kohlenstoffquelle für den Denitrifikationsreaktor mit einem spezifischen chemischen Sauerstoffverbrauch (COC) / gesamtorganischen Kohlenstoff-(TOC)-Verhältnis bei dem vorliegenden Verfahren verwendet wird. Tatsächlich wird Alkalinität (Alkali, Bicarbonat und Carbonat) in dem Denitrifikationsreaktor unter dem Einfluß der Denitrifikationsreaktion erzeugt. Die Erzeugung von Alkalinität hängt von dem COC/TOC-Verhältnis der organischen C-Quelle in der Denitrifikationsreaktion ab. Üblicherweise wird Methanol als organische Kohlenstoffquelle verwendet. Methanol hat ein hohes COC/TOC-Verhältnis und führt zu einer höheren Produktion von Alkalinität als z.B. Glukose, welche ein viel geringeres COC/TOC-Verhältnis aufweist. Experimente haben gezeigt, daß das COC/TOC-Verhältnis 3,75 oder weniger sein muß.
Wie dargelegt, fällt der pH-Wert in dem Nitrifikationsreaktor bei der Oxidation von Ammoniak. Um einer Säuerung des Reaktors entgegenzuwirken, kann Alkali zugegeben werden oder das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser kann aus dem Denitrifikationsreaktor zu dem Nitrifikationsreaktor zurückgeführt werden. Es wurde experimentell nachgewiesen, daß die Konzentration von oxidiertem Stickstoff in dem Nitrifikationsreaktor in der Schlamm-/Flüssigkeitsmischung zwischen 0 und 4 g N/l liegt und vorzugsweise in dem Bereich liegt, der durch 0 und 1,5 g Nil begrenzt ist. Weiter wurde entdeckt, daß die Konzentration oxidierten Stickstoffs in dem Einfluß bzw. Zufluß für die Denitrifikationsreaktoren zwischen 0 und 4 g N/l und vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,4 g N/l liegt. Um dies zu erreichen, kann das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor zurückgeführt werden. Diese Rückführung erzeugt eine Verdünnung der Konzentration von oxidiertem Stickstoff am Ort der Zuführung in dem Reaktor. Weiter ist mit dieser Rückführung beabsichtigt, eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in dem Denitrifikationsreaktor zu erzielen, was den Kontakt zwischen der Biomasse und Substrat in dem Reaktor fördert. Rückführung kann direkt aus dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasserstrom zu dem einfließenden Strom bzw. Zuflußstrom für den Denitrifikationsreaktor stattfinden. Es ist jedoch ebenso möglich (und in der Tat für den gesamten Prozeß bzw. für das gesamte Verfahren besser), um Abwasser oder (vor-)gereinigtes Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor rückzuführen, daß dies gesamt oder teilweise über den Nitrifikationsreaktor läuft. Das Ziel ist dann, sowohl eine Einsparung an Chemikalienverbrauch für die pH-Kontrolle als auch eine Verdünnung der Reaktorinhalte des Nitrifikationsreaktors zu erzielen, und zwar derart, daß der Inhalt des oxidierten Stickstoffs immer kleiner ist als 4 g N/l.
Ein anderer Aspekt ist die Verwendung einer Trennstufe, z.B. einer physikalisch/chemischen Ausflockungsstufe und einer Flöckchentrenneinrichtung oder einer Membranentechnologie nach der Nitrifikationsstufe. Der Zweck der Trennung, die vor dem Denitrifikationsreaktor stattfindet, ist es, schwebende und kolloidal gelöste organische Substanzen zu erfassen, die ansonsten in dem Denitrifikationsreaktor mineralisieren würden, was zur Bildung von Ammoniakstickstoff führen würde. Eine physikalisch/chemische Ausflockungsstufe und zusätzlich eine Flöckchentrennung ist schematisch in der Fig. 3 gezeigt. Die verbleibende organische Substanz kann aus dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser mit Hilfe von ausflockenden Adjuvantien bzw. Hilfsmittel und einem Verfahren zur Trennung des Flockungsmittels von dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser entfernt werden. Durch die Anordnung stromaufwärts der Denitrifikationsstufe können die organischen Substanzen entfernt werden, bevor sie in anorganische Substanzen umgewandelt werden und Ammoniumstickstoff wird gebildet. Ein weiterer Vorteil davon ist es, daß der Karbonatinhalt in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor gering ist (geringer als in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor, dem ein organisches Substrat zugeführt wird). Dies ist vorteilhaft, falls ein ausflockendes Adjuvant bzw. Hilfsmittel verwendet wird, das eine Ausfällung bzw. einen Bodensatz mit Karbonat ausbildet. Falls ein ausflockendes Adjuvant bzw. Hilfsmittel (Adjuvans) verwendet wird, das Kationen enthält, die mit Phosphat ausfallen, wie z.B. Ca²&supmin; Fe²&supmin;, Fe3+, Mg2+ und/oder Al³&supmin;, wird eine zusätzliche Phosphatentfernung durchgeführt.
Die parallel anhängige Anmeldung betrifft ebenso eine Anlage, die geeignet ist, das Verfahren, wie oben beschrieben, durchzuführen und die folgendes aufweist:
- einen Nitrifikationsreaktor, der mit einer Belüftung, Zufuhr von zu behandelnder Flüssigkeit, Zufuhr von säureneutralisierenden Chemikalien, Aktivschlamm, der reich an nitrifizierenden Bakterien ist, Schlammauslaß, Auslaß von Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser bereitgestellt wird;
- eine Leitung, durch die das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Reaktor dem Denitrifikationsreaktor zugeführt werden kann;
- einen Denitrifikationsreaktor, der mit einer Zuführung von Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor, Zuführung einer Kohlenstoffquelle, einer Upflow-Slib-Bed- bzw. Aufwärtsfließ-Slib-Bett-(USB)-Säule, einer sehr kompanten Biomasse, die dazu in der Lage ist, Nitrat in Stickstoffgas umzuwandeln, einem Auslaß von phosphatreichem Schlamm, einen Auslaß von Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser und einem Auslaß von Stickstoffgas bereitgestellt wird;
- eine Leitung, durch die das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor abgegeben bzw. ausgelassen werden kann.
In der einfachsten Form besteht die Anlage (schematisch in der Fig. 2 gezeigt) aus einer Kombination aus einem Befüllungsreaktor (zu dem der gesamte Zufluß (7) einmal pro Zyklus bzw. Kreislauf zugeführt wird) oder einem Zuführ- Befüllungsreaktor (zu dem der Zufluß allmählich oder stufenweise pro Zyklus bzw. Kreislauf zugeführt wird) bzw. Chargen-Reaktor als Nitrifikationsreaktor (9) und einem Upflow- Slib-Bed- bzw. Aufwärtsfließ-Slib-Bett- (USB)-Reaktor, der kontinuierlich gefüllt wird als Denitrifikationsreaktor (13). Die zwei Reaktoren werden in Reihe verbunden betrieben, und zwar ohne Umgehung des Nitrifikationsreaktors (9) aber wahlweise mit einer Rückmischung (33) aus dem Denitrifikationsreaktor (13) zu dem Nitrifikationsreaktor (9).
Die Verwendung des WAZU-Respirationsmeßgerätes (18) (niederländische Patentanmeldung 86.00396, eingereicht am 6. Februar 1986), eine Meß- und Steuereinheit, mit der der Verlauf der Respirationsleistung bzw. -rate der Biomasse in dem Reaktor (9) verfolgt wird, ist charakteristisch für die Anlage gemäß der parallel anhängigen Anmeldung.
Der Nitrifikationsreaktor (9) des Apparats wird mit einer Belüftung (10), einer Zufuhr von zu behandelnder Flüssigkeit (7), einem Schlammauslaß (11), einem Auslaß für Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser und wahlweise einer Zufuhr von Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor (33) bereitgestellt, wobei davon sämtliche durch das WAZU-Respirationsmeßgerät (18) gesteuert werden (niederländische Patentanmeldung 86.00396, eingereicht am 6. Februar 1986). Dieses Respirationsmeßgerät steuert ebenso die Zugabe bzw. Dosierung der Kohlenstoffquelle (14) für den Denitrifikationsreaktor (13). Dieser Denitrifikationsreaktor ist zusätzlich mit einem Stickstoffgasauslaß (17) und einer Rückführung (33) für Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser oder einem Auslaß (16) (siehe Fig. 2 und 5) vorgesehen.
Eine andere Ausführung der Anlage gemäß der parallel anhängigen Anmeldung (schematisch in der Fig. 4 gezeigt) ist ebenso mit einer Leitung (32) versehen, durch die das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor (13) teilweise zu dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser (12) aus dem Denitrifikationsreaktor (9) zurückgeführt werden kann, das als ein Zufluß für den Denitrifikationsreaktor (13) dient, und zusätzlich wird diese Anlage mit einer Zufuhr von einem oder mehreren säureneutralisierenden Chemikalien (8) zu dem Nitrifikationsreaktor (9) bereitgestellt.
Weiter kann der Apparat eine Kombination der zwei obigen Anlagen (Fig. 4 und 5) aufweisen, und zwar eine Anlage, wie sie in der Fig. 6 gezeigt ist, wobei diese Anlage mit Leitungen bereitgestellt ist, durch die das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (16) aus dem Denitrifikationsreaktor (13) teilweise zu dem Nitrifikationsreaktor (9) und zu dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9), der als ein Zufluß für den Denitrifikationsreaktor (13) dient, zurückgeführt werden kann (Leitungen 33 bzw. 32).
Die drei zuletzt erwähnten Anlagen, die in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt sind, können einen weiteren Zusatz (siehe Fig. 7) in der Gestalt einer Zufuhr bzw. Zuführung von Chemikalien zur Phosphatausfällung (20) aufweisen.
Weiter können alle diese Anlagen (in den Fig. 4, 5, 6 und 7 gezeigt) mit einer oder mehreren Trennungs- oder Ausflockungsanlagen (19) versehen werden. Die Ausflockungsanlage als solche ist schematisch in der Fig. 3 gezeigt.
Die Ausführung des Apparats gemäß der parallel anhängigen Anmeldung, die bereits beschrieben worden ist, kann mit den Ausflockungsanlagen an verschiedenen Orten (Fig. 8, 9 und 10) bereitgestellt werden. Bei der Anlage gemäß der Fig. 8 ist die Ausflockungsanlage (19) in einer solchen Art und Weise positioniert, daß das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (16) aus dem Denitrifikationsreaktor (13) durch die Ausflockungsanlage (19 und Fig. 3) stromaufwärts der Rückführung (34, 35) oder Auslasses (22) fließt.
Bei der Anlage gemäß der parallel anhängigen Anmeldung ist, wie in der Fig. 9 gezeigt, die Ausflockungsanlage (19) in einer solchen Art und Weise angeordnet bzw. positioniert, daß nur das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (16) aus dem Denitrifikationsreaktor (13), das ausgelassen bzw. abgegeben werden soll, durch die Ausflockungsanlage (19) fließt.
Bei der Anlage gemäß der parallel anhängigen Anmeldung, ist, wie in der Fig. 10 gezeigt, die bevorzugt ist, die Ausflockungsanlage (19) in einer solchen Art und Weise positioniert bzw. angeordnet, daß das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12), das aus dem Nitrifikationsreaktor (9) stammt, durch die Ausflockungsanlage (19) fließt, bevor es in den Denitrifikationsreaktor (13) fließt.
Der Apparat gemäß der parallel anhängigen Anmeldung, bei welchem der Nitrifikationsreaktor mit einer Zufuhr des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers (33 oder 34) aus dem Denitrifikationsreaktor (13) bereitgestellt ist, kann mit einer Sprühanlage bereitgestellt werden (25 in der Fig. 10), durch die das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (33 oder 34) aus dem Denitrifikationsreaktor (13) in den Nitrifikationsreaktor (9) gesprüht werden kann, um eine Schaumbildung zu verhindern.
Weiter können alle Anlagen gemäß der parallel anhängigen Anmeldung mit einem oder mehreren Puffertanks (23) bereitgestellt werden (Fig. 10).
Bei dem obigen Prozeß bzw. Verfahren läuft das gesamte Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor durch die Trenneinrichtung (19), dies bedeutet eine hohe Belastung für die Trenneinrichtung.
Es wurde entdeckt bzw. gefunden, daß eine Verbesserung erzielt werden kann, indem das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) in einen Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) teilweise zurückgeführt wird, wobei eine Kohlenstoffquelle dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser, das zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) überführt werden soll, zugeführt wird und ein Teil des Abwasserstroms bzw. (vor-)gereinigten Abwasserstroms (12) aus dein Nitrifikationsreaktor (9) in eine Trenneinheit (19) überführt wird, um Schlamm zu trennen, wobei das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (36) aus der Trennstufe (19) zu einem anderen Denitrifikationsreaktor (37) überführt wird. Zu diesem anderen Denitrifikationsreaktor (37) soll als Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) Bezug genommen werden. Falls notwendig, kann zu dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) eine Kohlenstoffquelle zugefügt werden. Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (38) aus dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) kann abgelassen werden.
Überraschenderweise wurde entdeckt, daß Schlamm, der in dem Auslaß (12) vorliegt und der zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) zurückgeführt wird und nachfolgend zu dem Nitrifikationsreaktor (9) rückgeführt wird, keine nachteiligen Auswirkungen auf das Verfahren bzw. den Prozeß hat.
Das Verfahren, das in der parallel anhängigen Anmeldung beschrieben ist, kann verbessert werden, indem zwei verschiedene Arten von Denitrifikationsreaktoren verwendet werden; der Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) und der Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13). Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) wird teilweise aus dem Nitrifikationsreaktor zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) überführt. Eine organische Kohlenstoffquelle kann dem Zufluß dieses Denitrifikationsreaktors (13) zugefügt werden, um ausreichend bzw. genügend organische Kohlenstoffsubstrate für die Denitrifikationsreaktion in dem Reaktor (13) bereitzustellen.
Dem Entwurf bzw. der Auslegung des Apparates der Erfindung ist es nicht mehr abträglich, falls das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) noch eine kleine Menge an Nitraten enthält. Dies liegt daran, daß das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (33) aus diesem Reaktor (13) zu dem Nitrifikationsreaktor (9) übergeleitet wird. Die Dosierung der organischen Kohlenstoffquelle in diesem Denitrifikationsreaktor (13) ist weniger kritisch als bei dem Verfahren der parallel anhängigen Anmeldung.
Bei der Verwendung zweier unterschiedlicher Arten von Denitrifikationsreaktoren ist es ebenso möglich, die Zufuhr bei dem Zufluß des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) zuzugeben bzw. hinzuzufügen, und zwar dortzwischen, wo der Strom (12) des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers aus dem Nitrifikationsreaktor (9) in (12) und (39) aufgespalten ist und dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13). Indem man dies tut, ist es möglich, das organische Material, das sich in der Zufuhr als Kohlenstoffquelle für den Denitrifikationsprozeß befindet, zu verwenden, wodurch der Bedarf an einer getrennten Kohlenstoffquelle (14) vor dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) entfällt bzw. beseitigt wird. Das Ammonium in der Zufuhr wird ungeändert durch den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) durchgeführt und wird durch den Rückführstrom (33) bei dem Nitrifikationsreaktor (9) zugegeben. Hier wird das Ammonium zu Nitrat oxidiert werden. Das meiste der oxidierbaren organischen Materie in dem Zufuhrstrom wird zur Denitrifikation verwendet. Falls immer noch etwas oxidierbare organische Materie in dem Strom (33) des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) übriggeblieben ist, wird diese organische Materie in dem Nitrifikationsreaktor (9) oxidiert werden. Der andere Teil des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers (12) des Nitrifikationsreaktors (9) wird dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) zugeführt.
Eine organische Kohlenstoffquelle kann ebenso dem Zufluß des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) zugegeben werden. Natürlich ist es nicht zu raten, einen Teil des zu behandelnden Zuflusses gemäß dem Verfahren der Erfindung als organische Kohlenstoffquelle zu verwenden, da das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (38) dieses Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) ausgesondert bzw. abgegeben werden muß, während es immer noch den Stickstoff, der entfernt werden soll, enthält. Diese Ausführung, die einen Teil des Zuflusses des Systems verwendet, kann nur in dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) verwendet werden. Das Flußdiagramm ist in Fig. 12 gezeigt. Wie bereits oben erläutert wurde, kann eine Trennstufe zur Entfernung von Phosphaten und schwebenden und kolloidal gelösten organischen Substanzen verwendet werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) und einem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) kann die Trennstufe (19) vor dem Auslaßleitungs- Denitrifikationsreaktor (37) und, nachdem das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) in den Zuflußstrom (39) aufgespalten wurde, angeordnet werden. Die Flüssigkeitsbelastung der Trennstufe ist dann viel geringer als in der parallel anhängigen Anmeldung. Dies ist in der Fig. 14 gezeigt. Wenn jedoch die Trennstufe (19) stromabwärts des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) angeordnet ist, werden etwas Ammonium und biologisch abbaubare, lösbare organische Substanzen immer noch aus organischem Material in dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) gebildet. Diese lösbaren, organischen, biologisch abbaubaren Substanzen und Ammonium werden dann ungeändert durch die Trennstufe (19) durchlaufen und werden dann ausgesondert bzw. abgegeben.
Indem die Trennstufe (19) stromaufwärts des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) angeordnet wird, wird die organische Materie entfernt, bevor sie durch den Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) hindurchgeht, so daß darin kein Ammonium oder lösbare organische Substanzen gebildet werden. Dies ist in der Fig. 14 gezeigt.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) des Nitrifikationsreaktors (9) wird teilweise durch den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) durchgeführt. Zu diesem Teil des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers (12), der für den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) bestimmt ist, wird die Zufuhr organischen Stoffes bzw. organischer Materie und Ammoniums zugegeben bzw. hinzugefügt, so daß das Nitrat in diesem Teil des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) hier denitrifiziert wird. Der andere Teil des Abwassers (12) des Nitrifikationsreaktors (9) gelangt durch die Trennstufe (19) hindurch, und zwar, falls dies notwendig ist, unter Berücksichtigung von Verunreinigungsanforderungen. Eine Kohlenstoffquelle wird dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser (36) der Trennstufe zugegeben (z.B. Methanol). Dieser Strom wird dann durch den Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) durchgeführt, wo das Nitrat in Stickstoffgas umgewandelt wird. Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (38) dieses Reaktors wird dann ausgesondert bzw. abgegeben. Dies ist in der Zeichnung bzw. Figur 15 gezeigt.
Indem die Zufuhr bei dem Zufluß des Rückführreaktors (13) zugegeben bzw. hinzugefügt wird, wird das Rückführverhältnis (= Menge des Zuflusses für den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) ohne Zufuhr geteilt durch die Menge der Zufuhr) durch einige Punkte bestimmt:
- Die Nitratkonzentration in dem Nitrifikationsreaktor (9) sollte weniger als 1,5 g N/l sein;
- das Maß an Alkalität in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser (33) des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) sollte ausreichend sein, um der Azidifizierung in dem Nitrifikationsreaktor (9) entgegenzuwirken;
- die Verwendung einer externen Kohlenstoffquelle (z.B. Methanol) sollte beschränkt werden;
- die Flüssigkeitsbelastung bzw. hydraulische Belastung des Nitrifikationsreaktors (9) und des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) sollte nicht zu groß sein.
Um diese Punkte zu erfüllen, kann es notwendig sein, einen Teil der Zufuhr bei dem Nitrifikationsreaktor (9) und einen anderen Teil zu dem Zufluß des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) zuzugeben. In diesem Fall kann es notwendig sein, ebenso eine externe Kohlenstoffquelle (14), wie z.B. Methanol, zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) zuzugeben (schematisch in der Zeichnung bzw. Figur 16 gezeigt). Dieses Verfahren kann mit oder ohne eine Trennstufe durchgeführt bzw. betrieben werden.
Weiter kann der Prozeß bzw. das Verfahren mit einem oder mehreren Puffertanks vorgesehen sein. Der Puffertank (23), in welchem das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) gesammelt wird, kann wie ein Sedimentationstank aufgebaut sein, so daß ein Überschuß an Schlamm aus dem Nitrifikationsreaktor (9) sich hier ablagern kann und entfernt werden kann. Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus diesem Puffertank wird teilweise durch den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) durchgeführt und wird teilweise durch die Trennstufe (19) durchgeführt.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (33) aus dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) kann in dem Puffertank (23) gesammelt werden. Dieser Puffertank kann ebenso wie ein Sedimentationstank aufgebaut sein, so daß Schlamm, der noch in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser (33) des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) vorliegt, sich hier ablagern bzw. absetzen kann. Dieser Schlamm (41) kann zu dem Reaktor zurückgeführt werden oder kann als überschüssiger Schlamm entfernt werden. Das Abwasser bzw. (vor- )gereinigte Abwasser aus diesem Puffertank wird in den Nitrifikationsreaktor eingeleitet.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (33) des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (13) kann ebenso in einem Sedimentationstank gesammelt werden. Der Schlamm, der noch in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser (33) des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors vorliegt, kann sich hier ablagern bzw. absetzen und zu dem Denitrifikationsreaktor (41) zurückgeführt werden oder kann als überschüssiger Schlamm (42) entfernt werden. Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser aus diesem Sedimentationstank wird ausgelassen werden. Dies ist schematisch in der Zeichnung bzw. Figur 17 gezeigt.
Es wird klar sein, daß diese unterschiedliche Auslegung bzw. dieser unterschiedliche Entwurf der Anlage mit all den oben beschriebenen Ausführungen verwendet werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kann eine Zuflußmenge als Kohlenstoffquelle verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Trenneinheit (19) die herkömmlichen Trennmethoden, wie z.B. Trennschleudern, Sedimentation usw., verwenden, es ist jedoch ebenso die Verwendung einer Membrantechnologie möglich. In diesem Fall wird das Filtern gefolgt durch eine Phosphatentfernung mittels Ausfällung angewandt.
Eine andere Möglichkeit, um organische Materialien zu entfernen, ist die chemische Oxidation, bei welcher z.B. Ozon oder Wasserstoffperoxid verwendet wird.
Die Erfindung wird mittels des folgenden Beispieles erläutert, das nur erläuternden Zwecken dient und nicht den Umfang der Erfindung begrenzt.

Beispiel

Fermentierter Dünger (d.h. der Flüssigkeitsanteil, der durch Trennschleudern von anaerobem fermentiertem flüssigem Schweinedünger erhalten wurde) wird in der Apparatur der Fig. 11 behandelt.
Eine Analyse fermentierten Düngers zeigt eine CSB- bzw. COD-Konzentration von 21000 mg/l, eine Stickstoffkonzentration von 6500 mg N/l und eine Phosphorkonzentration von 275 mg P/l.
Der in der Fig. 11 gezeigte Apparat besteht aus einem Nitrifikationsreaktor (9), der ein nutzbares Volumen von 50 m³, zwei Rückführ-Denitrifikationsreaktoren (13), die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jeder ein nutzbares Schlammbettvolumen von 10 m³ hat, einer Trenneinrichtung (19) mit wenigstens einer Rohr-Flockungseinrichtung und einer Trennschleuder und einem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37), der ein nutzbares Schlammbettvolumen von 5 m³ aufweist.
Der Nitrifizierungsreaktor in diesem Beispiel ist ein Zufuhr-Befüllungsreaktor mit einer stufenweisen Zugabe (0,5 m³ von Dünger pro Stufe) von fermentiertem Dünger. Insgesamt werden in vier Stufen 2 m³ zugegeben.
Im gesamten Zyklus des Nitrifikationsreaktors werden 8 m³ des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers (33) des Rückführ-Denitrifikationsreaktors durch Sprüheinrichtungen zugeführt, und zwar mit der Zeit anteilmäßig verteilt. Nachdem insgesamt 2 m³ fermentierter Dünger in den Nitrifikationsreaktor eingeführt worden ist und der gesamte Ammoniumstickstoff nitrifziert worden ist, wird die Belüftung beendet und es dem aktivierten Schlamm ermöglicht, sich während 60 Minuten abzusetzen. Nach der Sedimentations- bzw. Absetzzeitdauer wird 10 m³ der überstehenden Flüssigkeit als ein Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor ausgelassen. Dann wird ein neuer Zyklus gestartet, bei welchem wiederum 2 m³ des fermentierten Düngers und 8 m³ des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers aus dem Denitrifikationsreaktor zugegeben wird.
Ein WAZU-Respirationsmeßgerät (Marke RA-1000, vertrieben durch Manotherm) wird an den Nitrifikationsreaktor angekoppelt, um die tatsächliche Respirationsgeschwindigkeit zu überwachen. Weiter wird die Sauerstoffkonzentration in dem Nitrifikationsreaktor mit einer Sauerstoff-Fühleinrichtung überwacht.
Das Gebläse, das für die Zufuhr von Sauerstoff mittels Luft verwendet wird, wird durch die Sauerstoffkonzentration in dem Nitrifikationsreaktor gesteuert. Die Sauerstoffkonzentration wird bei 2,0 mg/l gehalten.
Nach der Zugabe von 0,5 m³ fermentierten Düngers, nimmt die tatsächliche Respirationsgeschwindigkeit zu und die Gebläsegeschwindigkeit nimmt ebenso zu, um die Sauerstoffkonzentration bei 2,0 mg/l zu halten. Wenn das mit dem fermentierten Dünger zugegebene Ammonium nitrifiziert wird, nimmt die tatsächliche Respirationsgeschwindigkeit bis auf einen Grundpegel ab und die Gebläsegeschwindigkeit muß ebenso abnehmen. Nach einem Abfall unterhalb des Sollwertes für die Respirationsgeschwindigkeit und/oder dem Sollwert für die Gebläsegeschwindigkeit werden weitere 0,5 m³ an fermentiertem Dünger zu dem Nitrifikationsreaktor zugegeben. Fig. 18 ist die Sauerstoffkonzentration und die Gebläsegeschwindigkeit als Funktion der Zeit zu entnehmen. Die mittlere Dosis bzw. Menge an fermentiertem Dünger in dem vorliegenden Nitrifikationsreaktor war in diesem Test ungefähr 6 m³ pro Tag.
Der pH-Wert wird ebenso bei der Nitrifikation gemessen. Naßkalk wird zugegeben, wenn der pH-Wert unter 6,5 fällt. Die Temperatur wird ebenso überwacht und wird bei einem Wert von unterhalb 33ºC mittels eines Wärmeaustauschers gehalten.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) des Nitrifikationsreaktors (9) hat eine Nitrat-N-Konzentration von 1100 mg N/l und eine Phosphat-P-Konzentration von 125 mg P/l. Die Nitrat-N-Konzentration ist geringer als man auf der Grundlage der Verdünnung des Reaktorinhaltes mit Abwasser bzw. (vor-)gereinigtem Abwasser aus dem Denitrifikationsreaktor erwarten könnte. Dies ist die Folge einer gewissen bzw. geringen Denitrifikation in dem Nitrifikationsreaktor während der Sedimentationszeitdauer und dem Einbringen von Stickstoff in die Biomasse.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (12) des Nitrifikationsreaktors wird in einem Puffertank (23) gesammelt. Dieser Tank ist wie ein Sedimentationstank aufgebaut, so daß jener Schlamm, der immer noch in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser (12) des Nitrifikationsreaktors vorliegt, hier sich absetzen bzw. sedimentieren kann.
Vier Fünftel des Inhalts des Puffertanks werden durch zwei Rückführ-Denitrifikationsreaktoren (13) hindurchgeführt, die parallel angeordnet worden sind. Methanol wird auf der Grundlage der Nitrat-N-Konzentration in dem Zuflußstrom des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13) zugegeben. Die Methanoldosis liegt bei ungefähr 1,65 kg/m³ des Zuflusses des Denitrifikationsreaktors. Der Denitrifikationsprozeß wird mittels der Gaserzeugung (1630 l/h) überwacht. Der pH- Wert des Rückführ-Denitrifikationsreaktors liegt zwischen 9,0 und 9,3. Die Temperatur wird unterhalb 35ºC mittels eines Wärmeaustauschers gehalten.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (33) dieser beiden Denitrifikationsreaktoren wird in einem Puffertrank (23) gesammelt. Von diesem Puffertank wird das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser durch Sprüheinrichtungen hindurchgepumpt, die sich auf dem Nitrifikationsreaktor oder in dem Nitrifikationsreaktor befinden.
Ein Fünftel des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) wird als Zuflußstrom 39 verwendet und wird durch ein Trennsystem hindurchgepumpt, das wenigstens eine Rohr-Ausflockungseinrichtung aufweist. Zu Beginn dieser Ausflockungseinrichtung wird eine 38 gewichtsprozentige bzw. w-prozentige (Gewicht/- Gewicht) Lösung von FeCl&sub3; (Eisen(III)-Chlorid) in einer Menge von 10 l/m³ Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser des Nitrifikationsreaktors (9) zugeteilt bzw. dosiert zugegeben. In der Mitte der Rohr-Ausflockungseinrichtung wird Naßkalk oder Ätznatron zugeführt bis der pH-Wert 5,5 beträgt. Am Ende der Rohr-Ausflockungseinrichtung wird Polyelektrolyt dosiert zugegeben bzw. zugeteilt (180 mg pro m³ Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser des Nitrifikationsreaktors). Die Flüssigkeit wird dann durch eine Trennschleuder hindurchgeführt, die in einem Flüssigkeitsstrom (36) und einem Schlammstrom (29) trennt. Die Schlammerzeugung liegt bei ungefähr 0,36 m³/Tag. Die Nitrat-N-Konzentration und die Phosphat-P-Konzentration in dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser der Trennschleuder beläuft sich auf 1100 mg N/l bzw. 0,5 mg P/l.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (36) der Trennstufe (19) wird dann durch den Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) durchgeführt. Methanol wird auf der Grundlage der Nitrat-N-Konzentration in dem Zuflußstrom zugegeben. Der Denitrifikationsprozeß wird mittels der Gaserzeugung (408 l/Stunde) überwacht. Der pH-Wert liegt unter 9,0. Die Temperatur wird mittels eines Wärmeaustauschers unter 35ºC gehalten.
Das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser (38) der Denitrifikation (37) wird durch einen Sedimentationstank durchgeführt und wird abgelassen. Tabelle A Erklärung der Nummern in den Figuren 1. Speicher für halbflüssigen Dünger 2. Fermentationsanlage 3. Biogas 4. Energieerzeugungsanlage 5. Separationsanlage 6. Masse bzw. Kuchen 7. Filtrat = zu behandelnder Flüssigkeitsanteil 8. Halter zur Dosierung säureneutralisierender Chemikalien 9. Nitrifikationsreaktor 10. Luftzufuhr 11. Schlammauslaß 12. Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor 13. Rückführ-Denitrifikationsreaktor 14. Halter bzw. Gestell für die zuteilende bzw. dosierend zugebende C-Quelle bzw. für das Messen der C-Quelle 15. Phosphatreicher Schlamm 16. Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser aus dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor 17. Stickstoffgas 18. WAZU-Respirationsmeßgerät 19. Separations- bzw. Trennanlage 20. Halter für Chemikalien zur Phosphatausfällung 21. Schlamm, ausgeflocktes Material 22. Auslaß für Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das aus der Ausflockungsanlage Stammte die stromabwärts des Rückführ-Denitrifikationsreaktors angeordnet ist 23. Puffertank 24. Speicher für ausgelassenen Schlamm 25. Sprühanlage 26. Zuflußpumpe 27. Statischer Mischer und/oder Ausflockungstank 28. Zentrifuge bzw. Trennschleuder 29. Schlammpumpe 30. Eisenchloridspeicher 31. Zuführ- bzw. Dosierpumpe 32. Aus dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor stammendes Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor rückgeführt wird 33. Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das aus dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor stammt, das zu dem Nitrifikationsreaktor rückgeführt wird 34. Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das aus der Trenn- bzw. Separationsstufe stammt, die stromabwärts des Rückführ-Denitrifikationsreaktors angeordnet ist und das zu dem Nitrifikationsreaktor fließt 35. Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das aus der Trennstufe stammt, die stromabwärts des Rückführ-Denitrifikationsreaktors angeordnet ist, und das zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor zurückgeführt wird 36. Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das aus der Trennstufe stammt, die stromaufwärts des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors angeordnet ist 37. Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor 38. Auslaß für das Abwasser bzw. (vor-)gereinigte Abwasser des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors 39. Zuflußstrom vor dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor, wobei dieser Strom aus dem Strom des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers aus dem Nitrifikationsreaktor abgeleitet wird 40. Schlamm aus dem Puffertank, der Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor enthält 41. Schlammauslaß aus dem Puffertank, der zur Rückführung bzw. zum Recycling bestimmt ist 42. Auslaß für überschüssigen Schlamm aus dem rückgeführten Schlamm

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Schematik eines Prozeßablaufs eines Prozesses gemäß dem Stand der Technik für ein Verfahren zur Behandlung halbflüssigen Düngers;
Fig. 2 zeigt ein Steuerschema des WAZU-Respirationsmeßgeräts, das in einer Ausführung der parallel anhängigen europäischen Anmeldung verwendet wird;
Fig. 3 zeigt ein Schema, das eine physikalisch/chemische Ausflockungsstufe und die Trennung der Flocke bzw. der Flöckchen zeigt;
Fig. 4 erläutert ein Schema eines Prozeßablaufs einer weiteren Ausführung der parallel anhängigen europäischen Anmeldung, bei welcher Teilrückführung eines Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers aus dem Denitrifikationsreaktor (13) teilweise rückgeführt werden kann, um als ein Zufluß für den Reaktor zu dienen;
Fig. 5 erläutert eine leicht modifizierte, unterschiedliche Ausführung des Prozesses der parallel anhängen europäischen Anmeldung, die jener in der Fig. 3 erläuterten ähnelt, bei welcher eine Rückführung (33) des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers aus dem Denitrifikationsreaktor (13) zu dem Nitrifikationsreaktor (9) enthalten ist;
Fig. 6 erläutert eine leicht modifizierte, unterschiedliche Ausführung des Verfahrens der parallel anhängigen europäischen Anmeldung, die eine Kombination derjenigen in Fig. 4 und 5 erläuterten darstellt;
Fig. 7 erläutert eine leicht modifizierte, unterschiedliche Ausführung des Verfahrens der parallel anhängigen europäischen Anmeldung, die jener in den Fig. 4, 5 und 6 erläuterten ähnelt, wobei diese zusätzlich etwas in der Gestalt einer Chemikalienzufuhr für Phosphatausfällung (20) aufweist;
Fig. 8 erläutert eine leicht modifizierte, unterschiedliche Ausführung des Verfahrens der parallel anhängigen europäischen Anmeldung, die jener in den Fig. 4-7 erläuterten ähnelt, wobei eine Trennung oder Ausflockungsanlage (19) mit beinhaltet ist;
Fig. 9 erläutert eine leicht modifizierte, unterschiedliche Ausführung des Verfahrens der parallel anhängigen europäischen Anmeldung, die jener in den Fig. 4-8 erläuterten ähnelt;
Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm eines Prozeßablaufs, das genauer die bevorzugte Ausführung der parallel anhängigen europäischen Anmeldung erläutert;
Fig. 11 erläutert einen Prozeßablauf, ein schematisches Diagramm des Prozesses der vorliegenden Erfindung mit einem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) und einem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37), und zwar einschließlich von Puffertanks (23) und einer Trennstufe (19), die vor dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) ist; und
Fig. 12 erläutert eine einfache Ausführung des Prozesses der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 erläutert einen Prozeß gemäß der Erfindung, bei welchem die Trenn- oder Ausflockungsstufe (19) sich stromabwärts des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) befindet;
Fig. 14 erläutert einen Prozeß gemäß der Erfindung, bei welchem die Trenn- oder Ausflockungsstufe (19) sich stromaufwärts des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) und stromabwärts des Nitrifikationsreaktors (9) in einer solchen Art und Weise befindet, daß nur Abwasser bzw. (vor-)gereinigtes Abwasser, das ausgelassen werden soll, der Trennung bzw. Separation oder Ausflockung unterworfen wird;
Fig. 15 erläutert einen Prozeß gemäß der Erfindung, bei welchem die Zugabe organischen Materials und Ammoniums (7) zu dem Abwasser bzw. (vor-)gereinigten Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor (9) zugegeben wird, das für den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) bestimmt ist;
Fig. 16 erläutert einen Prozeß gemäß der Erfindung, bei welchem die Zugabe (7) bei dem Nitrifikationsreaktor (9) und dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) zugegeben bzw. hinzugefügt wird;
Fig. 17 erläutert einen Prozeß gemäß der Erfindung mit Puffertanks und Sedimentationstanks und einem Rückführzyklus des Abwassers bzw. (vor-)gereinigten Abwassers aus dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) zu dem Zufluß des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37);
Fig. 18 zeigt einen Prozeßzyklus für den Prozeß der vorliegenden Erfindung einschließlich eines Auftrags des gelösten Sauerstoffes gegenüber der Zeit für einen einzigen Behandlungszyklus.

Claims

1. Verfahren zur Verarbeitung von Dünger, Flüssigdünger und/oder Kjeldahl-N beinhaltendes Abwasser, bei dem das Abwasser einer Nitrifikation bzw. Salpeterbildung in einem belüfteten Nitrifikationsreaktor (9) unterzogen wird, der Aktivschlamm enthält, welcher reich an nitrifizierenden Bakterien zur Verwendung in dem Nitrifikationsschritt ist, und Abwasser bzw. gereinigtes Abwasser abläßt, wobei ein Teil des Abwassers bzw. gereinigten Abwassers aus dem Nitrifikationssreaktor (9) einer Denitrifikation in einem Rückführ-Denitrifikationssreaktor (13) unterzogen wird, welcher eine stark verdichtete Biomasse enthält, die in der Lage ist, Nitrate in Stickstoffgas umzuwandeln, und welchem ein organisches Substrat bzw. ein organischer Nährboden zugeführt wird, wobei eine Kohlenstoffquelle dem Teil des Abwassers bzw. gereinigten Abwassers aus dem Nitrifikationssreaktor (9) zugefügt wird, der durch den Rückführ- Denitrifikationsreaktor (13) hindurchgeführt wird, und Abwasser bzw. gereinigtes Abwasser von dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor wird wahlweise zu dem Nitrifikationsreaktor - nach Rückführung des Abwassers bzw. gereinigten Abwassers zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) zurückgeführt; der verbleibende Teil des Abwassers bzw. gereinigten Abwassers von dem Nitrifikationsreaktor (9) wird einer Trennstufe bzw. -schritt (19) zugeführt, um Schlamm zu trennen, wobei das Abwasser bzw. gereinigte Abwasser aus der Trennstufe (19) einem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) zugeführt wird, der Mittel für einen Auslauf (38) für gereinigtes Abwasser bzw. Abwasser, eine Zufuhr von einer Kohlenstoffquelle und einen Stickstoffauslaß (17) umfaßt, wobei die Befüllung des Nitrifikationsreaktors (9) gesteuert wird, um eine gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Abwasser bzw. Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) (zuerst) durch einen Puffertank (23) durchgeführt wird, versehen mit:

a) einem Mittel zur Schlammentfernung und

b) einem Auslaß, der zu dem Trennschritt bzw. -stufe (19) führt, mit einem Auslaß, der zu einem Strom (36) führt, der zu dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) und dem Puffertank (23) führt, und weiter versehen wird mit:

c) einem Auslaß (19), der zu einem Strom (12) führt, der zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) führt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom (12) von Abwasser bzw. gereinigtem Abwasser aus dem Nitrifikationsreaktor (9), der zu dem Trennschritt bzw. -stufe (19) geführt wird, einer physikalischchemischen Behandlung, wie z.B. einer Ausflockung, unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Nitrifikationsreaktor ein Befüllungsreaktor oder ein Zuführ-Befüllungsreaktor ist.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Chemikalien zur Phosphatausfällung, wie z.B. Ca2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+ und/oder Al3+, wenigstens einem der Denitrifikationsreaktoren (13 und 37) hinzugefügt werden.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Konzentration des oxidierten Stickstoffes in dem Zufluß für den Denitrifikationsreaktor bei 0-4 g N/l aufrechterhalten wird.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Konzentration des oxidierten Stickstoffes in dem Nitrifikationsreaktor (9) bei 0-4 g N/l aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation auf der Grundlage der hereinkommenden Stickstoffbelastung des Abwassers zu erhalten.

9. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) gesteuert bzw. geregelt wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation auf der Grundlage der Informationen aus einem WAZU-Respirationsmeßgerät zu erhalten.

10. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationreaktors (9) auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration in dem Nitrifikationsreaktor (9) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten.

11. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) auf der Grundlage des pH-Wertes in dem Nitrifikationsreaktor (9) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten, wobei das Kriterium hierfür ist, daß der pH-Wert in einem Bereich liegt, der durch 6 und 8,5 begrenzt bzw. eingeschränkt ist.

12. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) auf der Grundlage der Menge der von dem Nitrifikationsreaktor (9) benötigten Luft gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten.

13. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) auf der Grundlage der Verweildauer gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten.

14. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten, indem die Temperatur sowohl in dem Nitrifikationsreaktor (9) als auch in dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) unter 40ºC gehalten wird.

15. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) aufgrund der Konzentration des oxidierten Stickstoffes im Zufluß für den Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten, wobei das Kriterium hierfür ist, daß die Konzentration zwischen 1,0 und 1,4 g N/l liegt.

16. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) aufgrund der Konzentration des oxidierten Stickstoffes in dem Nitrifikationsreaktor (9) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten, wobei das Kriterium hierfür ist, daß die Konzentration in dem Schlamm/Flüssigkeits-Gemisch in dem Nitrifikationsreaktor (9) zwischen 0 und 1,5 g N/l liegt.

17. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) auf der Grundlage der Konzentration der Kohlenstoffquelle in dem Ausfluß aus dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten.

18. Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Füllen des Nitrifikationsreaktors (9) auf der Grundlage der Gaserzeugung in dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) gesteuert wird, um die gewünschte Nitrifikation und Denitrifikation zu erhalten.

19. Vorrichtung, die folgendes aufweist:

einen Nitrifikationsreaktor (9) bzw. Reaktor zur Salpeterbildung mit einem Luftzufuhrmittel (10), einer Zufuhr für zu behandelnde Flüssigkeit (7), einer Zufuhr für säureneutralisierende Chemikalien, einem Aktivschlamm, der reich an nitrifizierenden Bakterien ist, einem Schlammauslaß (11) und einem Auslaß (12) für gereinigtes Abwasser bzw. Abwasser;

einen Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13) mit einem Einlaß (12), einer Zufuhr für eine Kohlenstoffquelle (14), einem Stickstoffauslaß (17) und einem Auslaß (33) für rückgeführtes gereinigtes Abwasser bzw. rückgeführtes Abwasser zu dem Nitrifikationsreaktor (9) und wahlweise zu dem Rückführ-Denitrifikationsreaktor (13);

einen Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) mit einem Einlaß, einem Auslaß (38) für gereinigtes Abwasser und einem Stickstoffauslaß (17);

Mittel, um einen Teil des gereinigten Abwassers bzw. Abwasser (12) aus dem Nitrifikationsreaktor (9) zu dem Einlaß des Rückführ-Denitrifikationsreaktors (13), und den übrigen Teil zu einer Trenneinheit (19) zu führen, die einen Schlammauslaß (29) und einen Auslaß (36) für gereinigtes Abwasser bzw. Abwasser aufweist, der mit dem Einlaß des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors (37) verbunden ist.

20. Vorrichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit wenigstens einem Puffertank (23) versehen ist.

21. Vorrichtung gemäß Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Mittel zur chemischen Phosphatausfällung (nicht gezeigt) versehen ist, das vorzugsweise zwischen der Trennstufe (19) und dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) angeordnet ist.

22. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Mittel versehen ist, um nach einem Puffertank und/oder einem Denitrifikationsreaktor Schlamm zu erfassen und wahlweise zu entfernen.

23. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaß (38) des Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktors mit einem Schlammentfernungsmittel versehen ist.

24. Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Mittel versehen ist, um Schlamm von einem Puffertank (23) zu einem Rückführ- Denitrifikationsreaktor (13) und/oder von einem Puffertank (23) zu einem Nitrifikationsreaktor (9) und/oder von einem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) über einen Puffertank (23) zu dem Auslaßleitungs-Denitrifikationsreaktor (37) zurückzuführen bzw. im Kreislauf umzupumpen.