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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser nach
dem Belebungsverfahren, bei welchem das Abwasser kontinuierlich durch einen oder
mehrere Behandlungsbereiche und einen Klärbereich unter solchen Bedingungen
geführt wird, daß eine Ansammlung von Schlamm in dem Behandlungsbereich
stattfindet, aus welchem das behandelte Abwasser abgezogen wird.
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Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad einer biologischen Reinigung von Abwasser mit
dem Belebungsverfahren mit zunehmenden Mengen an Schlamm in den
Behandlungsbereichen steigt, und daß es, um hohe Schlammkonzentrationen zu
erreichen, notwendig ist, hohe Schlammrückführungsmengen einzusetzen, d. h. große
Mengen an Schlamm, die aus dem Klärbereich zu dem ersten Behandlungsbereich zu
der Menge an unbehandeltem Abwasser zurückgeführt werden.
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Die große Menge an Schlamm schafft jedoch Probleme im Falle einer erhöhten
Wasserzufuhr, beispielsweise im Falle starker Schauern. In solch einem Fall steigt die
Menge an Schlamm aufgrund der Überbelastung in dem Klärbehälter an, was
schließlich dazu führt, daß der Schlamm in den Aufnahmebehälter ausgespült wird,
was dessen Verschmutzung zur Folge hat.
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Es ist daher der Versuch unternommen worden, einen Weg zu finden, mit welchem es
möglich ist, vielleicht vorübergehend im Falle von Spitzenbelastungen die Menge in
dem Klärbehälter zu verringern, so daß die oben beschriebene Situation vermieden
wird.
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Bent Tholander hat ein Verfahren beschrieben, das auf einem Basismodul basiert,
welches aus einem kontinuierlich belüfteten Behälter und zwei Seitenbehältern mit
abwechselnder Funktion als Belüftungsbehälter oder Klärbehälter besteht, wobei das
Abwasser immer in den mittleren Behälter eingeleitet wird. Wenn zwei solcher Module
verbunden werden, erhält man ein System, welches im Falle von besonders starken
Schauern so angepaßt werden kann, daß zwei Klärbehälter in Betrieb sind.
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Die PCT-Anmeldung Nr. PCT/DK95/00309 (WO 96/02468) legt ein Verfahren dar zum
Erzielen hoher Schlammkonzentrationen ohne Einsatz hoher Rückführmergen an
Schlamm, indem über einen Zeitraum solche Bedingungen in einem oder mehreren
Behandlungsbereichen beibehalten werden, daß in diesen eine Schlammausfällung
stattfindet, und indem in einem nachfolgenden Zeitraum ein Gemisch aus
ungereinigtem Abwasser und zurückgeführtem Schlamm in den Bereich geleitet wird,
der in dem vorausgehenden Zeitraum als Schlammausfällungsbereich gedient hat.
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Durch Einsatz des oben erwähnten Verfahrens wurde es möglich, die
Schlammkonzentration in dem Behandlungsbereich von 4 auf ungefähr 5,9 kg/m³ zu
steigern und die Rückführmenge an Schlamm von 1,0 auf 0,5 zu verringern, was zu
einer Verringerung der Fracht in dem Klärbehälter von ungefähr 8.000 kg/h auf
ungefähr 3.000 kg/h führte.
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In der Praxis setzt das oben beschriebene Verfahren voraus, daß wenigstens zwei, und
vorzugsweise vier getrennte Behälter und ein Klärbehälter zur Behandlung des
Abwassers eingesetzt werden.
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Dies führt zu vergleichsweise hohe Kosten für den Bau und Betrieb von
Abwasserreinigungsanlagen, in welchen das oben beschriebene Verfahren eingesetzt
werden kann.
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Die DE 31 47 920 beschreibt ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser,
bei welchem das Abwasser periodisch durch zwei oder drei physikalische Unterbehälter
geleitet wird. Das Verfahren basiert darauf, daß einer der drei Unterbehälter für einen
Zeitraum isoliert wird, in dem unbehandeltes Abwasser dem mittleren Behälter
zugeleitet wird, bevor der Fluß nachfolgend umgekehrt wird, und der Fluß wieder durch
alle drei Behälter läuft.
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Die US 5 228 996 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur biologischen Behandlung von
Abwasser. Der Behälter ist in drei langgestreckte Unterbehälter unterteilt, wovon jeder
wiederum in 4 Zellen unterteilt ist. Das Verfahren basiert auf einer Reihe von Phasen,
in denen das Wasser periodisch in jeden der drei Unterbehälter eingeleitet wird, wobei
jeweils aerobe und anaerobe Bedingungen in den einzelnen Zellen aufrechterhalten
werden können.
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Aus diesen beiden Patenten ist es folglich bekannt, die Fließrichtung in dem Behälter
umzukehren. In beiden Fällen handelt es sich jedoch um drei getrennte Behälter,
welche über Bodenklappen und Einwegventile jeweils miteinander verbunden sind.
Diese physische Unterteilung in drei Unterbehälter mit eingeschränkten
Transportmöglichkeiten für das Material zwischen ihnen und der periodischen
Isolierung eines der Behälter führt dazu, daß es nicht möglich ist, die
Reinigungsleistung des Schlamms vollständig zu nutzen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in
demselben nicht unterteilten Behälter durchgeführt wird, und daß das unbehandelte
Abwasser in ein Ende des Behälters über einen Zeitraum eingeleitet wird, der
ausreichend lang ist, daß eine Ansammlung von Schlamm an dem Auslaßende des
Behälters stattfindet, wonach die Fließrichtung umgekehrt wird, so daß das
unbehandelte Abwasser in einem nachfolgenden Zeitraum an diesem Ende für einen
Zeitraum eingeleitet wird, der ausreichend lang ist, daß eine Ansammlung von
Schlamm an dem entgegengesetzten Ende des Behälters stattfindet, an welchem Ende
Abwasser abgezogen wird.
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Durch solch eine Umkehrung der Einleitung von unbehandeltem Abwasser in den
Behälter, in dem das Abwasser der Reinigung unterzogen wird, wird erreicht, daß die
Behandlung in Anwesenheit großer Mengen an Schlamm durchgeführt wird, was, wie
oben erwähnt, zu einer erhöhten Reinigungsleistung führt.
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Es wäre zu erwarten gewesen, daß das unbehandelte Abwasser, das in den Behälter
eingeleitet wird unmittelbar vor Durchführung der Umkehrung zum Einleiten des.
Abwassers an dem Ende, welches normalerweise das Auslaßende ist, dazu führen
würde, daß das nach der Umkehrung herausgezogene Abwasser einen unzulässig
hohen Gehalt an Schadstoffen, beispielsweise in Form von unreagierten
Stickstoffverbindungen aufweisen würde.
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Es hat sich überraschender Weise gezeigt, daß dem nicht so ist, was vermutlich auf der
Tatsache beruht, daß solche Verbindungen unmittelbar an den Schlammpartikeln
adsorbiert und folglich in dem Behälter zurückgehalten werden.
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Somit ist es unerwarteter Weise möglich, das Verfahren in einem einzigen Schritt
umzukehren, ohne daß das behandelte Abwasser seine Qualität verliert.
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Dadurch, daß die Behandlung zugleich in nur einem einzigen, ungeteilten Behälter
stattfinden kann, können die anfänglichen Baukosten erheblich reduziert werden.
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Bei der Implementierung in bestehenden Anlagen kann die Volumenfracht aufgrund der
großen Schlammenge, die in dem Behälter zurückgehalten wird, erheblich gesteigert
werden, wodurch die Reinigungsleistung gesteigert wird, und die Fracht in dem
Klärbehälter wird verringert.
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Nachfolgend wird die Erfindung in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
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Abb. 1 eine konventionell betriebene Anlage zur Reinigung von Abwasser mit einem
Behandlungsbereich und einem Klärbereich zeigt;
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Abb. 2 eine Anlage zur Reinigung von Abwasser zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren betrieben wird, wobei sie einen Behandlungsbereich und einen Klärbereich
aufweist, und das Verfahren in eine Phase A und eine Phase B unterteilt ist;
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Abb. 3 eine Anlage zur Reinigung von Abwasser zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren betrieben wird, wobei sie mehrere Behandlungsbereiche aufweist;
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Abb. 4 eine zusätzliche Anlage zur Reinigung von Abwasser zeigt, die mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, wobei sie mehrere Behandlungsbereiche
aufweist;
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Abb. 5 eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebene Reinigungsanlage mit
zwei Zwischenphasen zeigt;
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Abb. 6 eine beispielhafte Berechnung zeigt.
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Abb. 1 illustriert eine konventionelle Anlage mit einem Einlaß 1, der in einen aeroben
Behandlungsbehälter 2 mündet, von wo eine Leitung 3 zu einem Klärbehälter 4 führt,
von wo wieder an Auslaß 5 und eine Rückführungsleitung 6 abgehen, welche zu dem
Einlaß 1 zurückführt.
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Bei dieser Art von konventionellem Betrieb wird das Abwasser in den
Behandlungsbehälter 2 geleitet, wo eine Belüftung und ein Rühren entlang der
vollständigen Länge des Behälters stattfinden, um eine nahezu vollständige
Durchmischung zu erreichen. Der Auslaß aus dem Behandlungsbehälter 2 in den
Klärbehälter 4 weist folglich eine Konzentration entsprechend der Prozeßkonzentration
in dem Behälter auf, beispielsweise 4 kgSS/m³, was wiederum bedeutet, daß eine
große Menge an Schlamm mit in den Klärbehälter eingetragen wird. Als Folge sind ein
vergleichsweise großer Klärbehälter und eine hohe Rückführmenge erforderlich, um die
Schlammkonzentration in dem Behandlungsbehälter aufrechtzuerhalten.
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Abb. 2 illustriert eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei
welchem das Abwasser in einer ersten Phase über einen Einlaß 11 in einen aeroben
Behandlungsbehälter 12 eingeleitet wird, von dem aus eine Leitung 13 zu einem
Klärbehälter 14 führt, von dem wiederum ein Auslaß 15 und eine Rückführleitung 16
abgehen, welche zurück zu dem Einlaß 11 führt.
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In einer zweiten Phase B wird das Abwasser über den Einlaß 11 in den Behälter 12 an
dem Ende, welches vorher das Auslaßende war, eingeleitet, und dann weiter durch die
Leitung 13 zu dem Klärbehälter 14 mit dem Auslaß 15 geführt.
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Durch Steuerung der Belüftung und des Rührens wird an dem Auslaßende des
Behandlungsbehälters eine Schichtenbildung erzielt. Als Folge wird in dem oberen
Bereich des Behälters eine Konzentration erreicht, die kleiner ist als die
Durchschnittskonzentration in dem Behälter. Der Fluß, der von hier in den Klärbehälter
abgezogen wird, weist somit eine niedrigere Konzentration von beispielsweise 2
kgSS/m³ auf, was die Fracht in dem Klärbehälter verringert.
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Während Phase A sammelt sich der Schlamm an dem Auslaßende des
Behandlungsbehälters an, aber durch den Übergang zu Phase B, in welcher das Ende,
welches vorher das Einlaßende war, jetzt das Auslaßende bildet, wird der Schlamm
langsam zu dem gegenüberliegenden Ende zurückgeführt. Somit wird durch
wiederholten Wechsel zwischen der Phase A und B eine Art Wellenwirkung erreicht,
was bedeutet, daß der Schlammrückfluß erheblich verringert werden kann, wodurch
gleichzeitig die Befrachtung des Klärbehälters verkleinert wird.
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Abb. 3 zeigt einen Einlaß 21, der in einen anoxischen Behälter 22 führt, von dem aus
eine Leitung 23 zu einem aeroben Behandlungsbehälter 24 führt, von dem aus
wiederum eine Leitung 25 in einen Klärbehälter 26 mit einem Auslaß 27 abgeht. Von
dem Klärbehälter 26 aus wird eine Rückführung über eine Leitung 28 zu dem Einlaß 21
durchgeführt, wie von dem Behandlungsbehälter 24 eine Rückführung über eine
Leitung 29 zu dem anoxischen Behälter 22 durchgeführt wird.
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In einer ersten Phase A wird das Abwasser von dem anoxischen Behälter 22 zu einem
Ende des anaeroben Behälters 24 geleitet und ferner in den Klärbehälter 26 geführt. In
einer zweiten Phase B wird das Abwasser zu dem anderen Ende des Behälters
geleitet, um den oben beschriebenen Welleneffekt zu erzielen.
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In dieser Ausführung hat man dem Behandlungsbehälter einen anoxischen Bereich
vorgeschaltet, in welchem Nitrat in Anwesenheit von Mikroorganismen in freien
Stickstoff umgewandelt wird (Denitrifikation), und weichem von dem aeroben Behälter
eine Rückführung zugeleitet wird. Die Schlammfracht in dem Klärbehälter ist in Folge
des zu Abb. 2 beschriebenen Verfahrens immer noch gering.
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Abb. 4 zeigt einen Einlaß 31, der in einen anaeroben Behälter 32 führt, von dem aus
eine Leitung 33 zu einem anoxischen Behälter 34 führt, von dem aus wiederum eine
Leitung 35 in einen aeroben Behandlungsbehälter 36 abgeht, von dem aus eine
Leitung 37 zu einem Klärbehälter 38 und einer Rückführleitung 41 führt, welche letztere
zu dem anoxischen Behälter 34 zurückführt. Von dem Klärbehälter 38 geht ein Auslaß
39 und eine Rückführleitung 40 ab, welche letztere zu dem Einlaß 31 zurückführt. Die
Rückführleitung 41 kann optional durch einen weiteren Leitungsabschnitt verlängert
werden, so daß auch eine Rückführung zu dem anaeroben Behälter 32 stattfindet.
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Dies illustriert eine Reingungsanlage, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben wird, wobei der Schlamm durch Wechsel zwischen der Phase A und der
Phase B in Wellenbewegung hin- und herbewegt wird, wobei zusätzlich ein anaerober
Bereich eingebaut ist, um eine biologische Phosphorreinigung und/oder eine
Selektorwirkung zu erzielen, was zu einem verbesserten Schlamm hinsichtlich der
Absetzeigenschaften führt. Zugleich wird, wie oben beschrieben, eine Rückführung von
dem aeroben Behälter zu dem anoxischen Behälter durchgeführt.
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Abb. 5 illustriert eine zusätzliche Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Anlage dafür umfaßt einen Einlaß 51 in einen aeroben Behandlungsbehälter 52,
von dem aus eine Leitung 53 zu einem Klärbehälter 54 führt, von dem aus wieder ein
Auslaß 55 und eine Rückführleitung 56 abgehen, welche zu dem Einlaß 51 zurückführt.
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In dieser Ausführung ist jedoch eine Zwischenphase eingeführt, so daß das Abwasser
in einer ersten Phase A in ein Ende des Behandlungsbehälters fließt, während es in
einer Phase B an eine Stelle zwischen den beiden Enden des Behälters geleitet wird,
und es in einer Phase C zu dem Ende geleitet wird, welches in Phase A das
Auslaßende war. In einer Phase D wird das Abwasser wieder zu der Stelle zwischen
den beiden Enden des Behälters geleitet.
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Dieses Verfahren stellt sicher, daß zu keinem Zeitpunkt das Abwasser aus einem
Bereich abgeleitet wird, der während einer vorherigen Phase der Einlaßbereich war.
Dies ist als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme gedacht, falls sich herausstellen sollte,
daß die Reinigungsleitung bei Einsatz von nur zwei Phasen zu gering ist.
Vergleichsbeispiel (konventioneller Betrieb)
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Bei Betrieb einer Reinigungsanlage, wie in Abb. 1 gezeigt, liegt erfahrungsgemäß eine
Konzentration an Schwebstoffen (SS) von 8 kgSS/m³ in dem Rückfluß 6 von dem
Klärbehälter 4 vor, was bedeutet, daß unter der Annähme, daß insgesamt in dem
Behandlungsbehälter 2 eine Konzentration von 4 kgSS/m³ bei nahezu vollständiger
Durchmischung vorliegt, eine Menge (hier 1000 m³/h) entsprechend 100%
(Rückführrate = 1,0) zurückgeführt werden sollte, um eine Konzentration von 4 kgSS/m³
in dem Behandlungsbehälter aufrechtzuerhalten. Dies erfordert, daß die doppelte
Durchflußmenge (2000 m3/h) durch die Leitung 3 von dem Behandlungsbehälter zu
dem Klärbehälter geleitet werden muß, um einen geeigneten Rückfluß zu erreichen und
die Behandlungskonzentration von 4 kgSS/m³ beizubehalten. Dies führt zu einer Fracht
in dem Klärbehälter von 8000 kgSS/h.
Beispiel 1
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Abb. 2 zeigt eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Aufgrund der
Schichtenbildung an dem Auslaßende des Behälters mit daraus resultierender
Ausfällung des Schlamms liegt in dem. Auslaß aus dem Behälter eine
Schlammkonzentration von 2,0 kgSS/m³ vor. Als Folge führt diese niedrige
Konzentration dazu, daß der Schlammrückfluß über die Leitung 16 erheblich verringert
werden kann. Durch gleichzeitiges Wechseln zwischen den Phasen A und B wird eine
Wellenwirkung erzielt, so daß der Schlamm, der für einen Zeitraum an dem Auslaßende
aufkonzentriert wird, in einem zweiten Zeitraum wieder zurückgeführt wird. Dies ist ein
wichtiger Faktor, der dazu beiträgt, daß es in dieser Ausführung möglich ist, den
Rückfluß auf 335 m³/h zu reduzieren, was einer Verringerung um 67% gegenüber dem
konventionellen Betrieb (Abb. 1) entspricht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist
es somit möglich, die Kosten für die Rückführung erheblich zu senken, wobei
gleichzeitig die Befrachtung des Klärbehälters verringert wird.
Beispiel 2
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Die Abb. 6 und 7 zeigen eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei welcher die Anlage derart gestaltet ist, daß eine höhere Schlammkonzentration in
dem Behandlungsbehälter sowie eine Verringerung der Schlammfracht in dem
Klärbehälter erreicht wird.
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Um eine höhere Anlagenkapazität zu erzielen, ist hier eine Behandlungskonzentration
von 6 kgSS/m³ gewählt worden. Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie oben
beschrieben, eine Schichtenbildung an dem Auslaßende des Behälters erreicht wird, ist
in diesem Fall auch die Konzentration in dem Auslaß geringer und entspricht 3
kgSS/m³. Wenn der Rückfluß auf 429 m³/h eingestellt ist, wird, wie gezeigt, eine
Schlammfracht in dem Klärbehälter von 4287 kgSS/h erreicht. Gegenüber dem
konventionellen Betrieb (Abb. 1) ist es somit möglich, 57% der Kosten für die
Rückführung des Rücklaufschlamms einzusparen. Zugleich wird eine höhere
Reinigungsleistung aufgrund der Möglichkeit erzielt, die Anlage mit einer höheren
Behandlungskonzentration zu betreiben, und die Fracht in dem Klärbehälter wird um
46% verringert.