DE69833541T2

DE69833541T2 - Biologisches Verfahren und anoxischer und/oder aerobischer Bioreaktor zur Reinigung von flüssigen Abfällen

Info

Publication number: DE69833541T2
Application number: DE1998633541
Authority: DE
Inventors: Ramon Roca Enrich
Original assignee: Ros Roca SA
Current assignee: Ros Roca SA
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2018-07-18
Also published as: EP0949209A2; DE69833541D1; EP0949209B1; PT949209E; EP0949209A3; ES2259204T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein biologisches Verfahren und einen anoxischen und/oder aeroben biologischen Reaktor zur Reinigung von flüssigen Rückständen.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht aus einem biologischen Verfahren, das ein gemischt biologisches Verfahren zum Abbau von flüssigen Rückständen mit einer hohen Verunreinigungsbelastung und/oder einer hohen Toxizität betrifft. Dieser Abbau wird durch die Wirkung von angepassten Bakterien durchgeführt, die auf Aufnahmeelementen fixiert sind, die in die biologischen Reaktoren eingetaucht sind.
Das Verfahren umfasst eine anfängliche physiko-chemische Behandlung, eine gemischt anoxisch-aerobe oder aerob-anoxische biologische Behandlung mit den genannten biologischen Reaktoren, eine Schlammeindickung mit den entsprechenden Rückführungen und in bestimmten Fällen eine anschließende Behandlung mit einem Raffinierungsreaktor mit einer abwechselnden anoxisch-aeroben Funktion, und wobei am Ende eine herkömmliche physiko-chemische Behandlung durchgeführt wird.
Gegenwärtig sind Reinigungsbehandlungssysteme für kommunales und industrielles Wasser durch physiko-chemische Mechanismen bekannt. In jedem Fall hängt die Festlegung des Verfahrens von der Verunreinigungsbelastung, die bei der zu behandelnden ausströmenden Flüssigkeit vorliegt, und dem beabsichtigten Abbauniveau zusammen.
Im Allgemeinen liegt bei diesen Verfahren eine physikalische oder physikochemische Primärbehandlung zur Beseitigung von Feststoffen und von Teilchen, die sedimentieren, und danach eine biologische Behandlung vor, bei der eine Oxidation und/oder anoxische Reaktionen kombiniert werden können, und danach liegt häufig eine Kläreinrichtung zur Trennung der Biomasse von der schließlich erhaltenen ausströmenden Flüssigkeit vor.
Gemäß den Patenten ES 2088747 , DE 4130424 C2 , US 2,788,127 , US 2,875,151 und US 4,874,518 ist bekannt, dass die anoxischen Reaktoren vor den aeroben Reaktoren angeordnet sind. Ferner beschreiben sie, dass der grundlegende Mechanismus für diese aeroben oder anoxischen Verfahren durch bakterielle Systeme gebildet wird.
Bei der Behandlung flüssiger Rückstände von Vieh, die als Jauche bekannt sind, wie von Rindern und/oder Schweinen, welche die vorliegende Erfindung betrifft, liegen Verunreinigungsbelastungen vor, die manchmal um den Faktor 100 größer sind, und in diesen Fällen werden sie nicht als Abwasser, sondern als flüssige Rückstände betrachtet, und vor der Bezeichnung ihrer Belastung wird auch die Vorsilbe „hoch" (hohe Verunreinigungsbelastung) einbezogen, was bedeutet, dass diese Werte über 4000 ppm an organischer Belastung liegen (wobei es sich um den Bezugsparameter handelt).
Diese hohen Konzentrationen machen es schwierig, ein Gleichgewicht zwischen dem Wachstum der Biomasse und der Konzentration des Substrats in dem biologischen Reaktor zu erreichen, was zu einer Zunahme der Toxizität des Systems anlass gibt, wodurch die Effizienz des Reinigungsverfahrens vermindert wird.
Um diese Probleme zu beseitigen und diese Ziele zu erreichen, wurden mehrere Versuche gemacht. Diesbezüglich sollten die Patente US 4,948,514 , US 4,956,094 , US 5,076,927 , US 5,252,214 , US 5,344,562 , US 5,156,742 und FR 2674844 A hervorgehoben werden, welche zwei Verfahren zur Behandlung von Abwasser mit dieser Art von Verunreinigungen und insbesondere zur Beseitigung von Phosphaten und Ammoniak beschreiben. Ferner liegen gemäß den genannten Dokumenten anfängliche Verunreinigungsbelastungswerte von 30000 bis 100000 DQO (gesamte organische Belastung) vor, die weit unterhalb den Verunreinigungsbelastungswerten der vorliegenden Erfindung liegen, wobei diese Werte für die übliche Praxis nicht geeignet sind.
Um diese Probleme zu beseitigen und die angegebenen Ziele zu erreichen, bezieht sich ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung auf ein biologisches Verfahren zum Reinigen von flüssigen Viehrückständen, die als Jauche bezeichnet werden, von Rindern und/oder Schweinen, mit einer hohen Verunreinigungsbelastung und/oder einer hohen Toxizität. Das spanische Patent Nr. P 9601316 des gleichen Anmelders stellt einen ersten Fortschritt in diesem Sinne dar, da das Patent P 9601316 das prioritätsbegründende Patent der Patentanmeldung WO 97/47561 A ist, das ein biologisches Verfahren zum Reinigen von flüssigen Rückständen betrifft, umfassend die folgenden Phasen des Unterwerfens der flüssigen Rückstände einer vorhergehenden physiko-chemischen Behandlung, einer Behandlung in einem aeroben biologischen Reaktor, einer Behandlung in mindestens einem anoxischen biologischen Reaktor, der stromaufwärts von dem aeroben biologischen Reaktor angeordnet ist, einen darauf folgenden biologischen Raffinierungsreaktor und mindestens eine Rückführung von Schlamm zu mindestens einem der anoxischen aeroben Reaktoren, und die vorliegende Erfindung ist eine wesentliche Verbesserung des älteren Patents P 9601316 des Anmelders, das im Wesentlichen eine biologische Behandlung betrifft, die in einem gemischten Reaktor durchgeführt wird, der aus Körpern aufgebaut ist, und die lediglich auf die Behandlung von Jauche von Schweinen und Rindern angewandt wird. Abhängig von der Art des landwirtschaftlichen Betriebs (Züchten und/oder Mästen), wo der Rückstand erzeugt wird, der Art der Fütterung und der vorliegenden Jahreszeit können die Analysewerte zwischen den folgenden Werten variieren:

DQO:: 35000 bis 120000 ppm (organische Gesamtbelastung)
MES:: 30000 bis 60000 ppm (Suspensionsmaterial)
Nt:: 3000 bis 6500 (Gesamtstickstoff)
Pt:: 1000 bis 3000 (Gesamtphosphor)
DBO:: 12000 bis 30000 (Biologischer Sauerstoffbedarf)
Inhibierendes Material:: 100 bis 300 Equitox (Messeinheit)

Das erfindungsgemäße biologische Abbauverfahren flüssiger Jaucherückstände von Schweinen und/oder Rindern umfasst zwei herkömmliche physiko-chemische Behandlungen zu Beginn und am Ende des Verfahrens, die im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, dass der flüssige Rückstand (P) einer Abbaubehandlung unter Verwendung hyperaktiver Bakteriengruppen, die durch Anpassung, Selektion und Optimierung der mikrobiellen Flora erzeugt werden, unterworfen wird, eine interne Umwälzung (C) in zwei entgegengesetzten Richtungen (3/5) zwischen beiden unbe deckten Behälterkörpern (A/B) des Reaktors (R), die den anoxisch-aeroben und anoxisch-anoxischen Phasen in einer internen Stromrichtung (5) und den aerobanoxischen und aerob-aeroben Phasen in der entgegengesetzten internen Stromrichtung (3) entsprechen, eingesetzt wird, wodurch ein optimaler Abbau von flüssigen Rückständen erzeugt wird, und eine anschließende Schlammeindickung (6) durchgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt den Zufluss in den biologischen Reaktor am Mittelpunkt der internen Umwälzung in einer Umwälzrichtung und der anderen zu.
Das vorliegende Verfahren umfasst das Bewirken einer weiteren bakteriologischen Behandlung durch den Einsatz eines biologischen Hilfsreaktors, der mit Aufnahmeelementen für Bakterien ausgestattet ist, die in die Behandlungsflüssigkeit des genannten biologischen Hauptreaktors eintauchen, was für die spezifische Einstellung von Parametern angemessen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Inokulieren von Biomasse von dem biologischen Hauptreaktor zu dem Hilfsreaktor, um die Biomasse des letzteren stabil zu halten.
Erfindungsgemäß arbeitet der Hilfsreaktor in einer aufeinander folgenden Weise abwechselnd in der anoxischen und der aeroben Phase.
Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht aus einem biologischen anoxischen und/oder aeroben Reaktor zur Reinigung von Abwässern und/oder flüssigen Rückständen mit hohen Konzentrationen an Verunreinigungen und/oder toxischen Belastungen.
In an sich bekannter Weise gibt es zum Reinigen von Wasser zwei bekannte Systeme, physiko-chemisch und biologisch, und zwar abhängig von ihrer anfänglichen Verunreinigungsbelastung und ihrer Endverunreinigungsbelastung, und auch von der Art der abzubauenden Elemente.
Ein biologisches Reinigungssystem ist im Wesentlichen aus zwei Komponenten aufgebaut:

– Den Bakterien (und anderen Mikroorganismen), die das in dem verunreinigten Wasser vorliegende organische Material abbauen müssen.
– Einem System, das den Kontakt zwischen Bakterien und dem Wasser oder dem flüssigen Rückstand, das bzw. der behandelt werden soll, und dem Sauerstoff, den die Bakterien für ihren Metabolismus benötigen, ermöglicht.

Herkömmliche biologische Behandlungssysteme, die auf Abwässer mit hohen Belastungen angewandt werden, weisen bezüglich jedem der genannten Faktoren wichtige Beschränkungen auf.
Die Bakterien, die in herkömmlichen Wasserbehandlungsanlagen verwendet werden, stammen üblicherweise von dem biologischen Schlamm anderer Behandlungsanlagen für kommunale Abfälle. Diese Art von Bakterien passt sich nicht an die extremen Beschickungsbedingungen eines Zuflusses mit einer Verunreinigungsbelastung an, die viel höher ist als diejenige in ihren natürlichen Entwicklungsmedien.
In speziellen Fällen, wie z.B. zur Aktivierung herkömmlicher Wasserbehandlungsanlagen für verschiedene Anforderungen, die auftreten, gibt es Unternehmen, die spezifische lyophilisierte Bakterien verkaufen, jedoch entwickeln sich diese nach einiger Zeit in Richtung der Standardeinheitlichkeit der Medien, auf die sie angewandt werden. D.h., dieses Inokulationsmaterial hält dessen Effizienz im Laufe der Zeit nicht aufrecht, sondern ist von anderen Wirkungen begleitet, wie z.B. denjenigen, die in der vorliegenden Erfindung erläutert werden.
Im Wesentlichen gibt es drei Arten von biologischen Reaktoren, die kommerziell verwendet werden:

– Aktivierter Schlamm, in dem Bakterien in einer Suspension in dem Wasser gehalten werden und Flocken bilden, die anschließend abdekantiert werden, um erneut in den Reaktor inokuliert zu werden.
– Die Perkolationsfilter, in denen eine Ablagerung, die mit einem Träger gefüllt ist (typischerweise Raschigringen oder ähnlichem), von oben her mit dem zu behandelnden Abwasser berieselt wird, das durch die Füllelemente perkoliert, an denen die Bakterien verankert sind.
– Die Bioscheiben, bei denen es sich um kreisförmige Platten handelt, die auf einer sich langsam drehenden Achse angeordnet sind und partiell (etwa 40 % ihrer Oberfläche) in die zu behandelnden Medien eingetaucht sind. Die Bakterien sind auf den Scheiben verankert, nehmen Sauerstoff auf, wenn sie aufgrund des Drehens die Medien verlassen, und kommen mit der Luft der Atmosphäre in Kontakt.

Aus mehreren Gründen zeigen diese Systeme unabhängig einen Mangel bezüglich des Bakterien/Abwasser/Sauerstoff-Kontakts, so dass diese Systeme für den Abbau von Wasser oder flüssigen Rückständen mit einer hohen Verunreinigungsbelastung ungenügend sind.
Diese Art von Systemen, in denen ein Kontakt Bakterien/flüssiger Rückstand/Sauerstoff 1 vorliegt, ist in der FR-A-2695928 beschrieben, die ein Verfahren unter Verwendung eines Reaktors (1) beschreibt, der aus einer Trommel (geschlossener Tank), der mit zwei Öffnungen, und zwar mit einem Einlass (2) und einem Auslass (3) für das ausströmende Material, ausgestattet ist. Das ausströmende Material legt einen Zickzackweg auf einer vertikalen Ebene zurück (vgl. die 1 und 2), die durch eine Mehrzahl zwei verschiedener Arten (4a und 4b) starrer Platten definiert ist. Die Platten (4a) ragen über das Flüssigkeitsniveau in der Trommel hinaus und erreichen den Boden nicht. Die Platten (4b) erreichen nicht das Flüssigkeitsniveau und erreichen den Boden. Diese Anordnungen zwingen das ausströmende Material auf einen Weg unterhalb der Platten (4a) und oberhalb der Platten (4b). Die Platte (1) weist zwei Öffnungen (6 und 7) zur Entnahme bzw. zum Einbringen von Gas auf, das in der biologischen Reaktion abgegeben worden ist, und ist in einem oberen (5) Bereich der geschlossenen Trommel (1) positioniert. Auf diese Weise wirken die Platten als Ablenkplatte („Schikane").
Zur Lösung der Probleme der bekannten biologischen Reaktoren betrifft ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung einen biologischen anoxischen und/oder aeroben Reaktor zur Reinigung von Abwasser und/oder flüssigen Rückständen mit hohen Konzentrationen an Verunreinigungen und/oder toxischer Belastung, vom Typ, der zwei Körper umfasst, die jeweilige Behälter umfassen, durch das Abwasser und/oder flüssige Rückstände, das bzw. die gereinigt werden sollen, umgewälzt wird bzw. werden, und der mehrere Aufnahmeelemente zum Fixieren der Bakterien enthält, und der vorwiegend dadurch gekennzeichnet ist, dass die Aufnahmeelemente vollständig in dem Wasser und/oder dem flüssigen Rückstand eingetaucht sind, wodurch die Wirkung von Luft- und Sauerstofftreibmitteln vom Boden der Behälter her ermöglicht wird, wenn er in einer aeroben Weise wirkt, und von Mitteln zum Umwälzen des Wassers und/oder der flüssigen Rückstände innerhalb der Behälter ermöglicht wird, wenn er in einer anaeroben Weise wirkt, um die Wirkung der Bakterien zum biologischen Abbau des Wassers und/oder der flüssigen Rückstände mit einer hohen Verunreinigungsbelastung zu erleichtern.
Erfindungsgemäß können die Aufnahmeelemente des anoxischen und/oder aeroben biologischen Reaktors aus offenen Gewebestücken mit einer Rauhigkeit zur Erleichterung der Fixierung von Bakterien bestehen, die in einer vertikalen Position angeordnet, feststehend beabstandet und parallel sind, um vertikale „Korridore" zwischen den Gewebestücken zu erzeugen, um die laminare Strömung der behandelten Flüssigkeit und folglich die Wirkung der Bakterien und Mikroorganismen zu erleichtern, die Biofilme auf beiden Seiten des Gewebes bilden. Die Gewebestücke, die als Aufnahmeelemente wirken, bestehen aus Abschnitten von Stücken eines Kunststoffmaterialgewebes, dessen Gestrick gazeartig gemischt ist. Die unteren Enden der Gewebestücke sind getrennt vom Boden der Behälter in einem zweckmäßigen Abstand für die Luft und/oder den Sauerstoff angeordnet, die bzw. der durch die Treibmittel des Bodens während des aeroben Betriebs des Reaktors gefördert wird, so dass dieser) einheitlich zu den Gewebeelementen verteilt wird, so dass die Wirkung der Bakterien und/oder Mikroorganismen erleichtert wird.
Erfindungsgemäß können die Aufnahmeelemente auch aus Kunststoffrohren mit gewelltem Abschnitt bestehen, um die Fixierung der Bakterien zu ermöglichen, und diese werden in durchgelochten Käfigen gehalten, die nicht vollständig gefüllt sind, so dass die regelmäßige Strömung der behandelten Flüssigkeit erleichtert wird, und folglich wird die Wirkung der Bakterien, deren Käfige aufgeschichtet sind, wobei je doch der unterste Käfig in einer bestimmten Höhe vom Boden gehalten wird, so dass die Wirkung der Luft- und/oder Sauerstofftreibmittel, die am Boden der Behälter angeordnet sind, wenn der Reaktor in aerober Weise arbeitet.
Der erfindungsgemäße biologische Reaktor kann auf die Reinigung von Abwasser und flüssigen Rückständen mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen und/oder toxischen Belastungen angewandt werden, um welche Art und Herkunft auch immer es sich handelt.
Der biologische Reaktor ist insbesondere auf die Reinigung von flüssigen Rückständen, die der Jauche von Schweinen und/oder Rindern entspricht, auf die Reinigung von flüssigen Rückständen, die den ausgewaschenen Flüssigkeiten von Deponierungsstellen entsprechen, und auf die Reinigung von Abwasser, vorzugsweise von kommunalem Abwasser, anwendbar.
Diese und andere Eigenschaften können mit Hilfe der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden werden. Drei Seiten Zeichnungen, die einen praktischen Betriebsfall repräsentieren, der lediglich als nicht beschränkendes Beispiel des Schutzbereichs der Erfindung genannt ist, sind beigefügt, um die genannte Beschreibung leichter verständlich zu machen.
In den Zeichnungen
veranschaulicht die 1 schematisch das Verfahren, das den ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet,
ist die 2 eine Draufsicht einer fragmentierten Behandlungsanlage, die mit dem biologischen Reaktor ausgestattet ist, der zwei Körper umfasst, die aus jeweiligen Behältern ausgebildet sind, die den zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden,
ist die 3 eine fragmentierte Draufsicht eines Körpers des biologischen Reaktors der 1 und 2 und zeigt die parallele und beabstandete Anordnung der Aufnahmeelemente,
ist die 4 eine Ansicht bezogen auf die IV-IV-Ebene von 3, welche die Aufnahmeelemente in einer vertikal beabstandeten Position zeigt,
ist die 5 eine perspektivische Ansicht eines Aufnahmeelements in der Form eines Gewebestücks,
ist die 5a eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Gestricks, welches das in den 1 bis 5 veranschaulichte Aufnahmeelement bildet,
ist die 5b eine vergrößerte Ansicht bezogen auf die Vb-Vb-Ebene von 5a, die das Gewebe veranschaulicht, das ein Aufnahmeelement bildet, wobei die Biofilme von Bakterien und Mikroorganismen auf beiden Seiten des Gewebes schematisch gezeigt sind,
ist die 6 eine fragmentierte Vorderansicht in Längsrichtung eines Körpers des biologischen Reaktors der 1 und 2 bezogen auf die VI-VI-Ebene von 2, der mit den Aufnahmeelementen aus Gewebe ausgestattet ist, und zeigt eine Art der Strömung der flüssigen Rückstände,
ist die 7 eine fragmentierte Vorderansicht in Längsrichtung eines Körpers des erfindungsgemäßen biologischen Reaktors ähnlich wie in der 6, bei dem die Aufnahmeelemente aus gewellten Kunststoffrohren bestehen, die in durchgelochten Käfigen gehalten angeordnet sind, wobei die Umwälzung der behandelten Flüssigkeit gezeigt wird,
ist die 7a eine perspektivische Ansicht eines Aufnahmeelements in der Form eines gewellten Rohrs, und
ist die 8 eine Draufsicht des biologischen Reaktors von 2, der zwei Körper mit Aufnahmeelementen zeigt, die aus Gewebestücken hergestellt sind, wobei die Strömung der behandelten Flüssigkeit in der Art eines Karussells gezeigt ist.
Gemäß den Gestaltungen und unter Bezugnahme auf die 1 bezieht sich das biologische Verfahren zum Abbau von flüssigen Rückständen von Jauche von Schweinen und/oder Rindern, das den ersten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, auf die Behandlung der Jauche P, die von landwirtschaftlichen Betrieben stammt und in einem Homogenisierungsvorrat gesammelt wird. Als nächstes findet eine Primärbehandlungsphase in zwei Stufen statt, wobei eine Stufe eine herkömmliche Abtrennung von Feststoffen ist und die andere Stufe aus einem Luftflotationssystem 1 zum Abtrennen von kolloidalen festen Materialien besteht, wobei dieser Anlage die entsprechenden Koagulierungsmittel- und/oder Flockungsmitteldosierungen zugesetzt werden. Die flüssige Phase 4 wird dem gemischt biologischen Reaktor 2 zugeführt, wobei die Biomasse auf eingetauchten speziellen Aufnahmeelementen aus einem Kunststoffmaterial gehalten ist, die später beschrieben werden.
Diese Anlage ist aus einem gemischten Reaktor 3 mit zwei Körpern A und B zusammengesetzt, die aus jeweiligen Behältern bestehen, in denen die anoxisch-aeroben, anoxisch-anoxischen, aerob-anoxischen und aerob-aeroben Phasen aufeinander folgend kombiniert sind.
Anschließend wird von dem gemischten Reaktor 2 ein Schlammeindicker 6 gespeist und dieser speist in manchen Fällen einen alternativen Hilfsreaktor 9.
Die interne Funktion des gemischt biologischen Reaktors 2 in ihren verschiedenen Phasen umfasst: In den Körpern A und B, die aus Behältern des gemischt biologischen Reaktors 2 bestehen, können die aeroben oder anoxischen Phasen nicht unterscheidbar vorliegen und es liegt auch ein Umwälzungsfluss 3 und 5 zwischen diesen in einer Richtung oder der umgekehrten Richtung vor. Die einströmende Flüssigkeit 4 wird in den gemischt biologischen Reaktor an dem zentralen oder mittleren Punkt c injiziert. Der vollständige Betriebszyklus beginnt in der anoxischen Phase im Körper A und einer aeroben Phase im Körper B, wobei die interne Umwälzung in dieser Phase gemäß dem Fluss 5 wirkt. In der nächsten Stufe wird der Körper A, der in der anoxischen Phase vorlag, aerob, wobei die Richtung des Umwälzungsflusses 3 umgekehrt wird und die anoxische Phase des Körpers B folgt. Als nächstes und letztes tritt dieser in die aerobe Phase ein, wobei der Zyklus erneut initiiert wird.
Eine andere und innovative Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Stufe, bei der die Umwälzungsphase 3 oder 5 mehr als fünfmal so groß ist wie das Zuführungs- bzw. Beschickungsvolumen 4.
Eine weitere Eigenschaft des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass die ausströmende Flüssigkeit 12 des biologisch gemischten Reaktors 2 einem Schlammeindicker 6 zugeführt wird, von dem es in seinen Anteilen, die dem Mehrphasenreaktor 2 entsprechen, erneut verteilt (wieder zugeführt) wird.
Ferner ist in bestimmten Fällen ein Hilfsreaktor 9, der mit der gleichen Art von bakteriologischen Aufnahmeelementen wie der Hauptreaktor 2 und mit einer abwechselnd aerob-anoxischen Funktion ausgestattet ist, installiert. Dieser Hilfsreaktor 9, der in der 1 durch eine diskontinuierliche Linie dargestellt ist, wird abhängig von dem zu behandelnden Volumen und/oder dem Abbauniveau installiert, das für die zu reinigende Jauche erforderlich ist, und zwar abhängig davon, ob sie zur Bewässerung dient oder in das öffentliche Wassersystem abgegeben wird. Eine Biomasseströmung 13 des suspendierten Anteils, der von dem gemischten Hauptreaktor 2 stammt, wird diesem letzten Hilfsreaktor 9 zugesetzt. Schließlich liegt in dem Verfahren ausgehend von 10 eine herkömmliche physiko-chemische Behandlung mit bekannten Eigenschaften vor.
Die Betriebszeiten der Zwischenphasen in dem gemischten Reaktor 2 sowie das Volumen ihrer internen Ströme werden von der ursprünglichen Zusammensetzung der zu behandelnden Jauche bestimmt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dass die Endparameter des Reinigungsverfahrens mit den bestehenden Vorschriften im Einklang stehen. Folglich ist die Entsorgung gemäß diesem Verfahren die einzige bekannte Entsorgung, die in einer ununterbrochenen Weise arbeitet (nicht chargenweise) und welche die flüssigen Rückstände von Schweine- und Rinderjauche integral reinigen kann, was zu einer schließlich erhaltenen ausströmenden Flüssigkeit führt, die exakt den Parametern genügt.
Als Veranschaulichung sind die Parameter des Wassergesetzes (Gesetz 29/85 vom 2. August), der Wasservorschriften für den öffentlichen Bereich (R.D. 849/86 vom 11. April), R.D. 484/1995 der Entsorgungsregulierungsmaßnahmen und -kontrolle, und gemäß spanischen Vorschriften in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

pH 5,5 bis 9,5

DQO max. 160

MES max. 80 ppm

NH₄ max. 15 ppm

Nitratstickstoff max. 10 ppm

Gesamtphosphor max. 10 ppm
Der Rest der Parameter ist innerhalb der Grenzen der Tabelle III des Anhangs zu Abschnitt IV der Wasservorschriften für den öffentlichen Bereich festgelegt.
Unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 der Gestaltungen ist der anoxische und/oder aerobe biologische Reaktor R zur Behandlung von Abwasser und/oder flüssigen Rückständen mit einer hohen Verunreinigungsbelastung und/oder toxischen Belastung, der den zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, in einer fragmentierten Reinigungsanlage mit dem allgemeinen Bezugszeichen D bereitgestellt, welche schematisch den biologischen Reaktor R der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, der zwei Körper (A und B) umfasst, die aus Behältern bestehen, mit Betriebsmedien 14, wie z.B. einem Rührer oder dergleichen, ausgestattet sind, und mit Luft- und/oder Sauerstoffverteilern oder -treibmitteln 16 ausgestattet sind.
Der biologische Reaktor R als Gegenstand der vorliegenden Erfindung umfasst zwei Körper (A und B), die aus einem Behälter als eine Art von Vorrat oder dergleichen bestehen, durch den Abwässer und/oder flüssige Rückstände P, die behandelt werden sollen, umgewälzt werden.
Der biologische Reaktor R als Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in beiden Körpern A und B mit Aufnahmeelementen mit dem allgemeinen Bezugszeichen S ausgestattet, um die Bakterien aufzunehmen. Wie es nachstehend beschrieben wird, können die Aufnahmeelemente Kunststoffgewebestücke S1 oder gewellte Rohre S2 sein. Die zwei Arten von Aufnahmeelementen S, unabhängig davon, ob es sich dabei um S1 oder S2 handelt, werden vollständig in der behandelten Flüssigkeit P eingetaucht gehalten, vgl. die 6 und 7, wobei sich in den zwei Körpern A und B des biologischen Reaktors R das Niveau N der behandelten Flüssigkeit P oberhalb des oberen Teils der Aufnahmeelemente S befindet und diesen bedeckt, und zwar unabhängig davon, ob es sich dabei um Gewebeteile S1 oder gewellte Rohre S2 handelt, die in Käfigen 18 bereitgestellt sind. Die Aufnahmeelemente S werden auch in einer bestimmten Höhe getrennt vom Boden F der Behälter A und B des Reaktors R gehalten, um die richtige Wirkung des Luft- und/oder Sauerstoffverteilers oder -treibmittels 16 zu ermöglichen, wenn einer der Körper A und B des Reaktors in einer aeroben Form arbeitet, und in einem bestimmten Abstand von dem Betriebsmittel 14 ist z.B. ein Rührer oder ein Äquivalent davon bereitgestellt, um die Umwälzung der behandelten Flüssigkeit P zu bewirken, wenn einer der Körper A oder B des biologischen Reaktors R in einer anoxischen Weise arbeitet, so dass die Wirkung der Bakterien für den biologischen Abbau von Abwässern und/oder flüssigen Rückständen mit einer hohen Verunreinigungsbelastung erleichtert wird.
Der erfindungsgemäße biologische Reaktor R kann durch die zwei Körper A und B, in welchen die Aufnahmeelemente S vollständig eingetaucht sind, in einer anoxischen und/oder aeroben Weise wirken, wobei davon diejenigen, bei denen es sich um Gewebestücke S1 handelt, fixiert oder nahezu fixiert sind, und diejenigen, die aus gewellten Rohren S2 bestehen, in durchgelochten Käfigen 18 gehalten werden, bei denen die Rohre das Innere des Käfigs nicht vollständig einnehmen, wobei jedoch der Käfig mit den Rohren außerhalb der Flüssigkeit bereitgestellt ist, wobei die Rohre S2 etwa 2/3 des Volumens des Käfigs einnehmen, was es ermöglicht, dass dann, wenn der Käfig 18 innerhalb der zu behandelnden Flüssigkeit P vorliegt, wie es in der 7 veranschaulicht ist, und die Flüssigkeit P umgewälzt wird, die Aufnahmerohre S2 der Bakterien geringfügig voneinander getrennt sind, was die Fixierung der Bakterien zur Bildung eines Biomasse-Biofilms erleichtert.
Die Aufnahmeelemente S1, die aus einem offenen Kunststoffmaterialgewebe bestehen und aufgerauht sind, um die Fixierung der Bakterien und Mikroorganismen zu erleichtern, sind detailliert in den 3, 4, 5, 5a und 5b veranschaulicht. Die Gewebestücke S1 (vgl. die 5 und 6 sind Abschnitte von Gewebesegmenten, bei denen die Kette U und der Schuss T aus gleichem oder unterschiedlichem Kunststoff, vorzugsweise verschiedenem Kunststoff, hergestellt sind, wobei der Kettfaden eine höhere Zugfestigkeit aufweist als der Schussfaden, da dieser eine größere Belastung überstehen muss. Das offene Gewebe kann jedwedes offene Gewebe sein, jedoch weist der gemischte Gazetyp für diese Anwendung sehr gute Eigenschaften auf. Wie es schematisch in der 5 dargestellt ist, werden Bakterien auf beiden Seiten a und b des Gewebes fixiert, wobei die Biomasse auf beide Seiten des Gewebes S1 zugeführt wird und zwei Biofilme Sa und Sb auf beiden Seiten des Gewebes S1 jeweils mit einer Dicke d gebildet werden.
Wie es deutlicher in der 3 und auch in den 4, 6 und 8 veranschaulicht ist, sind die Gewebestücke S1 in den Körpern A und B des erfindungsgemäßen biologischen Reaktors R so angeordnet, dass sie eingetaucht und mittels Stäben 20 oben und unten, welche die Gewebestücke S1 gespannt halten und beabstandet und parallel in einem Abstand d dazwischen angeordnet sind, in einer vertikalen Position angeordnet sind (vgl. die 4, 5 und 6), so dass „Korridore" zwischen den Gewebestücken S1 gebildet werden, was die laminare Strömung (vgl. die 3) der behandelten Flüssigkeit P erleichtert, was die Wirkung der Bakterien und Mikroorganismen erleichtert, so dass die genannten Biofilme Sa und Sb auf jeder Seite des Gewebes S1 gebildet werden.
Wie es in den 4 und 6 veranschaulicht ist, ist das untere Ende der Gewebestücke S1 vom Boden F des Behälters A/B um eine Höhe h beabstandet, so dass die Luft und/oder der Sauerstoff, die bzw. der durch die Treibmittel oder Verteiler 16 des Bodens bei der aeroben Funktion des biologischen Reaktors R in die Richtung der Gewebestücke S1 geleitet wird, durch die Aufnahmeelemente S1 einheitlich ausgebreitet wird, um die Wirkung der Bakterien und/oder Mikroorganismen zu erleichtern.
Wie es beschrieben worden ist und in den 7 und 7a veranschaulicht ist, können die Aufnahmeelemente S für Bakterien gewellte Kunststoffrohre S2 sein, die in durchgelochten Käfigen angeordnet sind, ohne diese vollständig zu füllen. Wie es bezüglich der 6 für die Elemente in einer Gewebeform S1 beschrieben worden ist, wird auch bei den Elementen in Rohrform S2, die in einem Käfig 18 oder dem unteren Käfig 18 angeordnet sind, dann, wenn mehrere vertikal überlagert angeordnet sind, aus den erläuterten Gründen eine Höhe h bezüglich des Bodens F aufrechterhalten, wie es in der 7 veranschaulicht ist.
Die Umwälzung C der behandelten Flüssigkeit P kann in zwei entgegengesetzten Richtungen an der Spitze und am Boden in der vertikalen Querrichtung der Behälter A/B des biologischen Reaktors R mit den Aufnahmeelementen S1 bzw. S2 durchgeführt werden, wie es in den 6 und 7 veranschaulicht ist, oder in der gleichen Richtung in dem Querschnitt jedes Teils des biologischen Reaktors R mit dem Gewebe S1 und einer Durchführung der Umwälzung C des biologischen Reaktors R in einer karussellartigen Weise mit dem zentralen Bereich 21, wie es in der 8 veranschaulicht ist.
Die Erfindung umfasst die Anwendung des biologischen Reaktors auf die Behandlung von flüssigen Rückständen, die Jauche von Rindern und/oder Schweinen entspricht, die Anwendung auf die Reinigung von flüssigen Rückständen, die den ausgewaschenen Flüssigkeiten von Deponierungsstellen entsprechen, und die Anwendung auf die Reinigung von Abwasser, vorzugsweise von kommunalem Abwasser.
Erfindungsgemäß ist mit diesem zweiten Gegenstand, der den Reaktor betrifft, ein Behandlungsreinigungssystem für Abwasser oder flüssige Rückstände P mit einer hohen Verunreinigungsbelastung entwickelt worden, wobei sich die hohe Verunreinigungsbelastung auf die organische Belastung und/oder Stickstoffbelastung mit ihren verschiedenen Verbindungen bezieht: Organisch, Ammoniak und Nitrate, und/oder Phosphor und/oder Kalium und/oder inhibierende Materialien. Diese hohe Belastung kann in konzentrierter Form vorliegen oder zu einem größeren Volumen an zu behandelnder einströmender Flüssigkeit verdünnt werden.
Erfindungsgemäß ist ein System zum Abbau von hohen Belastungen von weit über einer DQO von 5000 mg/02/1 durch ein biologisches Behandlungsmittel mit einer hohen Oxidationseffizienz durch Biostimulation und einer selektiven Biozunahme entwickelt worden, wobei hyperaktive Bakterienaggregate verwendet werden (als Konsortien bezeichnet), die durch ein Anpassungs-, Selektions- und Optimierungssystem von Biomasse, das für die Konzentration und die Art des organischen Materials, das behandelt werden soll, spezifisch ist, und mit einem eingetauchten bakteriellen Aufnahmesystem erzeugt worden sind.
Jede der Hauptkomponenten dieses Systems ist nachstehend detailliert beschrieben:

– Bakterielles Konsortium, d.h. Aggregate. Eine grundlegende Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist das verwendete spezifische bakterielle Konsortium. Dieses Konsortium wird nach einem Anpassungs-, Selektions- und Optimierungsverfahren der mikrobiellen Flora erhalten und weist die folgenden Grundeigenschaften auf: a) Es wird einer hohen Oxidationsgeschwindigkeit unterworfen. b) Es weist die Aufnahmeelemente auf, die in den 2 bis 8 beschrieben worden sind, um eine Erhöhung der Biomasse des Systems zu erhalten, was die Bildung von Biofilmen erleichtert. c) Die einströmende Flüssigkeit wird mit der angemessenen Rückführung zugeführt.

Der Zeitraum, der erforderlich ist, um ein optimiertes Konsortium zu erhalten, variiert zwischen 2 und 4 Monaten. Danach ist die Erzeugung des spezifischen und optimierten Konsortiums konstant und wird für die Funktion der Anlage in einer kontinuierlichen Weise verwendet. Die biochemischen Eigenschaften dieses Konsortiums sind im Wesentlichen drei:

a) Ein hoher Sauerstoffverbrauch, was eine hohe Oxidationsgeschwindigkeit von organischem Material nahe legt.
b) Eine hohe exoproteolytische Aktivität, die eine schnelle Hydrolyse des proteischen Materials zur Folge hat (wobei es sich um eine sehr wichtige Komponente des größten Teils des Abwassers handelt, auf das diese Erfindung angewandt wird).
c) Ein hoher zellulärer Polysaccharidgehalt, der die schnelle Absorption und Flockung sowohl des kolloidalen Materials als auch der suspendierten Bakterien des Systems verstärkt.

Gemäß dem zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird das Aufnahmeelement, das in den Gestaltungen spezifiziert und beschrieben worden ist, in den Reaktor R einbezogen, wodurch ein Biofilm erzeugt werden soll, der die stabilisierte Biomasse in dem System beträchtlich vermehrt und ferner zwei Haupteigenschaften aufweist:

a) Er weist eine Abbauaktivität bezüglich der umgewälzten Biomasse (in Suspension) auf, die zwei- bis viermal größer ist.
b) Er kann toxische Belastungen von mehr als 100 Equitox überstehen.

Eine spezifische Gestaltung zur Belüftung, zum Schütteln, zum Umwälzen und zum Rückführen von Schlamm erreicht eine zelluläre Retentionszeit und gleichzeitig werden vier Aspekte der Funktion des Reaktors optimiert:

1) Der Kontakt zwischen dem bakteriellen Konsortium, dem kolloidalen Material und den umgewälzten Bakterien ist schnell und vollständig, wodurch die Flockung optimiert wird, die durch die Exopolysaccharide des bakteriellen Konsortiums verursacht wird, wobei als Folge davon ein schnelles Dekantieren vorliegt.
2) Die Oxidationsgeschwindigkeit des organischen Materials ist viel höher als in den üblichen Systemen.
3) Die Hydrolyse und die schließlich erhaltene Ammoniak- und Nitratumwandlung des Stickstoff-enthaltenden Materials ist schnell und nahezu vollständig.
4) Die Verminderung der Toxizität des entsorgten Materials auf ein Niveau, das durch die Microtox- und Daphnia-Tests nicht erfasst werden kann.

Wie es in den 2 bis 8 beschrieben und veranschaulicht worden ist, besteht von den verschiedenen Arten von Aufnahmeelementen eine der beschriebenen Arten aus dem gewellten Rohr S2, das in Längen des 1- bis 1,5-fachen des Durchmessers geschnitten ist und verschiedene Durchmesser aufweist, und zwar abhängig von der Größe des Bioreaktors, was in den 7 und 7a veranschaulicht ist. Dieses Rohr S2 ist kommerziell bekannt und wird in elektrischen Verdrahtungsanwendungen verwendet, ist aus PVC hergestellt und weist eine Dichte auf, die etwas größer als die Dichte von Wasser ist. Die andere Art von Aufnahmeelement, das aus einem Kunststoffmaterialgewebe oder -netz S2 hergestellt ist und in den 3 bis 6 veranschaulicht ist, besteht aus Geweben, die durch Metallstäbe vollständig eingetaucht werden, wobei der Kettfaden U aus Polyethylen und der Schussfaden T aus Polypropylen besteht, und welche mit verschiedenen Texturen konfiguriert und vom gemischten Gazetyp sind. Die gesamte Anordnung stellt eine fixierte parallele und extrem dichte Geometrie (4, 5 und 6) in dem gesamten Abschnitt der Körper A/B des biologischen Reaktorabschnitts R dar, in dem die freien Bereiche die Behandlung der umgewälzten Strömung C der behandelten Flüssigkeit P im gesamten biologischen Reaktor in einer vollständig laminaren und einheitlichen Weise ermöglichen, und zwar unabhängig davon, ob es sich um einen aeroben, anoxischen oder gemischten Zustand handelt.
Die Mikroorganismen kolonisieren die Oberfläche der Gewebe- oder Netzanordnung mittels Exopolymeren (obwohl die Strukturen, die als „Pili" bezeichnet werden, und bestimmte proteische Adhesine auch beteiligt sind). Die Anordnung der mikrobiellen Biomasse, die sich bildet, wird als Biofilm a und b, als fixierte Biomasse oder anhaftende Biomasse bezeichnet. Die Vorteile dieses Aufnahmeelements S1 als Gegenstand der Erfindung leiten sich vorwiegend von der Tatsache ab, dass eine höhere Biomasseerzeugung erreicht wird, dass es eine höhere Abbauaktivität aufweist, bezüglich toxischer Produkte beständiger ist und das Raumerfordernis geringer ist wie bei dem gleichen biologischen Reaktor ohne Aufnahmeelemente. Diese größere Biomasse und Aktivität sind auf die Tatsache zurückzuführen, dass der mikrobielle Biofilm, der in der Fest-Flüssig-Zwischenphase gebildet wird, eine größere bakterielle Dichte aufweist, und dass die Bakterienanordnung aktiver ist als Bakterien, die in der flüssigen Phase dispergiert sind. Die Mechanismen, die für diese Situation verantwortlich sind, können sein:

– Die exozellulären Abbau-, Substratsammel-, Enzym- und Substratretentionsmechanismen. Der Transport des Substrats ist aufgrund der Tatsache effizienter, dass das Exopolmernetz, das den Biofilm bildet, die Wechselwirkung zwischen Substraten, Exoenzymen und Bakterien erleichtert.
– Nährstoffe, Sauerstoff und Bakterien konzentrieren sich und akkumulieren in der festen Zwischenphase anstatt in der flüssigen Phase.

Die vorliegende Erfindung umfasst die Erzeugung spezifischer bakterieller Konsortien durch einen Adaptions-, Selektions- und Optimierungsvorgang der mikrobiellen Flora der zu entsorgenden Flüssigkeit in einer unabhängigen Einheit mit einer hohen Oxigenierungsgeschwindigkeit und einem eingetauchten Aufnahmeelement.
Wie es angegeben worden ist, ist der biologische Reaktor, der den zweiten Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, für den biologischen Abbau von Abwässern und flüssigen Rückständen mit einer hohen Kontaminationsbelastung anwendbar.
Erfindungsgemäß können die Aufnahmeelemente S kommerziell bekannte gewellte Rohre S2 sein, die eine unterschiedliche Länge aufweisen und deren Längen proportional zu dem Durchmesser sind und welche abhängig von dem Volumen des Bioreaktors, in dem sie eingetaucht werden, verschiedene Durchmesser aufweisen. Die Aufnahmeelemente sind auf die spezifische Reinigung von kommunalen Abwässern und/oder flüssigen Rückständen, Jauche und Auswaschungen anwendbar.
Die Aufnahmeelemente S können aus gemischten Gazegewebestücken bestehen und auf die spezifische Reinigung von Jauche, Auswaschungen und kommunalen Abwässern angewandt werden.

Claims

Verfahren zum biologischen Abbau von flüssigen Schwein- bzw. Rindjaucherückständen, vom Typ, der zwei physiko-chemischen, herkömmlichen Behandlungen umfaßt, die eine am Anfang und die andere am Ende der Hauptbehandlung, die in einem gemischt anoxischen bzw. aeroben, biologischen Reaktor (R) durchgeführt wird, wobei dieser letztere aus zwei Körpern (A/B) besteht, die je einen Behälter bilden, der mit zur Aufnahme von Bakterien (Sa/Sb) bestimmten Aufnahmeelementen (S) versehen ist, wobei diese letzteren in der zu behandelnden Flüssigkeit (P) stetig ganz getaucht gehalten werden; dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Rückstand (P) in einem Reaktor (R) mit zwei Körpern (A und B) einer Behandlung unterzogen wird, die die folgenden Phasen umfaßt: anoxisch in (A)-aerob in (B), anoxisch (A)-anoxisch (B) wenn die Strömung in der Stromrichtung (5) stattfindet und die einströmende Flüssigkeit in den Körper (A) dementsprechend zuerst einfließt; und aerob (A)-anoxisch (B), aerob (A)-anoxisch (B) wenn die Strömung in der Stromrichtung (3) stattfindet und die einströmende Flüssigkeit in den Körper (B) dementsprechend zuerst einfließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß (4) zur Hauptbehandlung im Mittelpunkt der inneren Strömung (C) in beide entgegengesetzten Stromrichtungen (3/5) zwischen zwei Behälterkörpern (A/B) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Reaktor (R) ausströmende Flüssigkeit (12) einer nachfolgenden Schlammeindickung (6) unterzogen wird und die flüssigen, nach dieser Behandlung entstehenden, ausströmenden Rückstände (7) der Schlammeindickung (6) je nach dem letztlich erforderten Abbaugrad einer zusätzlichen Behandlung in einem Hilfsreraktor (9) unterzogen werden, wobei dieser letztere mit innerlich angeordneten, bakteriologischen Aufnahmeelementen (S) versehen ist und in den anoxischen und aeroben Phasen abwechselnd arbeitet, und die ausströmende Flüssigkeit (10) zuletzt einer endlichen, physiko-chemischen Behandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Biomasse (13) direkt aus der Hauptbehandlung in den Hilfsreaktor (9) zwecks Aufrechterhaltung der Biomasse des vorgenannten Hilfsreaktors (9) inokuliert wird.
Anoxischer bzw. aerober, biologischer Reaktor zur Abwasser- bzw. Flüssigrückstandsreinigung, vom Typ, der aus zwei vom zu behandelnden Abwasser bzw. von den zu behandelnden Flüssigrückständen (P) durchgeflossenen Behälterkörpern (A/B) besteht und mehrere zur Anbindung von Bakterien (Sa/Sb) bestimmten Aufnahmeelemente (S) enthält; dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (S) ganz im Wasser bzw. in den flüssigen Rückständen (P) getaucht gehalten werden, wobei der Reaktor den Betrieb von Luft- bzw. Sauerstofftreibmitteln (16) von einem der zwei Behälterkörper (A/B) wenn in der aeroben Arbeitsweise und von Wasser- bzw. Flüssigrückstandumwälzmitteln (14) zur Umwälzung durch den anderen Behälterkörper (A/B) wenn in der anoxischen Arbeitsweise ermöglicht.
Biologischer Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (S) aus Kunststoffgewebestücken (S1) bestehen und so positioniert sind, daß sie zwischen den Gewebestücken (S1) "Laufgänge" zur laminaren Durchströmung der zu behandelnden Flüssigrückstände schaffen.
Biologischer Reaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (S) Kunststoffrohre (S2) sind, die einen gewellten Längsschnitt haben und in durchgelochten Käfigen gehalten werden, wobei der Reaktor den Betrieb von Luft-/Sauerstofftreibmitteln (16) der entsprechenden Behälterkörper (A/B) wenn in einer aeroben Arbeitsweise ermöglicht.