DE19501260C1

DE19501260C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwässern

Info

Publication number: DE19501260C1
Application number: DE19501260A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr Klemps; Thomas Dr Lederer
Original assignee: GG Noell GmbH
Current assignee: GG Noell GmbH
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2015-01-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwässern, insbesondere von kommunalen Abwässern.

Festbettverfahren zur Abwasserreinigung zählen seit der Entwicklung von Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung zu den bewährten und sicheren Möglichkeiten der biologischen Elimination von organischen Inhaltsstoffen aus dem Abwasser. Ausgehend von Bodenfiltern über Rieselfelder, bis hin zu Tropfkörpern und Tauchtropfkörpern, wird mit diesen Verfahren versucht, durch die Immobilisierung von Mikroorganismen eine weitgehende Reinigung der Abwässer sicherzustellen. Merkmale dieser Verfahren sind, daß die aktiven Mikroorganismen an inertem Trägermaterial haften, die Organismenzahl so weitgehend konstant ist und nur überschüssige Biomasse abgespült und aus dem System ausgetragen wird.

Mit der Entwicklung des Belebtschlammverfahrens hin zur Entfernung von Stickstoff- und Phosphorverbindungen aus dem Abwasser ist die Bedeutung von Festbettverfahren vorübergehend zurückgegangen. Dies hatte den Grund, daß mit Festbettverfahren zwar eine weitestgehende Oxidation von Kohlenstoff- und Stickstoff verbindungen erreicht werden konnte, eine Weiterentwicklung dieser Festbettverfahren zur Nährstoffelimination jedoch nicht erfolgte. Erst in letzter Zeit besann man sich, gezwungen durch den bei der weitergehenden Abwasserreinigung nach dem Belebtschlammverfahren erforderlichen hohen Platzbedarf, wieder der guten Eigenschaften der Festbettverfahren und versucht, Festbettverfahren auch für die Nährstoffentsorgung nutzbar zu machen. Hierbei beruhen die Verfahren zur Reinigung von Abwässern auf der schon seit längerem bekannten Technik zur Eisen- und Manganentfernung bei der Aufbereitung von Trinkwasser durch Trockenfiltration. Ein wesentliches Merkmal der Weiterentwicklung von Filtern zu Bioreaktoren besteht darin, daß neben der biologischen Reinigung auch ein weitgehender Suspensarückhalt gewährleistet wird. Diese Reaktorsysteme sind im Gegensatz zu anderen Systemen spülbar, wodurch der anfallende Überschußschlamm in einem geringen Nebenstrom ausgetragen wird. Diese Festbettsysteme können je nach Aufgabestellung entweder belüftet zur Entfernung von Kohlenstoff und Ammonium oder unbelüftet zur Reduktion von Nitrat eingesetzt werden. (Österreichische Wasserwirtschaft, Jahrgang 45 (1993), Heft 3/4, S. 71-81).

Aus der DE 42 41 310 C1 ist ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser bekannt, das im wesentlichen keine organische Fracht mehr enthält und wobei in einem Tropfkörper eine Nitrifikation und eine Denitrifikation durchgeführt wird, indem der zur Nitrifikation benötigte Sauerstoff durch gezielte Vorbelüftung des Abwassers über eine vorgeschaltete Vorstufe beziehungsweise einen Vorlauf oder durch regelbare Belüftungsöffnungen am unteren Ende des Tropfkörpers eingetragen wird und der zur Denitrifikation erforderliche anoxe Zustand durch Abdichten der Oberseite des Tropfkörpers durch einen kontrollierten Abwasserzufluß, der zu einem Abwasserüberstand oberhalb des Tropfkörpers führt, eingestellt wird.

Angaben zur gleichzeitigen biologischen Phosphatelimination und Suspensaentnahme sind diesem Verfahren nicht zu entnehmen.

Aus Korrespondenz Abwasser 38 (1991) S. 228 bis 234 ist bekannt, daß eine Stickstoffentfernung durch intermittierende Denitrifikation möglich ist. Die Anwendung einer solchen im Zusammenhang mit Trägern, insbesondere Auftriebskörpern, geht daraus jedoch nicht hervor.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von vorzugsweise kommunalen Abwässern zu entwickeln, wonach gleichzeitig außer einer anaeroben Trinkwasserdenitrifikation auch Abwasserdenitrifikation, aerobe Nitrifikation sowie biologische Phosphatelimination und Sus pensaentnahme möglich sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Abwasser in einen mit Auftriebskörpern angefüllten Reaktor geleitet wird, wobei der Reaktorinnenraum als mobiles Festbett angelegt ist und durch kombiniertes Rühren und Begasen in wechselnde und stationäre aerobe und anaerobe Bereiche aufgeteilt wird. Dadurch können Nitrat, Ammonium, Phosphat und CSB/BSB (chemischer Sauerstoffbedarf/biologischer Sauerstoffbedarf) biochemisch entfernt werden. Über das gesamte Filterbett werden außerdem Suspensa (ungelöste Feststoffe) und ungelöstes Phosphat auf den Auftriebskörpern ausgefiltert und durch Spülen entfernt. Ein Teil des gereinigten Abwasserstromes wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung erneut dem Abwassereintrag des Reaktors zugeführt. Die Auftriebskörper werden nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung am Abwasseraustrag des Reaktorbehälters abgezogen und in einem nachgeschalteten Reinigungsbehälter von der anhaftenden Biomasse befreit.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung werden die Oberflächen der Auftriebskörper in einer Anlaufphase des Verfahrens mit den im jeweiligen Milieu sich bildenden spezifischen Mikroorganismen bewachsen.

Die vorstehende Beschreibung des Aufbereitungsverfahrens läßt bereits die wesentlichen Komponenten der zugehörigen Vorrichtung erkennen. Im übrigen wird diesbezüglich auf die nachstehende Figurenbeschreibung verwiesen, die insoweit auch allgemeingültige Merkmale enthält.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.

In den Abbildungen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt seitlich durch den Reaktor,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Reaktor.

Aus Fig. 1 ist der erfindungsgemäße mit Auftriebskörpern 16 befüllte Reaktor 17 zu erkennen. Mit 1 ist der Zulaufstutzen zum Reaktor bezeichnet, mit 2 der Rücklaufstutzen für den NO3-haltigen Rücklauf und mit 9 der Ablaufstutzen. Mit 5 ist die Rührwelle bzw. das Belüfterrohr bezeichnet und 8 stellt die Reaktorwandung dar. 6 ist die Belüfterscheibe mit Luftdüsen. Bei dieser Ausführungsvariante ergibt sich ein Schwimmkorn-freier Raum 3, eine anaerobe Zone 4 sowie eine aerobe, belüftete Zone 7. Durch das Spülrohr 10 wird das Schwimmkorn in den Spülbehälter 11 geleitet, an welchen sich ein Schlammabzug 12 anschließt. 15 stellt den Schwimmkorn-Rückfluß zum Reaktor dar. Der Ablaufstutzen 9 und der Gasabzug 13 sind mit Siebvorrichtungen 14 zur Schwimmkorn- Rückhaltung versehen. Die Fig. 2, die einen Querschnitt durch den Reaktor 17 zeigt läßt eine bevorzugte Ausführungsform der Dreh- Belüfterscheibe 6 mit Belüfterdüsen 6a sowie der Hohlwelle 5 erkennen. Das mit CSB/BSB, Ammonium, Nitrat, Phosphat und Suspensa beladene Abwasser wird wie in der Figur gezeigt, von unten in den Reaktor 17 geleitet. Im Reaktor bilden Styroporkugeln, die in diesem Fall als Auftriebskörper dienen, ein mobiles Festbett, welches nahezu den gesamten Reaktorinnenraum ausfüllt bis auf einen relativ kleinen Schwimmkorn-freien Raum 3 am Boden des Reaktors. Die einzig beweglichen Einbauten des Reaktors bestehen aus einem als Rührwerk und gleichzeitig als Begasungseinrichtung funktionie renden Krälwerk 6 dessen hohle Welle 5 in einer Gleitringdichtung im obersten Teil des Reaktors (nicht dargestellt) gelagert ist. Über die Hohlwelle 5 wird Luft oder Reinsauerstoff zwecks Begasung in den Reaktor geleitet, so daß der Bereich über dem sich drehenden Rührblatt(-scheibe oder -stab) aerobe Verhältnisse aufweist, während der übrige nicht begaste Bereich 4 ein anaerobes Milieu darstellt. Ebenfalls anaerob ist der Bereich unterhalb der Rührvorrichtung. Die sich im Reaktor befindenden Styroporkugeln bilden ein kompaktes, schwimmendes Filterbett und werden an der Spitze des Reaktors über ein Spülrohr 10 kontinuierlich abgezogen, um in einem nachgeschalteten Spülbehälter 11 gespült bzw. vom größten Teil der anhaftenden Biomasse befreit zu werden. Vom Spülbehälter 11 gelangen die Styroporkugeln direkt wieder in den Reaktorraum, wo sich unter den dort herrschenden Bedingungen des jeweiligen Aufenthalts-Kompartimentes sehr schnell eine hinreichende Aufwuchsbiologie bildet. Die Kugeln steigen somit langsam - je nach eingestellter Spülintensität - von unten in den oberen Teil des Reaktors, wobei sich der biologische Rasen immer wieder wechselnden physiologischen Bedingungen anzupassen hat bzw. entsprechende Abbau- und Umsatzleistungen erbringt, woraus sich auch die Funktionsweise des Reaktors erklärt.

Abwasser gelangt von unten in den Reaktorraum eine nicht belüftete Zone bewachsener Kugeln und wird aufgrund des dort herrschenden anaeroben Milieus und des im Abwasser enthaltenen CSB/BSB denitrifiziert. Danach schließt sich eine belüftete (über der Belüfterscheibe) oder unbelüftete Zone an. Diese Zonen 4 und 7 wechseln, je nach Umdrehungsgeschwindigkeit der Rührwelle oder der Größe der Belüfterscheibe 6 ober beides, in aerob oder anaerob. Aerob ist nur die Zone, die mit Luftblasen bis zur Reaktordecke durchsetzt ist, während die restliche Zone anaerob ist. Welches Verhältnis von aerob/anaerober Zone im Hinblick auf maximale Abbauraten am günstigsten ist, sowie die Höhe der Belüfterscheibe, die die Höhe des Deni -bettes vorgibt, muß in Abhängigkeit vom zu behandelnden Abwasser entsprechend ermittelt werden. In der aeroben Zone erfolgt die Nitrifikation und biologische Phosphatelimination, letztere deshalb, weil diese Zone - je nach Umdrehungsgeschwindigkeit der Belüfterscheibe - eine bestimmte vorangegangene Zeit anaeroben Verhältnissen ausgesetzt war. Das heißt, daß die auf den Kugeln befindlichen Bakterien durch den Anaerob-Aerob-Wechsel für die biologische Phosphatentfernung konditioniert werden. In der anaeroben Zone läuft simultan die Denitrifikation mit der CSB/BSB-Elimination und Konditionierung für die anschließende Phosphatentfernung ab. Die Größe dieser Zonen bzw. Menge der Kugeln hängt ebenfalls entweder von der Scheibengröße oder der Umdrehungsgeschwindigkeit ab. Der Abwasseraustrag geschieht im oberen Bereich des Reaktors. Um das während der Nitrifikation im aeroben Bereich des Reaktors gebildete Nitrat hinreichend zu entfernen, wird ein bestimmter Teil des gereinigten Abwassers dem Zufluß und damit dem Reaktor erneut zugeführt.

Neben der biochemischen Entfernung von Nitrat, Ammonium, Phosphat und CSB/BSB findet über das gesamte Filterbett eine effektive Filterung von Suspensa statt, die wiederum über die kontinuierliche Spülung effektiv entfernt werden können. Gebildetes CO2, Luft und N2 verlassen den Reaktor an der Spitze des Behälters über den Gasabzug 13.

Die Leistungen des als Biofilter ausgelegten Reaktors nach einer angemessenen Anfahrzeit von ca. 3 bis 4 Wochen werden nachfolgend erläutert:
Kommunales Abwasser mit den Zulaufwerten:


mg/l
BSB
150
CSB	360
Stickstoff	30
Phosphor	8
Suspensa	200

wird dem Reaktor nach der Passage von Rechen und Sandfang zuge führt. Das Abwasser wird kontinuierlich mit einer Durchflußge schwindigkeit von 5 m³/h durch den mit Biofilm bewachsenen Trägern aus Styropor (Korngröße 2-3 mm) gefördert. Aus dem Arbeitsvolumen des Versuchsreaktors von 60 m³ ergibt sich eine mittlere hydraulische Verweilzeit von ca. 0,9-1 Stunde. Die Welle des u. a. zur Belüftung vorgesehenen Krälwerkes ist entweder am Boden oder an der Spitze des Reaktors gelagert. Die Krälwerkscheibe bewegt sich in einer Höhe von 1,5 m und einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 6 U/d durch das mobile Festbett und belüftet den jeweils darüberliegenden Reaktorraum (200 m³ Luft pro Stunde), der dadurch als aerobes Milieu gekennzeichnet ist. Das mit Biofilm bewachsene Styroporkorn wird kontinuierlich an der Spitze des Reaktors ausgetragen und in der unterhalb des Reaktors angebrachten Spülvorrichtung gespült. Die Ablaufwerte des so behandelten Abwassers sind:


mg/l
CSB
75
BSB	15
Stickstoff	10
Phosphor	< 1
Suspensa	40

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, wobei das Abwasser in einen mit Auf triebskörpern angefüllten Reaktor geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorinnenraum, der als mobiles Festbett angelegt ist, durch kombiniertes Rühren und Begasen in wechselnde und stationäre aerobe und anaerobe Bereiche aufgeteilt und Nitrat, Ammonium, Phosphat und CSB/BSB biochemisch entfernt werden und über das gesamte Filterbett Suspensa und ungelöstes Phosphat auf den Auftriebskörpern ausgefiltert werden, die durch Spülen entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Auftriebskörper in einer Anlaufphase des Verfahrens mit den im jeweiligen Milieu sich bildenden spezifischen Mikroorganismen bewachsen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper am Abwasseraustrag des Reaktorbehälters abgezogen werden und in einem nachgeschalteten Reinigungsbehälter von der anhaftenden Biomasse befreit werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gereinigten Abwasserstromes erneut dem Abwassereintrag des Reaktors zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Abwasserbehandlung bestehend aus einem Reaktorbehälter mit kreisförmigen Querschnitt sowie Ein- und Austragsöffnungen, wobei der Reaktorinnenraum als mobiles Filterfestbett aus Auftriebskörpern angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch bewegliche Einbauteile mit integrierter Bega sungseinrichtung der Reaktorinnenraum in wechselnde und stationäre aerobe und anaerobe Bereiche aufgeteilt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper Styroporkugeln sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Reaktorbehälter ein Reinigungsbehälter zum Spülen der Styroporkugeln nachgeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die beweglichen Einbauteile eine hohle Welle umfassen, die in einer Gleitringdichtung gelagert ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die beweglichen Einbauteile mit integrierter Begasungseinrichtung ein stabförmiges Rührblatt oder ein in Umfangsrichtung einen Winkel von < 0° bis < 360° umfassendes Rührblatt aufweisen.