DD255523B5 - Verfahren zum mikrobiellen abbau von wasserinhaltsstoffen - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Wasserinhaltsstoffen durch besondere Begünstigung des Aufwuchses sessiler Mikroorganismen auf ständig oder zeitweilig innerhalb eines Reaktors bei gleichzeitiger Sauerstoffversorgung zur Zirkulation gebrachten Bewuchsträgern.

Bekannt ist ein Verfahren, bei dem das zu behandelnde Wasser die Filterschicht eines Festbettreaktors passiert und dabei durch auf dem Filtermaterial aufwachsende Organismen von biologisch abbaubaren Stoffen befreit wird, wobei ein Teilstrom des Filtrats belüftet und erneut der Filteroberfläche zugeführt wird (DE-OS 3305238).

Bei einem weiteren Verfahren,das in bezug auf Wasser und Luft als Gegenstromreaktorzu bezeichnen ist, wird körniges Bewuchsträgermaterial mit einer Dichte knapp unter der des Wassers (1g/cm³ >ς > 0,9 g/cm³) durch abströmendes Wasser in der Schwebe gehalten, wobei ein Aufschwimmen durch Regelung der Abströmgeschwindigkeit der Roste oder Siebe verhindert wird. Im Falle der aeroben Betriebsweise erfolgt eine Belüftung durch Druckluft im Gegenstrom (DE-OS 2841011).

Bei anderen Verfahren werden feststehende oder bewegliche Bewuchsträger verschiedener Formen und Materialien zwecks Erhöhung der Abbauleistung in speziell geformten Becken angewendet (PE-OS 2839872 und DE-OS 2944804). Weiterhin sind Wirbel- oder Schwebebettverfahren bekannt, bei denen das Bewuchsträgermaterial, häufig Kies oder Sand, durch eine hohe Geschwindigkeit aufwärtsströmenden Wassers in der Wirbelschicht oder im Schwebebett gehalten wird.

Die Nachteile der genannten Verfahren bestehen in einer geringen Ausnutzung des mit der Luft eingetragenen Sauerstoffs infolge kurzer Wasser-Luft-Kontaktstrecken, in der Notwendigkeit, einen großen Förderstrom mit entsprechend hohem Energieaufwand zu erzeugen, um den erforderlichen Sauerstoffeintrag und genügend Turbulenz zu erreichen oder Druckluft für die Sauerstoffversorgung bereitstellen zu müssen.

Festbettreaktoren bedingen einen Filterboden für den Filtratabzug, die Rück- oder Freispülung mit sowohl konstruktiv als auch betriebstechnisch bedingtem zusätzlichem Aufwand. Sofern keine Rückspülbarkeit vorgesehen wird, ist eine Mindestkorngröße des Bewuchsträgermaterials erforderlich, um die selbsttätige Freispülung von Bakterienschlamm sicherzustellen, wodurch die Aufwuchsfläche für die Mikroorganismen begrenzt wird. Die Bodenkonstruktionen selbst sind verstopfungsgefährdet.

Das Verfahren nach dem Gegenstromprinzip ist mit den Nachteilen behaftet, daß zur Sicherstellung des Schwebezustandes des Bewuchsträgermaterials ständig eine konstante Geschwindigkeit der Abwärtsströmung gewährleistet und die Luft mittels gesonderter Aggregate in gleichmäßiger Verteilung über den Querschnitt genau dosiert eingegeben werden muß.

Durch zusätzliche Roste oder Siebe werden hydraulische Verluste verursacht, die infolge Verstopfung vergrößert werden.

Der Einsatz feststehender Bewuchsträger in Belebungsanlagen der Abwasserbehandlung unter Anwendung verschiedenartiger Belüftungssysteme setzt aufwendige Befestigungseinrichtungen und eine große Eigenstabilität des Bewuchsträgermaterials voraus.

Die Wirbel- oder Schwebebettverfahren haben den Nachteil, daß diezur Sicherung der erforderlichen Aufwärtsgeschwindigkeit aufzubringende Energie hoch und ein Abrieb des Aufwuchses wie auch des Bewuchsträgermaterials selbst unvermeidbar sind.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das bei Vermeidung der angeführten Nachteile optimale Lebensbedingungen für sessile Mikroorganismen und deren Stoffwechselprozesse schafft, um eine hohe Abbauleistung auf geringstem Raum und mit geringstem Energieaufwand zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Wasserinhaltsstoffen durch besondere Begünstigung des Aufwuchses sessiler Mikroorganismen auf Bewuchsträgern zu schaffen, bei dem die Bewuchsträger durch aufeinander abgestimmte Fließgeschwindigkeiten innerhalb gegeneinander abgegrenzter Räume eines Reaktors zeitweilig oder ständig, teilweise oder in ihrer Gesamtheit mit den Volumenströmen der Zirkulation gebracht werden und die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen durch Belüftung eines Volumenteilstroms gewährleistet wird, der zugleich die erforderlichen Fließgeschwindigkeiten im Reaktor erzeugt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, bei dem ein konstanter oder in bestimmten Grenzen variierbarer Volumenteilstrom außerhalb des Reaktors durch Unterdruckerzeugung in einer Düse oder Fallstrecke mit atmosphärischer Luft versetzt und zusammen mit dem Volumenteilstrom in vorbestimmter Tiefe in einen abgegrenzten vorzugsweise zylindrischen inneren Reaktorbereich eingeleitet wird. Die dadurch initiierte Aufwärtsströmung bewirkt eine den Volumenteilstrom um ein Mehrfaches übertreffende Gesamtförderung des zu behandelnden Wassers an die Wasseroberfläche des Reaktors und außerhalb des zylindrischen Reaktorbereiches eine vorbestimmte Abwärtsströmung, die die vorzugsweise schwimmfähigen Bewuchsträger passiert oder auch durchdringt und den sessilen Mikroorganismen den von der Lufteintragsstelle bis hierhin im Wasser gelösten Sauerstoff zuführt. Der Randraum zwischen dem zylindrischen inneren Reaktorbereich und den Reaktorwänden wird in einer solchen Höhe mit Bewuchsträgern gefüllt, daß in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit entweder die Gesamtmasse der Bewuchsträger oder eine wählbare Teilmenge vom Förderstrom im zylindrischen Reaktorbereich erfaßt und an die Wasseroberfläche gefördert wird. Auf diese Weise werden die Bewuchsträger einer kontinuierlichen Ortsveränderung im Reaktor ausgesetzt, der gesamte Reaktorraum als Behandlungszone genutzt und ein Verbacken infolge des Aufwuchses von Mikroorganismen ausgeschlossen.

Überschüssiger Schlamm wird aus dem Reaktor kontinuierlich mit dem Abfluß des gereinigten Wassers ausgetragen.

Bei Einhaltung einer volumenbezogenen Oberfläche und der Dichte des Bewuchsträgermaterials in dessen Größe frei wählbar in den Größen 0,05 <d<50mm. Die Reaktorgröße ist zwischen Kleinstanlagen, beispielsweise für die Reinigung von Aquarienwasser bis zu Aufbereitungsanlagen für die Industrie oder Großstädte realisierbar.

Mit dem hydraulischen System wird eine 20- bis 180fache Umwälzung pro Stunde im Reaktor erzeugt, wobei die hydraulische Belastung, bezogen auf die Oberfläche des Randraumes des Reaktors, zwischen vorzugsweise 50 und 200m³ x h"¹ χ m~² gewählt wird.

Die Umwälzleistung und ausreichende Sauerstoffversorgung wird mit einem Luft-Wasser-Faktor β > 0,25 des belüfteten Volumenstromes erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgendem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert:

Aus dem in einen Reaktor 1 eingeleiteten Wasser, das einer mikrobiellen Behandlung unterzogen werden soll, wird mittels einer Pumpe 2 ein Volumenteilstrom 3 entnommen, in einer Düse 4 mit atmosphärischer Luft 5 versetzt und von unten in einen dort und oben offenen zylindrischen Reaktorbereich 6 geleitet. Der zylindrische Reaktorbereich 6 beginnt in vorbestimmter Höhe über dem Reaktorboden 7 und endet unterhalb der Wasseroberfläche 8 im Reaktor 1.

Der durch den zylindrischen inneren Reaktorbereich 6 abgegrenzte Randraum 9 des Reaktors 1 ist mit schwimmfähigen Bewuchsträgern 10 gefüllt, deren Masse oben nur wenig über die Wasseroberfläche 8 hinausragt und nahe dem unteren Zylinderrand endet. Mit dem in den zylindrischen Reaktorbereich 6 eingeleiteten Wasser-Luft-Gemisch 11 wird eine den von der Pumpe 2 erzeugten Volumenteilstrom 3 mehrfach übertreffende Wassermenge an die Wasseroberfläche 8 mitgefördert und zugleich mit Sauerstoff aus der eingetragenen Luft 5 angereichert. Das mit Sauerstoff angereicherte Wasser wird nach Abscheiden der Luftblasen an der Wasseroberfläche 8 in Richtung Reaktorboden 7 zurückgeführt, durchfließt dabei die Bewuchsträger 10, aufweichen (gegebenenfalls durch Animpfen) sessile Mikroorganismen zum Aufwuchs gebracht werden, und versorgt diese mit Sauerstoff. Die dabei entstehende Sauerstoffzehrung wird durch Wiedereinleitung des Wassers in den zylindrischen Reaktorbereich 6 und dort stattfindende Sauerstoffanreicherung kompensiert. Die Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers im zylindrischen Reaktorbereich 6 und die Abstiegsgeschwindigkeit im Randraum 9 sind so aufeinander abgestimmt, daß einerseits eine hohe Zirkulation des Wassers im Reaktor 1 erfolgt, andererseits aber die Auftriebsgeschwindigkeit der Bewuchsträger 10 größer ist als die Abstiegsgeschwindigkeit des Wassers. Ferner ist die Aufstiegsgeschwindigkeit im zylindrischen inneren Reaktorbereich 6 so groß, daß die nahe dem unteren Zylinderrand befindlichen Bewuchsträger 10 von ihr an die Wasseroberfläche 8 mitgerissen werden, wo sie die oben befindlichen Bewuchsträger 10 überlagern und die gesamte Masse der Bewuchsträger 10 im Randraum 9 langsam weiter nach unten drücken, wodurch erneut die untersten Bewuchsträger von der Strömung im zylindrischen Reaktorbereich 6 mitgerissen werden.

Auf diese Weise erfolgt sukzessive und kontinuierlich eine Umlagerung der gesamten Bewuchsträger 10. Der Zufluß 12 zum Reaktor 1 wird so geregelt, daß die für den geforderten mikrobiellen Abbau der Wasserinhaltsstoffe innerhalb einer vorbestimmten Reaktionszeit aesetzten Bedinaunaen erfüllt werden, während der Abfluß 13 als Überlauf selbsttätio erfolot.

Claims (7)

1. Verfahren zur kontinuierlichen mikrobiellen Reinigung von Wasser unter Verwendung körniger oder speziell geformter Bewuchsträger, die eine große spezifische Oberfläche als Aufwuchsfläche für sessile Mikroorganismen aufweisen und einen Reaktorraum vollständig oder teilweise ausfüllen, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser und die Bewuchsträger mit Hilfe eines belüfteten Volumenteilstroms von Wasser ständig oder bedarfsweise gemeinsam zur Zirkulation gebracht werden und mit der Belüftung des Wasserteilstroms gleichzeitig der für die Stoffwechselprozesse der Mikroorganismen erforderliche Sauerstoff eingetragen wird, wobei der gesamte Reaktorraum als Behandlungszone genutzt wird und die Dichte der Bewuchsträger zwischen 1,1-0,9 g/cm³ beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der belüftete Volumenteilstrom des Wassers nahe dem Reaktorboden in einen zylindrischen Reaktorraum eingeleitet wird, in welchem mit Hilfe des Wasser-Luft-Gemisches des Volumenteilstroms ein den Volumenteilstrom um das Mehrfache übertreffender Gesamtförderstrom erzeugt wird, dessen Fließgeschwindigkeit vielfach größer ist als die Sinkgeschwindigkeit des Bewuchsträgermaterials einer Dichte > 1 g/cm³ und durch den die Bewuchsträger in die Zirkulation einbezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zirkulation der Bewuchsträger einer Dichte < 1 g/cm³ durch Änderung der Zirkulationsgeschwindigkeit des Wassers bedarfsweise herbeigeführt und in der Zwischenzeit das sauerstoffreiche Wasser durch die als Filterschicht wirkende Masse der Bewuchsträger hindurchgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Bewuchsträger der Dichte

<1 g/cm³ ständig in einer vorbestimmten Menge der unteren Lamelle der Masse der Bewuchsträger entnommen und mit dem Aufwärtsstrom im Steigrohr auf die oberen Bewuchsträger aufgeschichtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die für die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen und für die Erzeugung der Zirkulation im Reaktor erforderliche Luft ohne zusätzliche Luftverdichteranlage in den Wasserteilstrom eingemischt wird, wobei der Luft-Wasser-Faktor β vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6 beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Bewuchsträgermaterial ein Gemisch aus Bewuchsträgern unterschiedlicher Dichte eingesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Relativgeschwindigkeit des Wassers gegenüber dem Bewuchsträgermaterial zwischen 0 und 300m/h beträgt, vorzugsweise zwischen 0 und 200 m/h.