DD300362A7 - Verfahren und Reaktor zur anaeroben-aeroben Abwasserbehandlung miterhöhter C-, P- und N-Eliminierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Reaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser mit einer erhoehten C-, P- und N-Eliminierungsleistung unter Verwendung von verwirbelbaren Traegermaterialien in kleinen und mittleren Anlagen zur Abwasserbehandlung. Erfindungsgemaesz werden die Traegermaterialien ueber eine unbelueftete Flieszbettzone und eine belueftete Wirbelbettzone im Kreislauf gefuehrt. Im Reaktor sind zur Ausbildung der unterschiedlichen Zonen Leitwaende angeordnet. Die Belueftung erfolgt mittels eines Intensivbeluefters. Das verwendete Traegermaterial besitzt eine Dichte von 0,4 bis 0,95 g/cm3 und einen Durchmesser von 1 bis 30 mm. Bei Verwendung eines Tauchstrahlbeluefters kann unter dessen Muendungsquerschnitt ein Fuehrungsrohr angeordnet sein. Abb. 1{Abwasserbehandlung, anaerob, aerob, biologisch; Traegermaterial; Flieszbettzone; Wirbelbettzone; Kreislauffuehrung; Leitwaende; Belueftung; Intensivbeluefter; Dichte; Fuehrungsrohr}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen Anwendungsgebiet der Erfindung

: Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur biologischen Behandlung von Abwasser mit einer erhöhten C-, P-und N-Elimlnierung

' unter Verwendung von verwirbelbaren Traget materialien in kleinen und mittleren Anlagen zur Abwasserbehandlung.

Ί Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Ausgehend von den bekannten Verfahrensschritten einer gleichzeitigen C-, P- und N-Elimlnierung wen' η in der Litoratur verschiedene verfahrenstechnische und apparative Lösungen mit und ohne Trägerfixierung beschrieben. In DE 3215404 wird festgestellt, daß insbesondere bei der Phosphatentfernung die Biomasse abwechselnd aeroben und anaeroben Verhältnissen ausgesetzt werden sollte. Deshalb wird vorgeschlagen, daß des Abwasser in mindestens zwei Reaktionszonen behandelt und die Behandlung in einem zeitlichen Zyklus unter aeroben, anaeroben und gegebenenfalls

anoxischen Bedingungen durchgeführt wird. Die auf dem Trägermaterial fixierte Biomasse bleibt dabei In der jeweiligen Reaktionszone und wird In einem speziellen zeitlichen Zyklus aeroben, anaeroben und anoxischen Bedingungen unterworfen. Die beschriebene Vorrichtung erfordert oinen hohen Aufwand hinsichtlich zusätzlicher Einbauten sowie notwendiger Steuer· und Regolungsmechanlsmen.

In der Literatur werden eine Reihe weiterer Verfahren und entsprechende Einrlchtungenzur kombinierten P- und N-Eliminierung beschrieben. So werden z. B. In DE 3301643 ein Verfahren und eine Vorrichtung dargestellt, mit dem Trägermaterial von der anaeroben, gegebenenfalls über die anoxlsche zur aeroben Zone befördert und gleichzeitig eine gleiche Menge an Trägermaterial aus der aeroben Zone über die anoxieche zur anaeroben Zone zurückbefördert werden. Die anaerobe Zone let In einer Ausführungsform als Wanderbott ausgebildet. Diese Erfindung ist nur mit einem hohen apparativen Aufwand realisierbar. Zusätzliche Fördereinrichtungen erhöhen die Betriebs· und Wartungskosten sowie die Störanfälligkeit erheblich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist dlo Reduzierung der Aufwendungen für eine komplexe C-, P- und N-Ellmlnlerung bei der Abwasserbehandlung speziell In kleinen und mittleren Bolebtschlammanlagen.

Darlegung de· Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein Verfahren und einen Reaktor unter Nutzung von verwirbelbaren Trägermaterialien und einer Belüftungseinrichtung unterschiedliche Zonen erhöhter C-, P- bzw. N-Elimlnierungslelstungen auszubilden, die die Vorteile einer wechselnden anaeroben-aeroben Abwasserbehandlung nutzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die In einem Reaktor enthaltenen verwirbelbaren Trägermaterialien zur Immobilisierung von Biomasse über eine unbelüftete Fließbettzone und eine belüftete Wirbelbettzone im Kreislauf geführt werden. Die selbsttätige Entnahme des Trägermaterials aus der Fließbettzone und Wiederzuführun'g in diese Zone erfolgen durch die Verwirbelung mittels einer in der Wirbelbettzone angeordneten Intenslvbelüfteranlage. DieTrägermateriallen werden aus der beidseitig offenen Fließbettzone von einem Ende mitgerissen und lagern sich am gegenüberliegenden Ende dieser Zone wieder an. Dadurch fließt das Trägermaterial in der unbelüftoten Zone langsam in Richtung Entnahmestelle und wird anschließend in der belüfteten Zone verwirbelt. Rücklaufschlamm und/oder ein Teilstrom aus dem Reaktorablauf werden ganz oder teilweise in die unbelüftete Fließbettzone eingeleitet. Das zu behandelnde Abwasser wird ebenfalls ganz oder teilweise in diese Zone eingeleitet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin dadurch gelöst, daß der Reaktor durch eine oder mehrere Leitwände in eine belüftete Wirbelbettzono und eine unbelüftete Fließbettzone unterteilt ist. Die Belüftung In der Wirbelbettzone erfolgt mittels Intensivbelüfter. Eine grobblasige Belüftung erfolgt mit einem Tauchttrahler von oben oder einem Druckbelüftungssystem vom Reaktorboden aus. Die Leitwände reichen von oberhalb des Reaktorbodens bis kurz oberhalb des Wasserspiegele (10 bis 150mm). Der Zulauf für Abwasser, Rücklaufschlamm und/oder einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf mündet in die Fließbottzone. Das Abwasser kann bei Verwendung eines Tauchstrahlbelüfters ganz oder teilweise über diesen zugeführt werden. Irn gesamten Reaktor ist körniges oder stückiges, verwirbelbares Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 30mm enthalten.

Der Abzug für behandeltes Abwasser ist mit einer Einrichtung zur Trägermaterialrückhaltung versehen. Der Volumenanteil der Fließbettzone am Gesamtreaktorvolumen beträgt 5 bis 40%. im Reaktor ist so viel Trägermaterial, daß die Fließbettzone im Bereich der Tauchwände gefüllt ist. In der Wirbelbettzone ist im Betriebszustand ein Anteil von 10-40Vol.-% Trägermaterial enthalten. Bei Verwendung eines Tauchstrahlbelüfters anzuordnen, wobei dessen Flüssigkeitszuführung aus dem Ablauf des Reaktors selbst oder über den Zulauf erfolgt.

Unter dem Mündungsquerschnitt des Tauchstrahlbelüfters kann axialzentrisch ein Führungsrohr angeordnet sein, dessen Oberkante sich im Betriebszustand unter dem Wasserspiegel befindet.

Bei Verwendung von Drucktuftbelüftern sind diese vorzugsweise seitlich am Boden der Wirbelbettzone anzuordnen. Die Funktion des Reaktors ist wie folgt:

Im erfindungsgemäßen Reaktor ist Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch sowie verwirbelbares Trägermaterial enthalten. Die Wirbelbettzone wird mittels Intensivbelüfter belüftet. Dadurch kommt es zu einer starken Verwirbelung der spezifisch leichten Aufwuchsträger und dor suspendierten Biomasse. Aus der unteren Wirbelbettzone werden durch Umkehr- und Querströ-iungen Trägerteilchen ständig unter den Bereich der Fließbettzone abgelenkt. In der unbelüfteten Reaktorzone lagern sich durch den Auftrieb ständig Trägerteilchen an. Dadurch bildet sich ein kompaktes Fließbett aus, welches durch den Auftrieb der Trägerteilchen und den Gegendruck an der Wasseroberfläche stabilisiert wird. Durch die ständige Anlagerung von Trägerteilchen an das untere Fließbett und durch deren Auftrieb wird ständig eine äquivalente Menge Trägermaterial in das aerobe Wirbelbett gedrückt. Dabei haben die Trägerteilchen kurzzeitig zusätzlichen Kontakt mit Luftsauerstoff. Im Fließbett entsteht somit eine langsam», jedoch ständige Bewegung der Aufwuchsträger von unten nach oben. In das Fließbett können zu reinigendes Abwasser und rückgeführter Belebtschlamm zugeführt werden. Bei Verwendung eines Tauchstrahlbelüfters kann die Abwas*erzufÜhrung zumindest teilweise über diesen erfolgen. Durch suspendierte und immobilisierte Biomasse wird unter Nutzung der mit dem Abwasser zugeführten Nährstoffe an Nitrat gebundener und gelöster Sauerstoff innerhalb weniger Minuten verbraucht. Auf diese Weise entsteht aus dem anoxischen nach oben zunehmend ein anaerobes Fließbett. Durch die sich einstellenden Milieuverhältnisse und durch die in hoher Dichte vorhandene Biomasso werden biologisch nutzbare Kohlenstoffverbindungen und an dieses Milieu nicht angepaßte Mikroorganismen in niedermolekulare Verbindungen hydrolysiert. Bestimmte Hydrolyseprodukte werden durch P-speichernde Mikroorganismen aufgenommen und für den Ba'jstoffweshsel genutzt. Als Energiequelle werden dafür intrazellulär gespeicherte Polyphosphate genutzt. Dadurch kommt es in der Fließbettzone zu einem Anstieg der Konzentration der gelösten Phosphate.

Die im Fließbett vorherrschendem anaeroben Milieuverhältnisse bedeuten für die P-epelchernden Organismen elnon Selektionsvorteil. Weiterhin erfolgt eine Umwandlung organischer Stickstoffverbindungen in Ammonium. Durch die Fließbewegung in dieser Stufe gelangen suspendierte und Immobilisierte Blomasso anschließend in die aerobe Wirbolbettzone. In dieser Zone beträgt der Mlndestsaueretoffgehalt 1,6g/cm'. Durch die Verwirbelung bildet sich auf der TrägeroberilSche ein dünner, physiologisch sehr aktiver Biofilm aus. Durch die Zerschlagung größerer Belebtechlammflocken

wird ein weiterer Effekt erzielt, der sich auf die Stoffwechselintensität positiv auswirkt.

In der aeroben Wirbelbettzone erfolgen ein Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe, eine Nltrlflkatlon von Ammonium und

eine Ellmlnkrung von Phosphat durch P-spelchernde Mikroorganismen. Während die immobilisierte Biomasse mit den Trägernständig Im'. jaktor verbleibt, verläßt ein Teil der suspendierten Biomasse mit dem behandelten Abwasser den Reaktor über den

Ablauf. Ein Teil dieser Biomasse wird nach Abtrennung Im Nachklärbecken bzw. als Toilstrom aus dem Reaktorablauf dem Reaktor erneut über das Fließbett zugeführt. Der Austrag der Träger wird durch eine spezielle Anordnung von Tauchwänden und

durch Ausnutzung des relativ niedrigen spezifischen Gewichtes verhindert. Bei der Anordnung eines Tauchstrahlbelüfters kanndessen Flüssigkeitszuführung aus dem Reaktor selbst erfolgen. Durch diese Kreislaufführung über den Tauchstrahler ist esmöglich, die Aufenthaltszelten im Reaktor entsprechend der Belastung mit Abwasser zu variieren.

Eine erfindungsgemäßo Variante besteht in der Trennung des Reaktorraumes durch eine Trennwand in zwei Teilreaktoren,

wobei in jedem Teilreaktor eine oder mehrere Leitwände und ein Intonslvbolüftersystem angeordnet sind. Der Zulauf für zubehandelndes Abwasser mündet in die Fließbettzone des ersen Teilreaktors. Der Zulauf für Rücklaufschlamm und einen

Teilstrom aus dem Reaktorablauf wird in die Fließbettzone beider Teilreaktoren eingeleitet. Der Ablauf des ersten Teilreaktors

führt ebenfalls in die Fließbettzone des zweiten Teilreaktors.

Im ersten Teilreaktor ist geschlossenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95 g/cm³ und einem Durchmesser

von 1 bis 10mm, z. B. gesinterte Schaumpolystyrolflocken, enthalten. Im zweiten Teilreaktor befindet sich offenporiges

Trägermaterial einer Dichte von 0,6 bis 0,95 g/cm³ und einem Durchmesser von 5 bis 30mm. Besonders vorteilhaft ist dor Einsatz

von PVC-Hohlzylinderkörpern (Raschlgringe) mit je einer offenen Pore und/oder offenporige Schaumstofikörper.

Die erweiterte Funktion dieser Ausführungsform ist wie folgt: Durch den Intensivbelüfter werden Luftsauorstoff und Trägermaterial von der Oberfläche in den unteren Teil der Wirbelbettzone

befördert und dort verwirbelt. Ein Teil der verwirbelten Träger gelangt unter das anaerobe Fließbett.

Die aufschwimmenden und aus den oberen anaeroben Fließbett abdriftenden Träger bilden in Oberflächonnähe ein in Richtung

des Intensivbelüfters bewegendes Fließbett. Die aufsteigenden Luftblasen passieren dieses Fließbett. Dadurch kommt es zur

Anreicherung von Sauerstoff, und der Aerosolaustrag wird minimiert. Das zu reinigende Abwasser, der Rücklaufschlamm und ein Teilstrom rückgeführten Mediums vom Ablauf des nachfolgenden Reaktors werden dem anaeroben Fließbett von oben zugeführt. Bei der Passage der Stufe wird ein Teil partikulärer Abwasserinhaltsstoffe rückgehalten. Unter Nutzung der im Abwasser enthaltenen Kohlenstoffverbindungen wird zugeführtes Nitrat denitriflziert. Weiterhin erfolgen eine teilweise anaerobe Hydrolyse und Vergärung organischer Stoffe, die Ammonifikation

organischen Stickstoffes und die Aufnahme spezieller Nährsubstrate durch eine teilweise anaerobe Hydrolyse und Vergärungorganischer Stoffe, die Ammonifikation durch P-speichernde Mikroorganismen. Ein Teil der nicht an das Milieu angepaßten

Mikroorganismen des Belebtschlammes wird selektiert und gleichfalls anaerob hydrolysiert. Die freigesetzten Kohlenstoffverbindungen können zur Denitrifikation genutzt werden. Der erste Teilreaktor wird relativ hoch mit organischen Stoffen belastet (BSB-Raumbelastung größer 2 kg/m³, d). Durch die Anreicherung verschiedenartiger suspendierter und auf Trägermaterial in Form eines dünnen Biofilms Immobilisierter Biomasse

erfolgt ein schneller und weitgehender Abbau der organischen Stoffe. Begünstigend wirkt sich dabei aus, daß die relativ großen

Belebtschlammflocken durch das Wirbelbett in kleinere, jedoch physiologisch aktivere Bruchstücke zerschlagen werden. Bemerkenswert Ist, daß sich in dieser Stufe bereits Nitrifikanten auf dem Trägermaterial ansiedeln. Der weitgehende Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe, besonders während Belastungsspitzen, bildet die Voraussetzung

für die biochemischen Wirkungen der nachfolgenden Stufe.

Das Material Im zweiten Teilreaktor wird von Nitrifikanten und vor allem filtrierenden einzelligen Mikroorganismen besiedelt. Die Hohlräume bieten einen Schutz vor übermäßigem Abrieb der Biomasse. Demnach werden der Bewuchs durch die mechanische Beanspruchung im Wirbelbett und im Umkehrtauchstrahler in Grenzen gehalten. Die Dichte steigt nicht wesentlich an. Aufgrund der niedrigen BSB-Raumbelastung kommt es in dieser Stufe zu starken Nitrifikationsprozessen. Das Nitrat wird in Teilströmen den anaeroben Fließbetten der ersten und zweiten Stufe zugeführt und dort zu molekularem Stickstoff denitrifiziert. Dabei verbleibt das Trägermaterial mit den speziellen Mikroorganismen in der jeweiligen Stufe. Durch die spezielle Verfahrensführung und den Einsatz unterschiedlicher, den gewollten biologischen Prozessen angepaßten Aufwuchsträgern, wird die Schlammsyntheserate deutlich unter den Erfahrungswerten liegen. Es kommt weiterhin zu einem

erhöhten Aufschluß biochemisch stabilerer organischer Stoffe. Der Anteil P-speichernder Mikroorganismen erhöht sich deutlichund wird damit eine weitergehende P-Eliminierung bewirken.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird nachfolgend an vier Beispielen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig.1: Reaktor mit Tauchstrahlbelüftung Fig. 2: Reaktor mit Druckluftbelüftung Fig. 3: zweistufiger Reaktor Fig.4: dreistufiger Reaktor.

Beispiel 1

Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch wird aus dem trägermaterialfreien Ablauf 8 des erfindungsgemäßen Reaktors mit einem Tauchstrahlbelüfter 3 mit Druck mittig der Wirbelbettzone 2 des Reaktors zugeführt. Im Reaktor ist körniges Trägermaterial einer mittleren Dichte von 0,45g/cm³ und einem mittleren Durchmesser von 3mm enthalten. Der Anteil der mit Trägermaterial

gefüllten Fließbettzone 1 am Gesamtreaktorvolumen betragt 26%. In der Wirbelbettzone sind etwa 30Vol.-% Trägermaterial enthalten. Olo zu beiden Selten des rechteckigen, 3m hohen und 1,6m breiten Reaktors angeordneten Leiteinrichtungen β reichen von 80cm oberhalb des Reaktorbodens bis 10cm oberhalb der Wasseroberflache. Sie nehmen die gesamte Breite des Reaktors ein.

Der Zulauf 7 für zu behandelndes Abwasser mündet in die Fließbettzone. Der Ablauf der dem Zulauf äquivalenten Menge Abwasser erfolgt über Tauchwände 5, die einen Austrag von Trägermaterial verhindern. Ein Teil der Biomasse wird nach Abtrennung in einem Nachklärbecken dem Reaktor über den Zulauf 7 zugeführt.

Beispiel An den Außenseiten, längs eines 3m hohen und 1,5m breiten Reaktors sind Druckluftbelüfter 4 angeordnet. In der belüfteten Wirbelbettzone 2 befinden eich etwa 25Vol.-% Trägermaterial mit einer Dichte von 0,4-0,6g/cm³ und mit einem Durchmesser

von 2~4mm. Im Reaktor sind über die gesamte Länge beidseitig Leiteinrichtungen 6 angeordnet. Sie beginnen 1,50m übor dom

Reaktorboden und enden 7cm oberhalb der Wasseroberfläche. Der Anteil der sich In der Mitte ausbildenden Fließbettzone 1

beträgt 30%. Die Fließbettzone 1 ist mit Trägermaterial gefüllt. Der Zulauf 7, der Ablauf 8 über Tauchwändo 5 sowie die

Zuführung von Rücklaufschlamm sind analog dem Beispiel 1 ausgebildet. Durch den seitlichen Eintrag von Druckluft bildet sich zwischen Reaktorwand und Fließbettwand eine Schlaufenströmung aus,

welche aufschwimmendes Trägermaterial wieder mit nach unten reißt, so daß sich dieses unter dem Fließbett 1 anlagern kann.

Es ist möglich, den Reaktor je nach Erfordernis bzw. den örtlichen Gegebenheiten in weiteren Ausführungsformen zu gestalten. Bei einem runden Reaktor mit einem zusätzlichen Mittelrohr bildet sich die Fließbettzone je nach Anordnung der Belüftungseinrichtung außerhalb oder innen aus. Weiterhin kann die Leiteinrichtung vorzugsweise bei einem Längsreaktor nur einseitig angeordnet werden. Die Wirkungswelse

ist dabei in Abhängigkeit der Höhen-Breiten-Verhältnlsse analog den Ausführungsformen mit zwei oder mehreren

Leiteinrichtungen. Beispiel 3 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschreibt einen aus zwei 4m hohen und 2m breiten Teilreaktoren (9,10)

bestehenden Reaktor. Beide besitzen ebenfalls je eine Wirbelbettzone 2 und eine Fließbettzone 1.

Im ersten Teilreaktor befinden sich 40Vol.-% (Schüttvolumen) gesintertes Schaumpolystyrol mit einer mittleren Dichte von

0,5g/cm³ und einem Durchmesser von 2-10mm.

Durch die Anordnung der Leiteinrichtungen 6, die 8cm über der Wasseroberfläche beginnen und bei einem Drittel der Reaktorhöhe enden, kommt es jeweils zur Herausbildung eines sich langsam von unten nach oben bewegenden, kompakten Fließbettes 1. Die Bewegung des Fließbettes 1 wird durch den Auftrieb der spezifisch leichten Träger bewirkt. Diese lagern sich

unten an und fließen nach Passage des Bettes erneut in das angrenzende Wirbelbett 2 zurück. Das anaerobe Fließbett 1 nimmtetwa 10Vol.-% der beiden Teilreaktoren (9,10) ein. In beiden Teilreaktoren (9,10) sind weiterhin je eine Belüftungs- und

Umwälzeinrichtung in Form eines Umkehrtauchstrahlors 3 angeordnet. Durch die Düse des Strahlers wird Wasser mit Druck

über ein axialzentrisch angeordnetes Führungsrohr 11 auf eine am Roaktorboden befindliche Verteilereinrichtung 12 gestrahlt.

Der obere Rand des trichterförmig ausgebildeten Führungsrohres 11 befindet sich 3cm unterhalb des Wasserspiegels. Im Gegensatz zum ersten werden im zweiten Teilreaktor offenporige, schaumstoffartige Trägermaterialien oder ein Gemisch aus

schaumstoffartigen und geschlossenporigen Trägern mit größeren Hohlräumen (z.B. raschigringartige Kunststoffkörper)eingesetzt. Die Dichte der Träger beträgt 0,6-O,95g/cm³, und der Durchmesser bewegt sich vorzugsweise zwischen 5 bis 20 mm.

Der Ablauf des ersten zum zweiten Teilreaktor sowie der Ablauf 8 des zweiten Teilreaktqrs erfolgen über Tauchwände 5, die

einen Trägermaterialaustiag verhindern. Die Rückführung eines Teilstromes aus dem Keaktorablauf 8 erfolgt über eine

Pumpe 13 in die Fließbettzone 1 bzw. in die beiden Tauchstrahlbelüfter 3. Beispiel 4 Im ersten Teilreaktor 14 eines aus drei Teilreaktoren (14,15,16) bestehenden Reaktors befinden sich 25-40νΌΙ.·%

(Schüttvolumen) eines granulierten, geschlossenporigen, strukturierten Trägermaterials (gesintertes Schaumpolystyrol) miteiner Dichte von 0,35-0,95g/cm³ und einem Korndurchmessor von 2-10 mm. Jeder Teilreaktor hat wiederum ein Verhältniszwischen Breite und Höhe von mindestens 1:2. Das Trägermaterial wird durch mittig angeordnete Druckluftbelüfter 4 soverwirbelt, daß sich im Teilreaktor 14 ein turbulentes Wirbelbett ausbildet.

Durch die seitliche Anordnung einer Leiteinrichtung 6 bildet sich ein kompaktes, langsam von unten nach oben bewegendes Fließbett aus. Die Fließbettzone 1 und deren Bewegung wird durch den Auftrieb der spezifisch leichten Träger bewirkt. Das obere Ende der Leiteinrichtung 6 ragt über die Wasseroberfläche. Die Fließbettzone nimmt etwa 15 Vol.-% des ersten Teilreaktors 14

und GVol.-% des Gesamtreaktors ein.

Der Fließbettzone 1 werden das zu reinigende Abwasser, Rücklaufschlamm 17 sowie Medium aus dem dritten Teilreaktor 16

zugeführt. In dieser Stufe bilden sich anaerobe Milieuverhältnisse aus. Das hat folgende Wirkungen:

Denitrifikation von eingetragenem Nitrat, anaerobe Hydrolyse höhermolekularer organischer Stoffe in niedermolekulare, Ammonifikatlon von organisch gebundenem Stickstoff, Aufnahme niedermolekularer Nährsubstrate durch P-speichernde Mikroorganismen (dadurch Begünstigung des Wachstums dieser Mikroorganismen) und Selektion von Organismen des Belebtschlammes, die nicht an das anaerobe Milieu angepaßt sind. Die letztgenannte Wirkung hat eine Senkung der Schlammsynthese zu Folge. Der erste Teilreaktor 14 wird relativ hoch mit organischen Stoffen belastet. Die BSB-Raumbelastung beträgt hier mehr als 2kg

BSBs/m³-d.

Durch die Anreicherung verschiedenartiger suspendierter und auf Trägermaterial immobilisierter Mikroorganismen werden

über 70% des BSB₆ abgebaut. Begünstigend wirkt sich auf die Eliminierungsgeschwindigkeit aus, daß die relativ großen

Belebtschlammflocken durch das Wirbelbett in kleinere, jedoch physiologisch wesentlich aktivere Bruchstücke zerschlagen

werden. Auf den Oberflächen der Träger bildet sich ein dünner, sehr aktiver Biofilm aus. Bemerkenswert ist, daß sich in dieserrelativ hochbelasteten Stufe bereits Nitrifikanten ansiedeln.

Der weitgehende Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe, besonders wehrend Belastungsspitzen Im ersten Tellreaktcr 14, Ist

die Vorbedingung für die biochomischen Wirkungen in den folgenden Stufen.

Teilgereinigtes Abwasser und suspendierte Biomasse gelangen über einen Trägermaterial zurückhaltenden Ablaufe

anschließend in einen zweiten Teilreaktor 15. Öle immobilisierte Biomasse verbleibt mit den Tragern im ersten Teilreaktor 14. Dienachfolgende Stufe, sie nimmt etwa Vi des Gesamtvolumens ein, Ist zu 30 bis 60Vol.-% (Schüttvolumen) mit einemschaumstoffartigen, offenporigen Trägermaterial gefüllt. Der Durchmesser der Träger Ist so bemessen, daß während der

Belüftungsphase annähernd dor gesamte Schaumstoffkörper mit Sauerstoff versorgt wird. Vorzugsweise beträgt daher der

mittlere Durchmesser weniger als 2cm. Das spezifische Gewicht schwankt während des Betriebes bei 0,9 bis 1,1 g/cm¹. Auf

Grund des ausreichenden Oj-Angebotee werden die Schaumetoffkörper auf den äußeren Schichten, aber auch Im Inneren

vorwiegend von aerob bzw. fakultativ aerob lebenden Mikroorganismen besiedelt. Auch nitrlfizierende Bakterien finden In demrelativ kohlenstoffarmen, jedoch mit Sauerstoff angereicherten Milieu optimale Bedingungen. Es erfolgt daher In dieser Stufeeine intensive biologische Oxydation von Ammonium zu Nitrat/Nitrit. Gleichzeitig erfolgt ein weiterer Abbau von BSB. Durch

P-spelchernde Mikroorganismen wird Im Überschuß Phosphat aufgenommen. Das teilnitrifizierte, weitgehend von biologisch nutzbaren Kohlenstoffverbindungen bofrelte Abwasser und die suspendierte Biomasse gelangen anschließend In einen dritten Teilreaktor 16. Die BSB-Raumbelastung dieser Stufe liegt unter

0,3kg BSB/m'-d. Nitrlfizierende Mikroorganismen finden In dieser Stufe optimale Lebensbedingungen während die

Denitrifikation durch den Mangel an Kohlenstoffverbindungen nur noch teilweise möglich Ist. Im dritten Teilreaktor 16slnddaher ebenfalls offenporige, schaumstoffartige Träger (10-50 Vol.-%) enthalten. Sie unterscheiden

sich von denen der Vorstufe durch einen größeren mittleren Durchmesser. Dieser beträgt 3-4cm. Dies hat zur Folge, daß eichwährend der Belüftung eine äußere aerobe Schicht ausbildet und sich im Inneren anaerobe-anoxische Milieuverhältnisse mitentsprechenden Mikroorganismengruppen einstellen. Der annerobe-anoxlsche Kern nimmt etwa 20VoI.-% des Trägers ein. Inden Poren der Randzonen siedeln sich vorwiegend festsitzende Ciliaten an. Durch deren Cilienbewegung wird eine

Mikroturbulenz erzeugt, die einen Stofftransport von außen nach innen und umgekehrt bewirken. Dadurch gelangen unter

anderem auch partikuläre Stoffe, insbesondere Bakterien, in den anaerob-anoxiechen Bereich des Trägers. Ein Teil dieser Stoffewird in diesem Milieu mikroblell in niedermolekulare Verbindungen hydrolysiert. Ein Teil der Hydrolyseprodukte wird wiederumzur mikrowellen Denitrifikation benutzt. Diese Nitratreduktion findet auch dann statt, wenn das umgebende Milieu der Träger mit

Sauerstoff angereichert ist. Um eine weitergehende Denitrifikation zu erreichen, wird ein Teil des aus dem dritten Teilreaktor 16 ablaufenden Mediums der

im ersten Teilreaktor angeordneten, stark mit Kohlenstoffen angereicherten anaeroben Fließbettzone 1 zugeführt.

Um eine simultane Nitrifikation-Denitrifikation zu erreichen, sind Im zweiten und dritten Teilreaktor getrennt ansteuerbare Belüftungseinrichtungen 4 angeordnet. Sie werden abwechselnd in vorgegebenen Zoitabständen und vorgegebener Zeitdauer

in Betrieb genommen. Vorzugswelse schließt sich an eine Belüftungsphase von 10 bis 20min eine ebensolange Ruhephase ohne

Sauerstoffeintrag an. Der ständige Wechsel zwischen aeroben und anoxischen Milieuverhältnissen bewirkt, daß Nitrifikanten

und Denitrifikanten gleichermaßen in einem Teilreaktor wirksam werden.

Dem zweiten Teilreaktor 15 wird bei bestimmten Belastungsverhältnissen zur Stimulierung der Nitrifikation ein Teilstrom (ca.

20Vol.-%) BSB-haltigen Abwassers zugeführt.

Von verfahrenstechnischer Bedeutung ist, daß sich im zweiten und dritten Teilreaktor erneut gut sedimentierbare Belebtschlammflocken bilden. Die Schlammsyntheserate liegt vergleichsweise niedrig. Mit dem erfindungsgemäßen Reaktor sind eine Reihe von Vorteilen zu erzielen. Das zu behandelnde Abwasser wird wechselweise aeroben und anaeroben Verhältnissen in einem Fließ- und einem Wirbelbett

ausgesetzt. Alle für die Abwasserbehandlung wesentlichen Mikroorganismengruppen finden im Reaktor die für sie notwendigen

Milieubedingungen: Nitrifikanten - ausreichend Sauerstoff zur Nitrifikation von N-Verbindungen

P-eliminierende - anaerob-anoxische Bedingungen zur Eliminierung niedemolekularer Verbindungen und aerobe Mikroorganismen zur P-Aufnahme aus dem Abwasser

Hydrolysebakterien - anaerob-anoxische Bedingungen zur Bildung niedermolekularer organischer Stoffe durch eine hohe Biomassekonzentration

Die Erfindung gewährleistet sehr intensive biotechnologische Prozesse. Mit geringem technologischen und apparativen Aufwand wird auf geringstem Raum eine effektive C-, P- und N-Eliminierung möglich. Die Erfindung ist somit besonders bei kleineren und mittleren Anlagen ökonomisch vorteilhaft einsetzbar. Eine Nachrüstung beatehender Anlagen ist mit geringen Kosten möglich.

Claims (10)

1. Verfahren zur anaerob-aeroben Abwasserbehandlung mit erhöhter C·, P-und N-Ellminlerung, gekennzeichnet dadurch, daß In einem Reaktor enthaltene verwirbolbare Trägermaterialien über eine unbelüfteto Fließbettzono und eine belüftete Wirbelbettzone Im Kreislauf geführt werden, wobei eine selbsttätige Entnahme von Trägermaterial aus der und Wiederzuführung in die Fließbettzone mittels einer Intensivbelüfteranlage erfolgt und Rücklaufschlamm und/oder ein Tollotrom aus dem Reaktorablauf ganz oder teilweise und/oder zu behandelndes Abwassers ganz oder teilweise in die unbelüftete Fließbettzone eingeleitet wird.

2. Reaktor zur anaerob-aeroban Abwasserbehandlung mit erhöhter C-, P- und N-Elimlnierung, wobei Im Reaktor zur teilweisen Immobilisierung von Biomasse verwirbelbare Trägermaterialien enthalten sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktor durch eine oder mehrere Leitwände in eine mittels Intensivbelüfter belüftete Wirbelbettzone und eine unbelüftete Fließbettzone unterteilt ist, wobei die Leitwände von oberhalb des Reaktorbodens bis oberhalb des Wasserspiegels reichen, daß der Zulauf für Abwasser, Rücklaufschlamm und/oder einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf in die Fließbettzone mündet, im Reaktor körniges oder stückiges Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 30mm enthalten ist und ein Ablauf mit Trägermaterialrückhaltung vorgesehen ist.

3. Reaktor nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Volurnenanteil der Fließbettzone am Gesamtreaktorvolumen 10 bis 40% beträgt.

4. Reaktor nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Wirbelbettzone im Betriebszustand 10-40 Vol.-% Trägermaterial enthält.

5. Reaktor nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Intensivbelüfter ein in der Wirbelbettzone angeordneter Tauchstrahlbelüfter Ist.

6. Reaktor nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Flüssigkeitszuführung des Tauchstrahlbelüfters mit dem Ablauf des Reaktors verbunden ist.

7. Reaktor nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß axialzentrisch unter dem Mündungsquerschnitt des Tauchstrahlbelüfters ein Führungsrohr angeordnet ist, dessen horizontal erweiterte Oberkante sich im Betriebszustand unter dem Wasserspiegel befindet.

8. Reaktor nach den Ansprüchen 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Intensivbelüfter ein am Boden der WiiLielbettzone angeordnetes Druckluftbelüftungssystem ist.

9. Reaktor nach den Ansprüchen 2 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Reaktorraum durch eine Trennwand geteilt ist, in jedem Teilreaktor eine oder mehrere Leitwände und ein Intensivbelüftersystem angeordnet sind, wobei im ersten Teilreaktor geschlossenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,4 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 1 bis 10 mm und im zweiten Teilreaktor offenporiges Trägermaterial einer Dichte von 0,6 bis 0,95g/cm³ und einem Durchmesser von 5 bis 30 mm enthalten ist, daß der Zulauf für Abwasser in die Fließzone des ersten Teilreaktors und der Zulauf für Rücklaufschlamm und einen Teilstrom aus dem Reaktorablauf in die Fließbettzonen beider Teilreaktoren mündet und der Ablauf des ersten Teilreaktors in die Fließbettzone des zweiten Teilreaktors fühlt

10. Reaktor nach den Ansprüchen 8 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß das offenporige Trägermaterial PVC-Hohlzylinderkörper mit je einer offenen Pore und/oder Schaumstoffkörper sind.