DE3150902A1

DE3150902A1 - Verfahren und vorrichtung zur biologischen reinigung von abwasser

Info

Publication number: DE3150902A1
Application number: DE19813150902
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.rer.nat. 8000 München Reimann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1983-06-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zur biologischen
Reinigung von Abwasser Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einem zweistufigen Reinigungsvorgang unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases, bei dem das Abwasser in der einen Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter und in der anderen Stufe durch ein Belebungsbecken geleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur DurchfUhrung des Verfahrens.
Bei der biologischen Abwasserreinigung ist es grundsätzlich bekannt, daß durch eine Hintereinanderschaltung von zwei Reinigungsstufen ein weit höherer Reinigungsgrad als bei einstufigen Abwasserreinigungsanlagen erzielt werden kann, wobei zusätzlich durch die Schaffung unterschiedlicher Lebensbedingungen in den einzelnen Reinigungsstufen das Wachstum verschiedener Mikroorganismen gefördert wird. Dabei ist die Kombination unterschiedlich aufgebauter Reinigungsstüfen, bei der Belebungsbecken mit Tropfköprer oder Filter oder umgekehrt Tropfkörper oder Filter mit Belebungsbecken und Nachklärbecken hintereinander geschaltet werden, durchaus üblich und richtet sich im wesentlichen nach der Belastung des zu reinigenden Abwassers und den erforderlichen Reinigungsleistungen Zur Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen in beiden Stufen ist es ebenso bekannt,beiden Stufen Luft oder auch ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Gas zuzuleiten, Die mit Luft arbeitenden Verfahren haben dabei den Nachteil, daß im allgemeinen eine nur geräte Sauerst Offausnutzung erreicht wird und der nicht verbbauchte Sauerstoffanteil zusammen mit dem Luft-Stickstoff wieder in die Atmosphäre entweicht, wobei diese Abluft als Trägergas für flüchtige, geruchsintensive Stoffe dient. Wenn dagegen mit reinem Sauerstoff begast wird, ergeben sich diese Nachteile nicht in diesem Maße, da zum einen aufgrund der höheren Sauerstoffausnutzung weniger Abgas entsteht und zum. anderen die Abwasserreinigung auch in geschlossenen Systemen er folgt Der Nachteil des Sauerstoffeinsatzes liegt jedoch in den hohen Herstellungskosten, die die Wirtschaftlicho keit einer mit Sauerstoff betriebenen Abwasserreinigungeanlage beschränken, sofern der hergestellte Sauerstoff nicht weitestgehend für den biologischen Abbau genutzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens so auszugestalten, daß auf einfache und wirtschaftliche Weise hohe Reinigungswerte erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der einen Stufe ein mehr Volumenprozent Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zugeführt, das entstehen, de Abgas aus der einen Stufe in die andere Stufe übergeleitet und die Menge des zugeführten Behandlungsgases so bemessen wird, daß das nach Durchgang durch die beiden Stufen insgesamt abge#ogene Abgas noch 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise nach 25 bis50 Vol-%, Sauerstoff enthält.
Mit dieser Bemessungsgrundlage für die Menge des zuzuführenden Behandlungsgases wird auf überraschend einfache Weise eine hohe Sauerstoffausnutzung erreicht, wobei sich noch dazu eine einfache Regelung für die Zufuhrmenge des Behandlungsgases durch die Möglichkeit der Messung der Sauerstoffkonzentration im abgezogenen Abgas ergibt. Außerdem sind je nach Ausbildung der ersten und zweiten Reinigungsstufe und je nach Gaszufuhr zur ersten oder zweiten Reinigungsstufe insgesamt vier Schaltungsmöglichkeiten durchführbar, so daß das erfindungsgemäße Verfahren der Art des zu behandelnden Abwassers angepaßt werden kann.
Insbesondere für die Reinigung hochbelasteter Abwässer ist es nach einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorteilhaft, das Abwasser in der ersten Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter und in der zweiten Stufe durch ein Belebungsbecken zu.leiten und die Zufuhr des Behandlungsgases in der ersten Stufe durchzuführen. Aufgrund der Zufuhr des sauerstoffreichen Behandlungsgases in die erste Stufe kann dann der Tropfkörper als Hochlasttropfkörper mit hoher Raumabbauleistung betrieben werden.
Die zum Überleiten von Abgas ins nachgeschaltete Belebungsbecken erforderliche geschlossene Ausbildung des Tropfkörpers läßt zudem hohe Sauerstoffpartialdrücke zu, die eine optimale Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen gewährleisten. Da außerdem bei Hochlaststufen biochemische Prozesse nur in geringem Umfang stattfinden und im wesentlichen eine Adsorption vor sich geht, ist der Sauerstoffbedarf entsprechend gering, so daß in diesem Fall ein großer Abgasstrom mit hohem Sauerstoffgehalt von 60 bis 70 % aus der ersten in die zweite Stufe übergeleitet wird.
Selbstverständlich ist es bei der vorstehend beschriebenen Hintereinanderschaltung von Tropfkörper und Belebungsbecken auch möglich, das Behandlungsgas dem Belebungsbecken der zweiten Stufe und das Abgas des Belebungsbeckens dem Tropfkörper#in der ersten Stufe zuzuführen. Dabei.ist der Betrieb des Tropfkörpers in der ersten Stufe als Hochlasttropfkörper jedoch insofern ungünstig, als dann aufgrund des verhältnismäßig geringen Sauerstoffverbrauchs in der ersten Stufe mit 4.s-- angegebenen Bemessungsgrundlage unter Umstanden keine atsreichen~ de Sauerstoffversorgung im Belebungsbecken der zweiten Stufe gegeben ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es dagegen auch möglich, das Abwasser in der ersten Stufe durch ein Belebungsbecken und nach einer Schlammabtrennung in der zweiten Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter zu leiten und die Zufuhr des Behandlungsgases in der ersten Stufe durchzuführen. Diese Schaltungsvariante eignet sich insbesondere für eine Nitrifikation in der zweiten Stufe, da mit der Anordnung eines Tropfkörpers oder Filters das aufgrund der geringen Schlammbelastung in der zweiten Stufe ansonsten vorhandene Problem der schlechten Absetzbarkeit des Belebtschlamms mit der Ansiedlung der nitrifizierenden Mikroorganismen auf den Trägermaterialien des Tropfkörpers oder Filters umgangen werden kann. Eine Nachkläreinrichtung in der zweiten Stufe kann deshalb entweder ganz entfallen oder zumindest nur kleine Abmessungen aufweisen. Der in der zweiten Stufe verwendete Tropfkörper oder Filter kann dabei ohne Geruchsbelästigung für die Umwelt offen ausgebildet sein, da mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise eine weitgehende Sauerstoffausnutzung gegeben ist und die am Ende der zweiten Stufe abgezogene Abgasmenge entsprechend klein ausfällt.
Selbstverständlich kann auch bei der vorstehend beschriebenen Hintereinanderschaltung von Belebungsbecken, Machklärbecken und Tropfkörper oder Filter das Behandlungsgas dem Tropfkörper oder Filter zugeführt und deren Abgas in das Belebungsbecken der ersten -Stufe -übergeleitet werden. Diese Gasführung hat den Vorteil, daß in den Tropfkörper oder Filter der zweiten Stufe kein, die Nitrifikationsvorgänge unter Umständen behinderndes C02-haltiges Gas eingeleitet wird. Vielmehr könnterbei offener Ausbildung des Belebungsbeckens der ersten Stufe das bei der Oxidation der Kohlenstoffverbindungen anfallende C02 mit dem abgezogenen Abgas ausgestrippt werden.
Falls die am Ende der zweiten Stufe abgezogene Abgasmenge relativ groß ist, kann es unter Umständen zweckmäßig sein, das nach Durchgang durch die beiden Reinigungsstufen abgezogene Abgas einer der beiden Reinigungsstufen wieder zuzuführen, um eine noch höhere Sauerstoffausnutzung zu erzielen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfaßt eine zweistufige Abwasserreinigungsanlage mit einem Zulauf für zu behandelndes und einem Ablauf für behandeltes Abwasser, bei der die eine Stufe ein Belebungsbecken und die andere Stufe einen Tropfkörper oder Filter aufweist. Erfindungsgemäß ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der einen Stufe eine Zuleitung für ein mehr Volumenprozent Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zugeordnet, zwischen den beiden Stufen ein Gasströmungsweg zum Überführen von Abgas aus der einen in die andere Stufe vorhanden und der anderen Stufe eine Abgasleitung zur Abführung eines Abgases mit 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise 25 bis 50 Vol-%,Sauerstoff zugeordnet ist.
Zur Behandlung hochbelasteter Abwässer ist es dabei zweckmäßig, wenn in der ersten Stufe der Tropfkörper oder der Filter und in der zweiten Stufe das Belebungsbecken mit einer Nachkläreinrichtung angeordnet ist und die Zuleitung für das Behandlungsgas dem Tropfkörper oder dem Filter und die Abgasleitung dem Belebungsbecken zugeordnet ist.
Andererseits ist es für die Nitrifikation von Abwasser zweckmäßig, wenn in der ersten Stufe das Belelsrecken mit einem nachgeschalteten ZwischenklArL<cken und in der zweiten Stufe der Tropfkörper oder der Filter angeordnet ist und die Zuleitung für das Behandlungsgas dem Belebungsbecken und die Abgasleitung dem Tropfkörper zugeordnet ist.
Damit zur vollständigen Sauerstoffausnutzung das nach Durchgang durch die beiden Reinigungsstufen abgezogene Abgas einer der beiden Reinigungsstufen wieder zugeführt werden kann, sollte außerdem vorteilhafter Weise die Abgasleitung über Zweigleitungen mit der Zuleitung für Behandlungsgas und/oder mit dem Gasströmungsweg zwischen der einen oder der anderen Stufe in Verbindung stehen.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Es zeigt.
Fig. 1 eine Anlage mit einem Tropfkörper in der ersten Stufe und mit einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken in der zweiten Stufe; Fig. 2 eine Anlage mit einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken in der ersten Stufe und mit einem Tropfkörper in der zweiten Stufe.
Gemäß Figur 1 ist die erste Stufe der dargestellten Abwasserreinigungsanlage mit 1 und die zweite Stufe mit 10 bezeichnet. Die erste Stufe 1 umfaßt in diesem Fall einen gegen die Atmosphäre geschlossen ausgebildeten Tropfkörper 2 mit einer im oberen Bereich angeordneten Abwasserzuleitung 3 und einer im unteren Bereich angeordneten Abzugsleitung 4 für vorbehandeltes Abwasser. Außerdem ist im unteren Bereich des Tropfkörpers 2 eine Gaszuleitung 5 für ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas und im oberen Bereich eine Abgasleitung 6 angeschlossen.
Die zweite Stufe 10 umfaßt ein Belebungsbecken 11 und ein nachgeschaltetes Nachklärbecken 12 mit einem Ablauf 13 für behandeltes Abwasser, einer Schlammrückleitung 14 für Rücklaufschlamm und mit einer Schlammableitung 15 für Überschuß schlamm, Zur Überleitung des im Tropfkörper 2 der ersten Stufe 1 vorbehandelten Abwassers in das Belebungsbecken 11 der zweiten Stufe 10 lst an dieses die Abzugsleitung 4 des Tropfkörpers 2 angeschlossen. In dem in diesem Fall gegen die Atmqsphäre abgeschlossenen Belebungsbecken 12 ist eine beispielsweise als Oberflächenbelüfter ausgebildete Begasungseinrichtung 16 angeordnet, mit der das sich unter der Abdeckung des Belebungsbekkens 11 ansammelnde Gas in das Abwasser-Belebtschlamm-Gemisch eingetragen werden kann. Als Behandlungsgas wird erfindungsgemäß das aus dem Tropfkörper 2 der ersten Stufe 1 abgezogene Abgas verwendet. Zu diesem Zweck ist die Abgasleitung 6 des Tropfkörpers 2 an das Belebungsbecken 11 angeschlossen. Abgas wird aus dem Belebungsbecken 11 über eine Abgasleitung 17 abgezogen.
Zur Erzielung einer möglichst weitgehenden Sauerstoffausnützung wird die Zufuhrmenge des Behandlungsgases in der Gaszuleitung 5 des Tropfkörpers2 so bemessen, daß das in der Abgasleitung des Belebungsbeckens 11 der zweiten Stufe fe 10 abgezogene Abgas einen Sauerstoffgehalt von 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise von 25 bis 50 Vol-%, aufweist.
Dazu kann in der Abgasleitung 17 eine nicht dargestellte Meßeinrichtung zur Bestimmung des SaverstorxgahFlees angeordnet sein. Das Meßsignal kann dann 4 #n einer Regeleinrichtung mit einem Sollwert verglichen werden und gemäß dem Differenzwert die Gaszufuhr in der Gaszuleitung 15 eingestellt werden.
Zur Ausnutzung des Restsauerstoffs in dem aus der zweiten Stufe 10 abgezogenen Abgas steht die Abgasleitung 17 über Zweigleitungen 18, 19 mit der Gaszuleitung 5 und der Abgasleitung 6 des Tropfkörpers 2 in Verbindung Gemäß Figur 2 umfaßt die erste Stufe 1 der dargestellten Abwasserreinigungsanlage ein geschlossenes Belebungsbekken 21 und ein nachgeschaltetes Nachklärbecken 22 mit einem Ablauf 23 für vorbehandeltes Abwasser, einer Schlammrückleitung 24 und einer Schlammableitung 25 für Überschußschlamm. Zu behandelndes Abwasser wird dem Belebungsbecken 21 über einen Zulauf 28 zugeführt, während ein mehr Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas über eine Gaszuleitung 29 in den Gasraum unter der Abdeckung des Belebungsbeckens 21 eingeleitet wird. Als Begasungseinrichtung 26 ist über dem .Beckenboden ein Gasverteiler angeordnet, dem über eine Saugleitung mit Lüfter das sich unter der Abdeckung sammelnde Gas zugeführt wird. Über dem Gasverteiler 26 ist eine Rühreinrichtung 27 vorgesehen. Abgas wird über eine Abgasleitung 30 abgezogen. In der #eiten Stufe 10 ist in diesem Fall ein Tropfkörper 31 angeordnet. Im oberen Bereich des Tropf- körpers 31 ist der Ablauf 23 für behandeltes Abwasser aus der ersten Stufe 1 angeschlossen, während im unteren Bereich die Abgasleitung 30 der ersten Stufe 1 sowie ein Ablauf 32 für behandeltes Abwasser vorgesehen ist. Abgas wird aus dem Tropfkörper über eine oben angeordnete Abgasleitung -34 abgezogen und kann über e#ine Zweigleitung 35 eventuell der Gaszuleitung 29 der ersten Stufe 1 zugeführt werden.
Die Regelung der Gaszufuhrmenge zu dem Belebungsbecken der ersten-Stufe kann in gleicher Weise erfolgen, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1.
Zahlenbeispiel: Ein hochbelastetes Abwasser der Milchindustrie wird in einer Anlage gemäß Figur 1 behandelt. Dieses Abwasser wird in einer Menge von 1000 m3/d und mit einer BSB5-Belastung von 2000 mg/l einem mit Kunststoffelementen gefüllten Tropfkörper aufgegeben. Die Füllung hat ein Volumen von 666 m3, so daß eine BSB5-Raumbelastung von 3 kg/m# .d entsteht. Die Füllung wird außerdem mit Rücklauf des Tropfkörperablaufes beaufschlagt. Dem Tropfkörper wird reiner Sauerstoff in einer Menge von 1200'kg/dzugeleitet.Von dieser Menge werden im Tropfkörper 600 kg/d verbraucht. Der den Tropfkörper verlassende Ablauf hat in der sedimentierten Probe noch eine BSB5-Belastung von 500. mg/l, entsprechend einem Abbauwirkungsgrad von 75 %. Dieser Ablauf wird in der Belebungsanlage mit 250 m3 Belebungsbeckenvolumen weiter gereinigt, so daß im Endablauf des nachgeschalteten Klärbeckens noch eine BSB5-Belastung von nur 15 mg/l verbleibt. Das den Tropfkörper verlassende und dem Belebungsbecken zugeleitete Abgas enthält noch 600 kg/d an Sauerstoff. Dieser wird bis auf einen geringen Rest von 35 kg/d, welcher mit dem Abgas das Belebungsbecken verläßt, im Belebungsbecken verbraucht. Eine Rückführung von Abgas in die erste oder zweite Stufe erscheint in diesem Fall bei einer Ausnutzung p797 % weicht mehr lohnend.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einem zweistufigen Reinigungsvorgang unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases, bei dem das Abwasser in der einen Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter und in der anderen Stufe durch ein Belebungsbecken geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Stufe ein mehr Volumenprozent Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zugeführt, das entstehende Abgas aus der einen Stufe in die andere Stufe übergeleitet und die Menge des zugeführten Behandlungsgases so bemessen wird, daß das nach Durchgang durch die beiden Stufen insgesamt abgezogene Abgas noch 15 bis 70 Vol-%, vorzugsweise noch 25 bis 50 Vol-%, Sauerstoff enthält.
2 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in der ersten Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter und in der zweiten Stufe durch ein Belebungsbecken geleitet wird, und die Zufuhr des Behandlungsgases in der ersten Stufe durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser in der ersten Stufe durch ein Belebungsbecken und nach einer Schlammabtrennung in der zweiten Stufe durch einen Tropfkörper oder Filter geleitet wird und die Zufuhr des Behandlungsgases in der ersten Stufe durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Durchgang durch die beiden Reinigungsstufen abgezogene Abgas einer der beiden Reinigungsstufen wieder zugeführt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer zweistufigen Abwasserreinigungsanlage mit einem Zulauf für zu behandelndes und einem Ablauf für behandeltes Abwasser, bei der die eine Stufe ein Belebungsbecken und die andere Stufe einen Tropfkörper oder Filter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Stufe eine Zuleitung (5, 29) für ein mehr Volumenprozent Sauerstoff als Luft enthaltendes Behandlungsgas zugeordnet, zwischen den beiden Stufen ein Gasströmungsweg (6, 30) zum Uberführen von Abgas aus der einen in die andere Stufe vorhanden und der anderen Stufe eine Abgasleitung (17, 34) zur Abführung eines Abgases mit 15 bis 70 Vol-%,#vorzugsweise 25 bis 50 Vol-%, Sauerstoff zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe (1) der Tropfkörper (2) oder der Filter und in der zweiten Stufe (10) das Belebung-sbecken (11) mit einer Nachkläreinrichtung (12) angeordnet ist und die Zuleitung (5) für das Behandlungsgas dem Tropfkörper (2) oder dem Filter und die Abgasleitung (17) dem Belebungsbecken (11) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe (1) das Belebungsbecken (21) mit einem nachgeschalteten Zwischenklärbecken (22f und in der zweiten Stufe (10) der Tropfkörper (31) oder der Filter angeorndet ist und die Zuleitung (29) für das Behandlungsgas dem Belebungsbecken (21) und die Abgas» leitung (34) dem Tropfkörper (31? oder Filter zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Anspruche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet; daß die Abgasleitung (17, 34) über Zweigleitungen (18, 17, 35P mit der Zuleitung (5, 29) für Behandlungsgas und/oder mit dem Gasströmungsweg zwischen der einen und der anderen Stufe in Verbindung steht.