EP4519220A1 - Diskontinuierliches verfahren zur reinigung von abwasser - Google Patents

Diskontinuierliches verfahren zur reinigung von abwasser

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EP4519220A1
EP4519220A1 EP23723403.4A EP23723403A EP4519220A1 EP 4519220 A1 EP4519220 A1 EP 4519220A1 EP 23723403 A EP23723403 A EP 23723403A EP 4519220 A1 EP4519220 A1 EP 4519220A1
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EP
European Patent Office
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sludge
reactor
activated sludge
solid fraction
conditioning
Prior art date
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Pending
Application number
EP23723403.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kurt Gassner
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP4519220A1 publication Critical patent/EP4519220A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38—Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/1236—Particular type of activated sludge installations
    • C02F3/1263—Sequencing batch reactors [SBR]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/30—Aerobic and anaerobic processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2203/00—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2203/004—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage comprising a selector reactor for promoting floc-forming or other bacteria

Definitions

  • the invention relates to a discontinuous process for cleaning wastewater, in which the following steps are repeatedly carried out:
  • the process described above is a so-called SBR (Sequence Batch Reactor) process, in which - in contrast to continuously operating sewage treatment plants, in which the respective inflow and outflow corresponds to the amount of wastewater currently produced, - a predetermined amount of wastewater is collected and then is pumped into an activated sludge reactor in a short time.
  • the wastewater is treated in the activated sludge reactor essentially without any further supply of wastewater.
  • the activated sludge reactor is partially emptied. In the upper area of the activated sludge reactor, clear water is withdrawn, and a small amount of sludge is withdrawn from a lower area of the activated sludge reactor, which is usually sent for disposal.
  • the SBR process offers some decisive advantages.
  • the cleaning process takes place independently of hydraulic supply fluctuations.
  • the duration of the reaction times can be easily adapted to variable feed concentrations without any structural changes. This minimizes fluctuations in effluent concentrations.
  • the temporarily increased substrate concentrations cause an increase in bacterial metabolic rates.
  • the avoidance of expanded sludge and the selection of floc-forming bacteria can be achieved by periodically alternating between nutrient supply during the filling phases and nutrient deficiency at the end of the reaction phases.
  • the sedimentation of the activated sludge takes place under flow-free conditions and can, if necessary, be well monitored.
  • a settling phase follows in order to form a layer of clear water above the activated sludge.
  • the clear water is then drawn off.
  • a certain amount of sludge must also be withdrawn as excess sludge.
  • Such a discontinuous wastewater treatment based on SBR technology can be found, for example, in EP 2 426 090 A2 or WO 96/16909 A1.
  • DE 196 20 158 A1 describes a method and a device for the biological purification of wastewater with an activation stage with an activated sludge containing nitrifying microorganisms, with part of the return sludge being stabilized and increased before being returned to the activation stage in a separate sludge treatment stage under nitrifying conditions the mud age is retained.
  • EP 2 792 646 A1 describes a discontinuous wastewater treatment process in which activated sludge is removed from an activation tank and, in a special hydrocyclone, this activated sludge is divided into a specifically lighter fraction with a majority of aerobic ammonium-oxidizing bacteria and into a specifically heavier fraction of anaerobic ammonium -oxidizing fraction is separated.
  • a key factor for the cycle times and thus for the throughput of such an activated sludge system is the duration of the settling phase, during which the sludge settles at the bottom of the reactor and the layer of clear water forms above this activated sludge, which is then drawn off .
  • a solid fraction is added to the wastewater before it is fed into the at least one activated sludge reactor Form of preferably filtered primary sludge is removed, this solid fraction is subjected to conditioning so that an activated sludge with a granular structure is obtained, and this granular sludge is fed to the at least one activated sludge reactor as activated sludge if necessary.
  • a solid fraction is removed from the raw wastewater, preferably by means of microfiltration and/or microsieving.
  • This solid fraction known as the primary sludge substrate, contains microorganisms that provide hydrolytic enzymes that are important for wastewater treatment.
  • this primary sludge substrate is prepared, with particular care being taken to ensure that an activated sludge with a granular structure is obtained which has a higher specific gravity than the activated sludge usually obtained in the activated sludge reactor from the raw wastewater supplied.
  • This processing is particularly preferably carried out in at least one breeding reactor.
  • the granular sludge obtained in this way has the advantage that it quickly settles on the bottom of the tank after the aeration phase has ended in the breeding reactor and in the activated sludge reactor.
  • the granular structure due to its granular structure, it is little to no whirled up even when fresh wastewater is fed in, which allows the breeding reactor or activated sludge reactor to be filled and drained at the same time under optimal conditions. This further reduces the cycle time and the throughput can be increased accordingly.
  • a further advantage of the method according to the invention is that the more stable degradation processes result in an increase in the material conversion rates even under fluctuating feed conditions, because the selection or reduction of the wastewater ingredients during the conversion of the organic components of the primary sludge substrate results in extensive hydrolysis of the substrate-storing Organisms preferably take place in the breeding reactor. This results in a lower sludge load with better and increased degradation performance.
  • primary sludge or “primary sludge substrate” is understood to mean a solid fraction that is removed from the raw wastewater, for example by means of microfiltration and/or microsieving, and is then subjected to conditioning.
  • the conditioning produces a substrate sludge, which forms the basis for the granular sludge.
  • this granular sludge is introduced into the breeding reactor or activated sludge reactor if necessary, and is therefore part of the activated sludge contained therein, which breaks down the organic contaminants in the wastewater using microorganisms (biocenosis).
  • the solid fraction is separated from the untreated raw wastewater by means of microfiltration and/or microsieving before the wastewater is fed to a pretreatment and/or directly to at least one breeding reactor and/or activated sludge reactor.
  • microfiltration process a first separation of solids from the wastewater takes place, whereby the excess primary sludge can be separated and disposed of in the feed to the breeding reactor and/or activated sludge reactor without further dilution.
  • the primary sludge substrate is then subjected to conditioning, which serves to produce a substrate sludge concentrate, which forms the basis for the formation of an activated sludge with a granular structure.
  • At least one alkaline conditioning agent is added to it in a first step, the conditioned substrate sludge is then concentrated, and this conditioned substrate sludge is then fed to at least one breeding reactor, in which at least A granular sludge is produced in a breeding reactor, which, if necessary, is fed to the at least one activated sludge reactor as activated sludge.
  • a two-stage concentration of the conditioned substrate sludge has proven particularly useful, with the substrate sludge first being separated via a perforated partition in at least one mixing chamber, and in a second step being further concentrated by settling the substrate sludge in at least one separation chamber.
  • a substrate sludge concentrate which is particularly suitable for the production of granular sludge is obtained, which provides a rapidly growing granular structure in the at least one breeding reactor, which according to the invention is fed to the at least one activated sludge reactor as activated sludge if necessary.
  • a further embodiment of the invention provides that at least two activated sludge reactors are fed via a breeding reactor. These two activated sludge reactors are preferably operated acyclically to one another in order to obtain a quasi-continuous wastewater treatment process. Depending on the feed load, the activated sludge reactors can be fed alternately one behind the other or in parallel from the breeding reactor at the end of the cycle.
  • the advantage here is that the breeding reactor can be operated continuously (if there is sufficient waste water) and the downstream activated sludge reactors can be operated discontinuously. This achieves maximum hydraulic throughput with different usable volumes.
  • the at least two activated sludge reactors are operated in series, so that the wastewater is cleaned in two stages. This reduces the concentration of suspended matter in the treated wastewater to a minimum.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for conditioning primary sludge
  • Fig. 2 is a schematic representation of a wastewater treatment plant according to the invention.
  • a solids fraction 2 is added to the raw wastewater 1 via a filtration device 110, which in the present case is designed as a belt filter system removed.
  • This solid fraction 2 forms the primary sludge substrate, which is fed to a conditioning tank 120 via suitable pipelines. If necessary, excess primary sludge can be fed to a sludge treatment 115 or a digestion tower.
  • the primary sludge substrate 2 is mixed with at least one alkaline dosing agent 3 while monitoring the pH value, temperature and nitrate and/or ammonium concentration using suitable measuring devices 124 and introduced into a mixing chamber 130 as substrate sludge 4A.
  • the substrate sludge 4A is thickened and concentrated, and the mixing in the mixing chamber 130 can be carried out mechanically and/or hydraulically by blowing in air in a mixing area 131 of the mixing chamber 130.
  • the pre-thickening within the mixing chamber 130 takes place via a perforated partition 132, which separates the mixing area 131 from a thickening area 133.
  • measuring devices 134 for determining the content of organic substances are arranged in the thickening area 133.
  • the excess water 5 is withdrawn via an overflow 135, while the thickened and conditioned substrate sludge 4B is transferred to a concentration chamber 140 with measuring devices 144A, in particular for monitoring the dry matter content, in which a further separation of the substrate sludge 4B from excess water 5 takes place by settling , whereby the excess water 5 is fed to a buffer tank, for example.
  • the substrate sludge 4C concentrated and conditioned in this way is finally introduced into a breeding reactor 200, with the properties of the substrate sludge 4C being checked again before the substrate sludge 4C is introduced using a further measuring device 144B, in particular a COD probe.
  • granular sludge 4D a coarse-grained, compact and heavy activated sludge with a granular structure, called granular sludge 4D, is produced, which - as shown in Fig. 2 - is then used in one or more activated sludge reactors 300 for discontinuous cleaning if necessary of the wastewater 1 is supplied.
  • the breeding reactor 200 is preferably designed in a cylindrical shape, with the feeding of substrate sludge 4C particularly preferably via a sludge inlet 210 provided in the bottom area of the breeding reactor 200.
  • the breeding reactor 200 is equipped with numerous sensors and measuring devices 224, with the help of which water temperature, pH value, oxygen values and / or the acid buffer capacity are monitored.
  • a sludge level measuring device with an optical measuring device is particularly preferably provided for this purpose, with the help of which the specific sludge weight of the granular sludge 4D contained in the breeding reactor 200 can be determined.
  • alkaline dosing agents 3 which are usually introduced into the breeding reactor 200 in paste or liquid form via dosing pumps as required, an activated sludge 4D with a granular structure is obtained, which preferably has a specific sludge weight of at least 10 kg/m 3 and a Particle size of over 1 mm (diameter).
  • sludge index ISV falls from 100 ml/g according to the state of the art to less than 30 ml/g.
  • This sludge index ISV is a measure of the settling properties of the sewage sludge from an activated sludge reactor.
  • FIG. 2 An embodiment of the wastewater treatment plant 1000 according to the invention can be seen in FIG. 2. It is provided here that at least one activated sludge reactor 300 is connected to at least one breeding reactor 200 via a sludge line 400A, via which the activated sludge with granular structure 4D grown in the breeding reactor 200 is introduced into the activated sludge reactor 300. In addition, a filling line 400B is provided, via which excess water 5 can be transferred from the breeding reactor 200 into the activated sludge reactor 300 if necessary.
  • a sludge line 400A via which the activated sludge with granular structure 4D grown in the breeding reactor 200 is introduced into the activated sludge reactor 300.
  • a filling line 400B is provided, via which excess water 5 can be transferred from the breeding reactor 200 into the activated sludge reactor 300 if necessary.
  • the breeding reactor 200 also has an outlet 235 through which excess water 5 can be drained off if necessary, a ventilation device 230 and a sludge extractor 220 for removing excess sludge.
  • the activated sludge reactor 300 has an exhaust 320 for removing excess sludge.
  • the activated sludge reactor 300 is equipped with numerous measuring devices 324 that allow monitoring and control of the wastewater treatment process.
  • a ventilation device 330 and an overflow 335 are arranged on the activated sludge reactor 300.
  • the present invention is not limited to the exemplary embodiments listed above.
  • more than one breeding reactor feeds more than one activated sludge reactor. If the process is carried out appropriately, this enables a quasi-continuous cleaning process that can also be quickly adapted to different inflow loads of wastewater.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein diskontinuierliches Verfahren zur Reinigung von Abwasser (1), mit den sich wiederholenden Verfahrensschritten • Zufuhr von Abwasser (1) in zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor (300) über zumindest einen Zulauf, • Belüften des Reaktorinhaltes, • Beenden der Belüftung zum Absetzen von Schlamm, • Abzug von Klarwasser (5) und von Überschussschlamm, wobei dem Abwasser (1) vor der Zufuhr in den zumindest einen Belebtschlamm- Reaktor (300) eine Feststofffraktion (2) in Form eines Primärschlamm-Substrats entnommen wird, diese Feststofffraktion (2) einer Konditionierung unterworfen wird, sodass ein Belebtschlamm mit Granulatstruktur (4D) erhalten wird, und dieser Granulatschlamm (4D) bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor (300) als Belebtschlamm zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung hierfür.

Description

Diskontinuierliches Verfahren zur Reinigung von Abwasser
Die Erfindung betrifft ein diskontinuierliches Verfahren zur Reinigung von Abwasser, bei dem wiederholt folgende Schritte ausgeführt werden:
• Zufuhr von Abwasser in einen Belebtschlamm-Reaktor;
• Belüften des Reaktorinhaltes;
• Beenden der Belüftung, um Schlamm absetzen zu lassen;
• Abzug von Klarwasser und von Überschussschlamm.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren handelt es sich um ein sogenanntes SBR (Sequence Batch Reactor)-Verfahren, bei dem - im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Kläranlagen, bei denen der jeweilige Zufluss und Abfluss der augenblicklich anfallenden Abwassermenge entspricht, - eine vorbestimmte Abwassermenge gesammelt und dann in kurzer Zeit in einen Belebtschlamm-Reaktor eingepumpt wird. Die Behandlung des Abwassers in dem Belebtschlamm-Reaktor erfolgt dabei im Wesentlichen ohne weitere Zufuhr von Abwasser. Nach Beendigung eines Behandlungszyklus wird der Belebtschlamm-Reaktor teilweise entleert. Im oberen Bereich des Belebtschlamm-Reaktors wird dabei Klarwasser abgezogen, und aus einem unteren Bereich des Belebtschlamm-Reaktors wird eine geringe Menge Schlamm abgezogen, der üblicherweise einer Entsorgung zugeführt wird.
Im Vergleich zu kontinuierlich beschickten Belebtschlammverfahren bietet das SBR-Verfahren einige entscheidende Vorteile. Der Reinigungsprozess findet bei diesem Verfahren losgelöst von hydraulischen Zulaufschwankungen statt. Des Weiteren kann die Dauer der Reaktionszeiten auf einfache Weise und ohne bauliche Veränderungen an variable Zulaufkonzentrationen angepasst werden. Dadurch werden die Schwankungen der Ablaufkonzentrationen minimiert. Die zeitweilig erhöhten Substratkonzentrationen bewirken eine Steigerung der bakteriellen Stoffumsatzgeschwindigkeiten. Ferner kann die Vermeidung von Blähschlamm und die Selektion von flockenbildenden Bakterien durch den periodischen Wechsel zwischen Nährstoffangebot während der Füllphasen und Nährstoffmangel zum Ende der Reaktionsphasen erreicht werden. Dabei findet die Sedimentation des Belebtschlamms unter strömungsfreien Bedingungen statt und kann gegebenenfalls gut überwacht werden.
Wesentlich bei jeder Art des SBR-Verfahrens ist, dass in dem Belebtschlamm- Reaktor stets eine vorbestimmte Menge Belebtschlamm verbleibt, so dass der Nutzinhalt des Reaktors, d.h. die pro Behandlungszyklus zuzugebende Abwasser- menge, nur einen Bruchteil des Gesamtinhalts des Belebtschlamm-Reaktors ausmacht. Bei herkömmlichen SBR-Verfahren wird etwa die Hälfte bis zwei Drittel des Gesamtinhalts des Belebtschlamm-Reaktors als Belebtschlamm ständig zurückgehalten, während der übrige Teil für die Zufuhr von Abwasser vorgesehen ist. Nach der Zufuhr von Abwasser wird der Belebtschlamm-Reaktor in üblicher Weise belüftet, um eine Nitrifikation durchzuführen. Gegebenenfalls kann vor der Belüftung durch einen anaeroben Verfahrensabschnitt eine Denitrifikation durchgeführt werden. Nach der Beendigung der Belüftung folgt eine Absetzphase, um oberhalb des Belebtschlamms eine Schicht von Klarwasser auszubilden. Danach wird das Klarwasser abgezogen. Um die Menge der Biomasse und des Schlamms und damit die Schlammkonzentration im Belebtschlamm-Reaktor konstant zu halten, ist jedoch auch gleichzeitig ein Abzug einer gewissen Schlammmenge als Überschussschlamm erforderlich.
Eine derartige diskontinuierliche Abwasseraufbereitung auf Basis der SBR-Techno- logie kann beispielsweise der EP 2 426 090 A2 oder der WO 96/16909 Al entnommen werden.
In der DE 196 20 158 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwasser mit einer Belebungsstufe mit einem nitrifizierende Mikroorganismen enthaltenden Belebtschlamm beschrieben, wobei ein Teil des Rücklaufschlamms vor der Rückführung zur Belebungsstufe in einer separaten Schlammbehandlungsstufe unter nitrifizierenden Bedingungen stabilisiert und zur Erhöhung der Schlammalters zurückgehalten wird. In der EP 2 792 646 Al ist ein diskontinuierliches Abwasserreinigungsverfahren beschrieben, bei dem Belebtschlamm aus einem Belebungsbecken entnommen wird, und in einem speziellen Hydrozyklon dieser Belebtschlamm in eine spezifisch leichtere Fraktion mit mehrheitlich aerob Ammonium-oxidierende Bakterien sowie in eine spezifisch schwerere Fraktion von anaerob Ammonium-oxidierende Fraktion getrennt wird.
Ein wesentlicher Faktor für die Zykluszeiten und damit für den Durchsatz einer derartigen Belebtschlamm-Anlage ist die Dauer der Absetzphase, bei der sich der Schlamm am Boden des Reaktors absetzt, und oberhalb dieses Belebtschlamms sich die Schicht von Klarwasser ausbildet, die dann im Anschluss abgezogen wird. Je länger diese Absetzphase andauert, umso mehr verlängern sich die Zykluszeiten und reduziert sich der Durchsatz.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Absetzphase zeitlich zu reduzieren, um den Durchsatz der Anlage zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Abwasser vor der Zufuhr in den zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor eine Feststofffraktion in Form von vorzugsweise filtriertem Primärschlamm entnommen wird, diese Feststofffraktion einer Konditionierung unterworfen wird, sodass ein Belebtschlamm mit Granulatstruktur erhalten wird, und dieser Granulatschlamm bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor als Belebtschlamm zugeführt wird.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Feststofffraktion aus dem Rohabwasser, vorzugsweise mittels Mikrofiltration und/oder Mikrosiebung entnommen wird. Diese als Primärschlamm-Substrat bezeichnete Feststofffraktion enthält Mikroorganismen, die für die Abwasserreinigung wichtige, hydrolytische Enzyme liefern. Gemäß der Erfindung wird dieses Primärschlamm-Substrat aufbereitet, wobei insbesondere darauf geachtet wird, dass ein Belebtschlamm mit einer Granulatstruktur erhalten wird, der über ein höheres spezifisches Gewicht verfügt als jener Belebtschlamm, der üblicherweise in dem Belebtschlamm-Reaktor aus dem zugeführtem Rohabwasser erhaltene Belebtschlamm. Diese Aufbereitung erfolgt hierbei besonders bevorzugt in zumindest einem Breeding-Reaktor.
Der so erhaltene Granulatschlamm hat aufgrund seines höheren spezifischen Gewichts den Vorteil, dass er sich nach Beendigung der Belüftungsphase in dem Breeding-Reaktor als auch im Belebtschlamm-Reaktor rasch am Beckenboden absetzt. Zudem wird er aufgrund seiner Granulatstruktur auch bei Zufuhr von frischem Abwasser wenig bis gar nicht aufgewirbelt, was es unter optimalen Bedingungen erlaubt, den Breeding-Reaktor bzw. Belebtschlamm-Reaktor gleichzeitig befüllen und ablassen zu können. Damit reduziert sich die Zykluszeit weiter, und der Durchsatz kann entsprechend gesteigert werden.
Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass der Feststoffgehalt der Biomasse etwa das 2,5-fache zum vergleichbaren Volumen eines in einem herkömmlichen Reaktor verwendeten Belebtschlamms beträgt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die stabileren Abbauprozesse eine Erhöhung der Stoffumsatzgeschwindigkeiten auch bei schwankenden Zulaufbedingungen erzielt wird, weil durch die Selektierung bzw. der Verringerung der Abwasserinhaltsstoffe während der Umwandlung der organischen Anteile des Primärschlamm-Substrats eine weitgehende Hydrolysierung der substratspeichernden Organismen vorzugsweise im Breeding-Reaktor stattfindet. Daraus folgt eine geringere Schlammbelastung mit besseren und erhöhten Abbauleistungen.
Die Verwendung von Belebtschlamm mit Granulatstruktur ist in kontinuierlich betriebenen Abwasserreinigungsanlagen bekannt geworden. Allerdings hat dieser Granulatschlamm den Nachteil, dass weiterhin ein unerwünscht hoher Schwebstoffanteil im gereinigten Abwasser vorliegt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist daher vorgesehen, dass bei jedem Reinigungszyklus nur ein Teil des im Belebtschlamm-Reaktors befindlichen Belebtschlamms durch Granulatschlamm ersetzt wird. Damit bleiben die oben beschriebenen Vorteile des Granulatschlamms erhalten, während gleichzeitig der Schwebstoffanteil im gereinigten Klarwasser auf ein Minimum reduziert wird.
Nachfolgend werden die unterschiedlichen verwendeten Begriffe näher erläutert: Unter "Primärschlamm" bzw. "Primärschlamm-Substrat" wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Feststofffraktion verstanden, die dem Rohabwasser beispielsweise mittels Mikrofiltration und/oder Mikrosiebung entnommen und anschließend einer Konditionierung unterzogen wird. Durch die Konditionierung wird ein Substratschlamm erhalten, der die Basis für den Granulatschlamm bildet. Dieser Granulatschlamm wird erfindungsgemäß bei Bedarf in den Breeding-Reaktor bzw. Belebtschlamm-Reaktor eingebracht, und ist damit Teil des darin befindlichen Belebtschlamms, der mittels Mikroorganismen (Biozönose) die organischen Verunreinigungen des Abwassers abbaut.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Feststofffraktion aus dem unbehandelten Rohabwasser mittels Mikrofiltration und/oder Mikrosiebung abgetrennt wird, bevor das Abwasser einer Vorbehandlung und/oder direkt zumindest einem Breeding-Reaktor und/oder Belebtschlamm-Reaktor zugeführt wird. Durch Verwendung des Mikrofiltrationsverfahrens erfolgt bereits eine erste Feststofftrennung aus dem Abwasser, wobei der überschüssige Primärschlamm bereits im Zulauf zum Breeding- Reaktor und/oder Belebtschlamm-Reaktor ohne weitere Verwässerung abgetrennt und entsorgt werden kann. Danach wird das Primärschlamm-Substrat einer Konditionierung unterzogen, die der Herstellung eines Substratschlamm-Konzentrats dient, das die Grundlage zur Bildung eines Belebtschlamms mit Granulatstruktur darstellt.
Hierbei ist besonders bevorzugt, dass zur Konditionierung des Primärschlamm- Substrats dieser in einem ersten Schritt mit zumindest einem alkalischen Konditioniermittel versetzt wird, danach eine Aufkonzentration des konditionierten Substratschlamms erfolgt, und dieser konditionierte Substratschlamm anschließend zumindest einem Breeding- Reaktor zugeführt wird, wobei in dem zumindest einem Breeding-Reaktor ein Granulatschlamm erzeugt wird, der bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor als Belebtschlamm zugeführt wird.
Hierbei hat sich eine zweistufige Aufkonzentration des konditionierten Substratschlamms besonders bewährt, wobei zunächst in zumindest einer Mischkammer eine Separation des Substratschlamms über eine perforierte Trennwand erfolgt, und in einem zweiten Schritt in zumindest einer Separationskammer eine weitere Aufkonzentration mittels Absetzen des Substratschlamms erfolgt. Damit wird eine für die Herstellung von Granulatschlamm besonders geeignete Substratschlammkonzentrat erhalten, das in dem zumindest einen Breeding- Reaktor eine schnell wachsende Granulatstruktur liefert, der erfindungsgemäß bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor als Belebtschlamm zugeführt wird.
Um die Durchsatzraten weiter zu erhöhen, ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass über einen Breeding-Reaktor zumindest zwei Belebtschlamm-Reaktoren beschickt werden. Diese beiden Belebtschlamm-Reaktoren werden vorzugsweise azyklisch zueinander betrieben, um auf diese Weise ein quasi-kontinuierliches Abwasserreinigungsverfahren zu erhalten. In Abhängigkeit von der Zulaufbelastung können die Belebtschlamm-Reaktoren abwechselnd hintereinander oder parallel vom Breeding-Reaktor jeweils nach Zyklusende beschickt werden. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass der Breeding-Reaktor kontinuierlich (bei ausreichend vorhandenem Abwasseranfall) und die nachgeschalteten Belebtschlamm-Reaktoren diskontinuierlich betrieben werden können. Damit wird eine maximale hydraulische Durchsatzleistung bei unterschiedlichen Nutzvolumina erreicht.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die zumindest zwei Belebtschlamm-Reaktoren in Serie betrieben werden, sodass das Abwasser zweistufig gereinigt wird. Damit reduziert sich die Schwebstoffkonzentration im gereinigten Abwasser auf ein Minimum.
Bei der Zufuhr des Granulatschlamms in den Belebtschlamm-Reaktor hat sich gezeigt, dass bei Einbringen des Granulatschlamms über den Boden oder über eine seitliche Wand des Belebtschlamm-Reaktors dieser als hydraulische Sperrschicht fungiert, der beim Befüllen des Belebtschlamm-Reaktors mit Rohabwasser ein Aufsteigen von Schlammwolken verhindert. Damit kann der Abzug und/oder die Befüllung des Belebtschlamm-Reaktors auf raschere Weise als bei herkömmlichen Belebtschlamm-Reaktoren erfolgen.
Im Folgenden wird anhand eines nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels mit zugehöriger Figur die Erfindung näher erläutert. Hierin zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Konditionierung von Primärschlamm, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage.
In der Fig. 1 ist eine Anlage 100 zur Konditionierung von Primärschlamm dargestellt. Hierbei wird dem Rohabwasser 1 über eine Filtrationseinrichtung 110, die im vorliegenden Fall als Bandfilteranlage ausgebildet ist, eine Feststofffraktion 2 entnommen. Diese Feststofffraktion 2 bildet das Primärschlamm-Substrat, das über geeignete Rohrleitungen einem Konditionierbecken 120 zugeführt wird. Überschüssiger Primärschlamm kann hierbei bei Bedarf einer Schlammbehandlung 115 bzw. einem Faulturm zugeführt werden.
In diesem Konditionierbecken 120 wird das Primärschlamm-Substrat 2 mit zumindest einem alkalischen Dosiermittel 3 unter Überwachung von pH-Wert, Temperatur sowie Nitrat- und/oder Ammoniumkonzentration mittels geeigneter Messeinrichtungen 124 versetzt und als Substratschlamm 4A in eine Mischkammer 130 eingebracht.
In dieser Mischkammer 130 wird der Substratschlamm 4A eingedickt und aufkonzentriert, wobei die Durchmischung in der Mischkammer 130 in einem Mischbereich 131 der Mischkammer 130 mechanisch und/oder hydraulisch durch Einblasen von Luft erfolgen kann. Die Voreindickung innerhalb der Mischkammer 130 erfolgt über eine perforierte Trennwand 132, die den Mischbereich 131 von einem Eindickbereich 133 trennt. In dem Eindickbereich 133 sind bei dieser Ausführung der Erfindung Messeinrichtungen 134 zur Bestimmung des Gehalts an organischen Stoffen, insbesondere eine CSB-Sonde angeordnet.
Über einen Überlauf 135 wird das überschüssige Wasser 5 abgezogen, während der eingedickte und konditionierte Substratschlamm 4B in eine Konzentrationskammer 140 mit Messeinrichtungen 144A, insbesondere zur Überwachung des Trockensubstanzgehalts, überführt wird, in der eine weitere Separation des Substratschlamms 4B von überschüssigem Wasser 5 durch Absetzen erfolgt, wobei das überschüssige Wasser 5 beispielsweise einem Puffertank zugeführt wird. Der auf diese Weise aufkonzentrierte und konditionierte Substratschlamm 4C wird schließlich in einen Breeding- eaktor 200 eingebracht, wobei vor dem Einbringen des Substratschlamms 4C mithilfe einer weiteren Messeinrichtung 144B, insbesondere einer CSB-Sonde die Eigenschaften des Substratschlamms 4C nochmals kontrolliert werden.
In dem Breeding-Reaktor 200 wird durch Einstellung geeigneter Umgebungsparameter ein grobkörniger, kompakter und schwerer Belebtschlamm mit Granulatstruktur, Granulatschlamm 4D genannt, erzeugt, der - wie in Fig. 2 dargestellt, - anschließend einem oder mehreren Belebtschlamm-Reaktoren 300 bei Bedarf zur diskontinuierlichen Reinigung des Abwassers 1 zugeführt wird.
Hierbei ist der Breeding- Reaktor 200 vorzugsweise in zylindrischer Form ausgeführt, wobei die Beschickung mit Substratschlamm 4C besonders bevorzugt über einen im Bodenbereich des Breeding-Reaktors 200 vorgesehenen Schlammeinlass 210 erfolgt. Um einen gemäß der Erfindung erforderlichen Belebtschlamm in Granulatform 4D zu erhalten, ist der Breeding- Reaktor 200 mit zahlreichen Sensoren und Messeinrichtungen 224 ausgestattet, mit deren Hilfe Wassertemperatur, pH-Wert, Sauerstoffwerte und/oder die Säurepufferkapazität überwacht werden.
Besonders bevorzugt ist hierfür auch ein Schlammpegelmessgerät mit optischer Messvorrichtung vorgesehen, mit dessen Hilfe das spezifische Schlammgewicht des im Breeding- eaktor 200 enthaltenen Granulatschlamms 4D bestimmt werden kann. Durch Zugabe von alkalischen Dosiermitteln 3, die üblicherweise in pastöser oder flüssiger Form über Dosierungspumpen den Erfordernissen entsprechend in den Breeding-Reaktor 200 eingebracht werden, wird ein Belebtschlamm 4D mit Granulatstruktur erhalten, der vorzugsweise ein spezifisches Schlammgewicht von mindestens 10 kg/m3 und eine Partikelgröße von über 1 mm (Durchmesser) aufweist.
Ein Belebtschlamm mit diesen physikalischen Eigenschaften erlaubt Schlamm- Absetzzeiten von unter 1 Minute pro Meter Sinkhöhe, wodurch der Schlammindex ISV von 100 ml/g gemäß dem Stand der Technik auf unter 30 ml/g fällt. Dieser Schlammindex ISV ist ein Maß für die Absetzeigenschaften des Klärschlamms eines Belebtschlamm-Reaktors.
Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Abwasserreinigungsanlage 1000 ist der Fig. 2 zu entnehmen. Hierbei ist vorgesehen, dass zumindest ein Belebtschlamm- Reaktor 300 mit zumindest einem Breeding- Reaktor 200 über eine Schlammleitung 400A in Verbindung steht, über die der ihm Breeding-Reaktor 200 gezüchtete Belebtschlamm mit Granulatstruktur 4D in den Belebt-Schlammreaktor 300 eingebracht wird. Zusätzlich ist eine Füllleitung 400B vorgesehen, über die bei Bedarf Überschusswasser 5 aus dem Breeding-Reaktor 200 in den Belebtschlamm- Reaktor 300 überführt werden kann.
Der Breeding-Reaktor 200 verfügt des Weiteren über einen Ablauf 235, über den bei Bedarf Überschusswasser 5 abgeleitet werden kann, über eine Belüftungseinrichtung 230 sowie über einen Schlammabzug 220 zur Entnahme von überschüssigem Schlamm.
Damit befindet sich neben dem üblicherweise im Belebtschlamm-Reaktor 300 vorhandenen flockigen Belebtschlamm 4E eine zweite Belebtschlammfraktion in Form von Granulatschlamm 4D, wobei beide Belebtschlammfraktionen 4D, 4E aktiv an der Reinigung des Rohabwassers 1 beteiligt sind. Durch die Zufuhr von Granulatschlamm 4D wird die Absetzgeschwindigkeit des Klärschlamms nach der Belüftungsphase im Belebtschlamm-Reaktor 300 erheblich verbessert, während gleichzeitig der flockige Belebtschlamm 4E die Schwebstoffkonzentration im gereinigten Abwasser 6, das nach Beendigung des Reinigungs- und Absenkzyklus über einen Ablauf 310 aus den Belebtschlamm-Reaktor 300 abgezogen wird, gering hält. Des Weiteren verfügt der Belebtschlamm-Reaktor 300 über einen Abzug 320 zur Entfernung von Überschussschlamm. Ebenso ist der Belebtschlamm-Reaktor 300 mit zahlreichen Messeinrichtungen 324 ausgestattet, die eine Überwachung und Steuerung des Abwasserreinigungsverfahrens erlauben. Schließlich ist noch eine Belüftungseinrichtung 330 sowie ein Überlauf 335 am Belebtschlamm-Reaktor 300 angeordnet.
Während konventionelle Granulatschlammverfahren aufgrund einer erhöhten Schwebstoffkonzentration üblicherweise nachgeschaltete Einrichtungen zur Entfernung der Schwebstoffe benötigen, sind derartige Down-Stream-Einrichtungen in Anlagen für das erfindungsgemäße Verfahren nicht notwendig.
Es versteht sich, dass die gegenständliche Erfindung nicht auf die oben angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mehr als ein Breeding- Reaktor mehr als einen Belebtschlamm-Reaktor beschicken. Dadurch wird bei entsprechender Verfahrensführung ein quasi-kontinuierliches Reinigungsverfahren ermöglicht, das auch an unterschiedliche Zulaufbelastung von Abwasser rasch angepasst werden kann.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Diskontinuierliches Verfahren zur Reinigung von Abwasser (1), mit den sich wiederholenden Verfahrensschritten
• Zufuhr von Abwasser (1) in zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor (300) über zumindest einen Zulauf,
• Belüften des Reaktorinhaltes,
• Beenden der Belüftung zum Absetzen von Schlamm (4D, 4E),
• Abzug von Klarwasser (6) und von Überschussschlamm, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abwasser (1) vor der Zufuhr in den zumindest einen Belebtschlamm- Reaktor (300) eine Feststofffraktion in Form eines Primärschlamm-Substrats (2) entnommen wird, diese Feststofffraktion einer Konditionierung unterworfen wird, sodass ein Belebtschlamm mit Granulatstruktur (4D) erhalten wird, und dieser Granulatschlamm (4D) bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor (300) als Belebtschlamm zugeführt wird. Diskontinuierliches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststofffraktion (2) mittels Mikrofiltration und/oder Mikrosiebung dem Rohabwasser (1) entnommen wird. Diskontinuierliches Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konditionierung die Feststofffraktion (2) in einem ersten Schritt mit zumindest einem alkalischen Konditioniermittel (3) versetzt wird, danach eine Aufkonzentration des konditionierten Substratschlamms (4A) erfolgt, und dieser konditionierte Substratschlamm (4C) anschließend zumindest einem Breeding-Reaktor (200) zugeführt wird, wobei in dem zumindest einem Breeding-Reaktor (200) ein Granulatschlamm (4D) erzeugt wird, der bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor (300) als Belebtschlamm zugeführt wird. Diskontinuierliches Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufkonzentration des konditionierten Substratschlamms (4A) zweistufig erfolgt, wobei zunächst in zumindest einer Mischkammer (130) eine Separation des Substratschlamms (4A) über eine perforierte Trennwand (132) erfolgt, und in einem zweiten Schritt in zumindest einer Separationskammer (140) eine weitere Aufkonzentration mittels Absetzen des Substratschlamms (4C) erfolgt. Diskontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem zumindest einen Breeding-Reaktor (200) erzeugte Granulatschlamm (4D) bei Bedarf dem zumindest einen Belebtschlamm-Reaktor (300) als Belebtschlamm zugeführt wird. Diskontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Breeding-Reaktor (200) zumindest zwei Belebtschlamm-Reaktoren (300) beschickt werden. Diskontinuierliches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Granulatschlamm (4D) ein spezifisches Schlammgewicht von mindestens 10 kg/m3 und eine Partikelgröße von über 1 mm (Durchmesser) aufweist. Vorrichtung (1000) zur Durchführung eines diskontinuierlichen Verfahrens zur Reinigung von Abwasser (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einem Belebtschlamm-Reaktor (300), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Filtrationseinrichtung(llO), vorzugsweise mittels Mikrofiltration und/oder Mikrosiebung zur Entnahme einer Feststofffraktion (2) aus dem Abwasser (1) vorgesehen ist, wobei die zumindest eine Filtrationseinrichtung (110) mit einer Einrichtung (100) zur Konditionierung der Feststofffraktion (2) in Verbindung ist, wobei die Einrichtung (100) zur Konditionierung der Feststofffraktion (2) dazu eingerichtet ist, Granulatschlamm (4D) zu erzeugen, und die Einrichtung (100) zur Konditionierung der Feststofffraktion (2) mit dem zumindest einem Belebtschlamm-Reaktor (300) verbunden ist. Vorrichtung (1000) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Konditionierung der Feststofffraktion zumindest einen Breeding-Reaktor (300) zur Herstellung von Granulatschlamm (4D) aufweist. Vorrichtung (1000) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (100) zur Konditionierung der Feststofffraktion (2) zumindest eine Einrichtung zur Konditionierung (120) und zumindest eine Einrichtung zur Aufkonzentration (130, 140) der Feststofffraktion (2) aufweist.
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