WO2001017917A1 - Verfahren zur behandlung von abwasser in einer biologischen kläranlage und dafür geeignete vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur behandlung von abwasser in einer biologischen kläranlage und dafür geeignete vorrichtung Download PDF

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Monica Hermans
Anja Brombach
Achim Ried
Birgit Peters
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Wedeco Umwelttechnologien Wasser Boden Luft GmbH
Messer Griesheim GmbH
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Wedeco Umwelttechnologien Wasser Boden Luft GmbH
Messer Griesheim GmbH
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating waste water in a biological sewage treatment plant, the waste water in a biological
  • Treatment stage is subjected to a bacterial metabolism, then wastewater is removed from sludge in a separation stage, fed to a thickening stage and at least some of the sludge from the separation stage or from the thickening stage is subjected to oxidative ozone treatment as return sludge and is at least partially returned to the biological treatment stage.
  • the invention relates to a device for treating waste water in a biological sewage treatment plant, with a biological reactor for receiving and biological treatment of waste water, with a separating device for separating purified waste water from sludge, with a thickening device for thickening sludge, with a Discharge for return sludge from the separation device or from the thickening device, and with an ozone treatment system, by means of which at least part of the return sludge is subjected to an oxidative ozone treatment and which has an entry device for an entry of ozone-containing gas into the return sludge.
  • Sewage treatment plants generate a large part of the biodegradable waste as so-called excess sludge (sewage sludge).
  • sewage sludge excess sludge
  • the storage and disposal of sewage sludge is complex and expensive.
  • the volume of sewage sludge can be reduced by bacterial degradation, the organic cells contained in sewage sludge often offer an unfavorable basis for bacterial metabolism, since they are enclosed by cell membranes and cell walls that are difficult to degrade. By destroying these cell walls, the rate of degradation can be increased, which can be brought about mechanically, chemically or by thermal decomposition.
  • EP-A1 645 347 from which a method and a device according to the type mentioned at the outset are known, relates to the reduction of the sewage sludge volume by partial ozone treatment of the return sludge (hereinafter referred to as "ozonation") with subsequent biodegradation of the digested sludge in a biological stage of a sewage treatment plant.
  • ozonation partial ozone treatment of the return sludge
  • the wastewater to be cleaned is subjected to a bacterial treatment in the aeration tank of a sewage treatment plant and then fed to a secondary clarifier.
  • the aqueous phase is separated in the secondary clarifier of sludge, a part of which is discharged as “excess sludge” and a part is returned to the activation tank as "return sludge".
  • a partial flow of the return sludge is treated with ozone.
  • this partial flow is pumped into an ozonation tank, A gassing device for ozone is provided on the bottom of the tank.
  • the treated ozone-containing liquid is returned to the aeration tank via a drain in the bottom of the tank.
  • EP-A1 645 347 proposes to reduce the pH of the return sludge to a value below 5 before the ozonation.
  • a supply of acid is provided in the known device in front of the ozonation tank.
  • the return sludge is subjected to a temperature treatment in the range between 50 ° C. and 100 ° C. before or after the ozone treatment.
  • a temperature treatment in the range between 50 ° C. and 100 ° C. before or after the ozone treatment.
  • the ozone treatment comprises a treatment phase in which the ozone-containing return sludge is exposed to an overpressure.
  • the ozone treatment involves the introduction of an ozone-containing gas into the return sludge to be treated.
  • the ozone-containing return sludge is exposed to overpressure.
  • the overpressure increases the pressure of the ozone in the gas phase above the return sludge to be treated. This leads to a higher absorption of the ozone in the return sludge and with it to a greater consumption of the ozone. This achieves a high degree of utilization for the ozone used.
  • a lowering of the pH value in the ozone-containing return sludge, as proposed in the generic method, is not necessary, but can be considered as an additional measure.
  • Temperature treatment in the context of ozonation is not necessary.
  • Another beneficial effect of the ozone treatment according to the invention is that the pressure treatment of the ozonated return sludge reduces the tendency to foam.
  • ozone-containing air or an ozone-oxygen mixture can be used as the ozone-containing gas.
  • An overpressure in the sense of this invention means a pressure above atmospheric pressure. All or part of the return sludge is fed to the ozone treatment.
  • the effect of the improved ozone depletion by the pressure treatment is more pronounced the higher the overpressure is set during the pressure treatment phase and the longer this phase lasts.
  • an overpressure between 0.3 and 10 bar, preferably between 0.5 and 2 bar, has proven to be favorable.
  • the time periods specified for the pressure treatment relate to the average throughput time of the return sludge to be treated.
  • the above-described effect on ozone depletion is low, especially in connection with short treatment phases. In order to generate and maintain a pressure above the upper limit mentioned, expensive equipment is required.
  • Ozone treatment under excess pressure causes a certain disinfection; the number of faecal germs is significantly reduced. Furthermore, little or no formation of filamentous bacteria was observed. In addition, there is an improvement in the sludge volume index and thus an additional saving in precipitants.
  • the return sludge or part of it is returned to the biological treatment stage.
  • This can be, for example, the complete mixture of sludge and the proportion of dissolved organic substances disrupted by ozone (so-called “COD fraction”) or only the proportion of dissolved organic substances disrupted by ozone, or a part thereof in each case
  • Part of the treated return sludge can also be disposed of as excess sludge.
  • a procedure has proven to be particularly favorable in which an ozone dose in the return sludge to be treated is in the range between 0.01 and 0.2 g per g of organic dry substance (OTS), preferably in the range between 0.03 and 0.08 g per g organic dry matter is adjusted.
  • OTS organic dry substance
  • the “organic dry substance (OTS)” refers to the mass of the return sludge treated with ozone before the ozone treatment (OTS according to DIN).
  • the ozone-containing return sludge is fed to a reaction vessel in which the excess pressure is maintained and in which the temperature is between 5 ° C. and 50 ° C.
  • the pressure treatment phase comprises at least a time period in which the return sludge to be treated is treated within the reaction container.
  • the internal volume of the reaction container determines the amount of the return sludge that can be accommodated therein and, in conjunction with the throughput, the treatment time in the reaction container. A large internal volume enables a long and therefore effective treatment of the return sludge and at the same time contributes to homogenization.
  • the reaction vessel is designed so that the required excess pressure can be generated and maintained therein. Several reaction vessels of this type can also be used.
  • the ozone treatment is carried out at ambient temperature, that is in the range of about 5 ° C to 50 C C; a special temperature treatment is not necessary.
  • the return sludge is fed back to the biological treatment stage discontinuously after the ozone treatment. This makes it possible to relieve the biological treatment stage.
  • the ozone-treated return sludge is retained at times when the biological treatment stage is busy and is returned in so-called "low-load times" when the biological treatment stage is under-utilized. Energy costs are saved during downtimes of the ozonation system.
  • the ozone-treated return sludge provides a suitable carbon source for the microorganisms involved in denitrification.
  • a further improvement results from the fact that a first partial stream of the return sludge is loaded with ozone, mixed with a second partial stream of the return sludge and exposed to the excess pressure.
  • This procedure is used particularly advantageously when loading the first partial flow by means of a so-called “injector”.
  • injectors work on the principle of a water jet pump.
  • the first partial flow serves as the motive volume flow, while the ozone-containing gas is introduced into the first partial flow via the suction flow.
  • the throughput for the motive volume flow - that is, for the first partial flow - is essentially determined by the design of the injector.
  • the suction volume flow - that is, the amount of the ozone-containing gas to be entered in the first partial flow - can be varied to a certain extent. In this way, given changing amounts of the return sludge to be treated, a predetermined ozone dosage for the entire return sludge to be treated can be achieved by varying the suction volume flow despite the relatively constant amount of the first partial flow.
  • the return sludge to be treated is preferably removed from a thickening device.
  • the thickening device is a thickener, a pre-thickener or another thickening container.
  • the return sludge removed there is characterized by a uniform and particularly high dry matter content. Due to the small fluctuations in the dry matter content, a more uniform ozone dose and thus a more stable mode of operation can be maintained than when de-ozonating the return sludge from the separation stage.
  • the return sludge or a part thereof is expediently returned to the biological treatment stage as a denitrification source after the ozone treatment.
  • the carbon-degrading bacteria use the nitrate present in the return sludge as an oxygen source, which produces gaseous nitrogen that escapes into the atmosphere.
  • the ozone treatment system comprises a pressure treatment room downstream of the entry device, in which the ozone-containing return sludge is exposed to an excess pressure.
  • the ozone treatment of the return sludge or a part thereof takes place in an ozone treatment system, into which the return sludge to be treated is introduced continuously or in batches.
  • the ozone treatment system comprises an introduction device for the introduction of an ozone-containing gas into the return sludge and a pressure treatment room in the ozone-containing one
  • the pressure treatment creates a higher gas pressure in the atmosphere above the return sludge, thereby increasing the pressure of the ozone contained therein. It leads to a higher absorption of the ozone in the return sludge and with it to a greater consumption of the ozone. This achieves a high degree of utilization for the ozone used.
  • Return sludge as proposed in the generic device, is not necessary, but can be considered as an additional measure.
  • the overpressure treatment of the ozonated return sludge leads to less foaming.
  • the pressure treatment chamber has a cavity suitable for receiving return sludge under excess pressure.
  • it can be a container or a line.
  • a “biological reactor” is understood to mean an open or closed container which is suitable for receiving and biological treatment of waste water and organic sludge.
  • the “separation device” is, for example, a secondary clarifier or a membrane, such as that used in waste water treatment using the so-called membrane bioiogy.
  • a pressure treatment room has proven to be favorable which comprises a reaction vessel which is designed for an internal overpressure in the range between 0.3 and 10 bar, preferably in the range between 0.5 and 2 bar.
  • the pressure treatment of the return sludge comprises at least a period in which the return sludge to be treated is treated within the reaction vessel.
  • the internal volume of the reaction container determines the amount of the return sludge that can be accommodated therein and, in conjunction with the throughput of return sludge, the mean treatment time in the reaction container.
  • a large internal volume enables a long and therefore effective treatment of the return sludge and contributes to homogenization.
  • the reaction vessel is designed so that the required excess pressure can be generated and maintained therein. Several reaction vessels of this type can also be used.
  • Booster pump and an injector includes.
  • the injector which is connected to an ozone source and to the booster pump, works on the principle of a water jet pump.
  • the drive volume flow required for this is formed by the return sludge to be treated, which is fed to the injector via the booster pump.
  • the suction volume flow is formed by the ozone-containing gas, which is drawn from the ozone source by the injector.
  • the pressure booster pump is thus arranged in the direction of flow of the return sludge in front of the injector; it creates a pre-pressure in the return sludge, which helps to compensate for the pressure drop in the injector.
  • a comminution device is provided in front of the feed device. The return sludge is partially broken down mechanically in the shredding device, thereby improving the effect of the ozone treatment.
  • a mixer is arranged downstream of the pressure treatment room.
  • the mixing process constantly creates new surface in the return sludge, which can react with the ozone still present.
  • the mixing process not only contributes to the homogenization of the return sludge, but also to a more effective ozone depletion.
  • a mixer in the form of a static mixer has proven particularly useful. In the case of a static mixer, the mixing process is effected by rigid internals. Movable mechanical parts are not required, so that the associated susceptibility to faults is largely avoided.
  • the mixing intensity is determined by the type and arrangement of the internals.
  • An ozone treatment system that has a degassing device has proven to be advantageous. Gases dissolved in the return sludge are removed in the degassing device. This is particularly advantageous if the gases have a disruptive effect in subsequent treatment steps, such as oxygen and ozone in denitrification.
  • Figure 1 is a flow chart for explaining a first embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a flow chart to explain another embodiment of the invention.
  • a sewage treatment plant 1 is shown schematically, as it is used for the microbial treatment of municipal and industrial wastewater.
  • the sewage treatment plant 1 is equipped with an ozonation plant, to which reference number 2 is assigned.
  • the direction and connection arrows of the Flow diagrams indicate the sewage and sludge path (type "A”: solid thin line) or the gas flow (type “B”: solid line).
  • the wastewater treatment plant 1 comprises an aeration tank 3 and a secondary settling tank 4.
  • the aeration tank 3 the biodegradable portion of the wastewater constituents of microorganisms is converted into harmless decomposition products.
  • the secondary clarifier 4 sludge is separated from the liquid phase. Part of the sludge is fed back to the activation tank 3 via the return sludge line 5.
  • a removal line 6 is provided, through which a part of the return sludge
  • Ozonation system 2 is supplied.
  • the volume of the return sludge supplied to the ozonation system 2 can be set between 5 and 50 m 3 per hour.
  • a feed pump 7 is provided for mechanically conveying the return sludge.
  • the return sludge passes through a comminution device 29 upstream of the feed pump 7.
  • the removal line 6 leads via a reactor 8 into a degassing container 9.
  • the degassing container 9 is connected to an outlet line 10, which is returned to the return sludge line 5 via a control valve 11 leads.
  • the ozone is introduced into the portion of the return sludge to be treated in the bypass to the removal line 6 and the discharge line 10.
  • a branch 12 is provided in the outlet line 10 in the area in front of the control valve 11, via which an adjustable partial flow of the return sludge via a feed line
  • booster pump 14 is fed to an injector 15. With the help of the injector 15, the ozone-oxygen mixture produced in the ozone generator 16 is drawn in and introduced into the partial flow.
  • the booster pump 14 With the help of the injector 15, the ozone-oxygen mixture produced in the ozone generator 16 is drawn in and introduced into the partial flow.
  • the injector 14 supplies the injector 15 with the drive volume flow required for this in the form of the partial flow.
  • the ozonized partial stream is returned to the discharge line 6 where it is mixed with the remaining return sludge and fed to the reactor 8.
  • Ozone generator 16 and degassing container 9 are connected to an oxygen source (not shown in FIG. 1).
  • an oxygen supply line 17 leads to the ozone generator 16 and a pressure build-up line 18 to the degassing tank 9.
  • the ozone-laden return sludge is subjected to a pressure treatment.
  • the internal volume of the reactor 9 is approximately 9 m 3 .
  • the inlet 18 for the return sludge is in the bottom region of the reactor 9 and the outlet 19 in the upper region.
  • the ozone-laden return sludge is also subjected to pressure treatment in the degassing container 9, the internal volume of which is approximately 5 m 3 .
  • the degassing container 9 contains an inner cylinder 21 which is open at the top and into which the feed line for the return sludge extends to near the bottom and via which the return sludge passes into the drain line 10.
  • an exhaust line 23 provided with a control valve 22 is provided, which opens into a residual ozone compressor 24.
  • the reactor 8 and degassing container 9 are designed to be completely closed.
  • the pressure build-up for the pressure treatment of the ozone-containing return sludge takes place, on the one hand, by introducing oxygen via the pressure build-up line 18 into the degassing tank 9 and, on the other hand, by supplying the return sludge to the ozonation system 2 by 0.8 bar (above atmospheric pressure).
  • the return sludge to be treated is fed to the ozonation system 2 via the feed pump 7.
  • the volume of the return sludge branched off via the removal line 6, which is set to an average of 20 m 3 per hour, contributes to the pressure build-up, so that during operation of the ozonation system 2 in the area of the reactor 8 and the degassing container 9, an overpressure of approx. 1 bar.
  • the ozone-oxygen mixture produced in the ozone generator 16 is sucked in with the aid of the injector 5, the booster pump 14 supplying the injector 15 with the necessary propellant flow. This is 40 m 3 per hour.
  • the ozone dose added to the back sludge is in the range of 0.08 g per g
  • the ozonized return sludge is mixed with the partial flow of the return sludge from the extraction line 6.
  • the ozone-laden return sludge reacts with the ozone at normal temperature (approx. 25 ° C.) under an excess pressure of approximately 1 bar.
  • the mean return time for the return sludge is about 30 minutes (based on the amount of the return sludge supplied via the discharge line 6) through the reactor 8.
  • the return sludge reaches the degassing tank 9, in which the ozone-laden return sludge can also react with ozone which has not yet been absorbed under an excess pressure of about 1 bar. Because of the internal volume of the degassing container 9 and the throughput for the return sludge, there is an average throughput time of approximately 15 minutes (based on the amount of the return sludge supplied via the removal line 6).
  • a degassing device is provided in the degassing container through which non-absorbed gas (in particular ozone) can escape.
  • the residual ozone still present in the escaping gas is converted to molecular oxygen in the residual ozone converter 24.
  • Cell disruption can lead to foam formation, but a comparatively low foam formation is observed.
  • 9 defoamers can be added to the return sludge in the degassing container, as is symbolized by the directional arrow 25.
  • a level control - which includes the inner cylinder 21 - regulates the outflow of the return sludge. While part of the return sludge flowing out of the degassing container 9 remains in the ozonation system 2 and is used again as the motive volume flow for the injector 15, it leaves the other part of the return sludge is sent to the ozonation plant 2 and is fed into the activation tank 3 of the sewage treatment plant 1 for further biodegradation.
  • the flow diagram additionally shows a thickener 30 in the removal line 6.
  • the sludge flows out of the secondary clarifier 4 into the thickener 30 and is thickened there with the removal of water. From the thickener 30, an overflow 31 leads into the return sludge line 5. A part of the thickened sludge is called
  • a static mixer 26 is provided instead of the degassing container 9 of the device according to the invention according to FIG.
  • the static mixer 26 is essentially a vertically oriented pipe which has fixed internals.
  • a commercially available static mixer for municipal sludge is used.
  • a level control is provided in the reactor 8, by means of which the outflow of the return sludge into the activation tank 2 is regulated.
  • the partial flow of the return sludge fed to the injector 15 via the booster pump 14 is branched off and adjusted in the reactor 8.
  • the reactor 8 is connected to the injector 15 via the feed line 13, which, like the discharge line 6, via which the ozone-laden return sludge is fed to the reactor 8, ends in the bottom region of the reactor 8.
  • a discharge line 27 opens for the partial flow of the return sludge, which is fed to the static mixer 26.
  • the reactor 8 is provided with an exhaust pipe 28, is drawn off via the exhaust gas from the reactor 8 and is fed to the drain line 27 in the area in front of the mixer 26.
  • the internal volume of the reactor 8 is approximately 5 m 3 .
  • the static mixer 26 can optionally also be bypassed.
  • a bypass line 27b is provided, into which a branch 28b of the exhaust line 28 may also open.
  • the return sludge removed from the thickener 30 is distinguished by a uniform and particularly high dry substance content. This makes it easy to maintain a uniform ozone dose per dry substance, which results in a more stable mode of operation.
  • the pressure build-up for the pressure treatment of the ozone-containing return sludge takes place, on the one hand, by introducing oxygen via the pressure build-up line 18 into the reactor 8 and, on the other hand, by supplying the return sludge to the ozonation system 2 by 1 bar (above atmospheric pressure).
  • the ozonation unit 2 is supplied with the return sludge to be treated via the feed pump 7.
  • the ozone-oxygen mixture produced in the ozone generator 16 is drawn in with the aid of the injector 15, the booster pump 14 supplying the injector 15 with the necessary propellant flow.
  • the partial flow of the return flow is loaded with ozone, the ozone dose supplied to the return sludge being in the range of 0.07 g per g dry matter (based on the mass of the total return sludge to be treated).
  • the ozonized partial flow of the return sludge is mixed with the remaining return sludge from the extraction line 6.
  • the ozone-laden back sludge reacts with the ozone under an overpressure of about 1.5 bar at normal temperature (about 25 ° C.). in the
  • Embodiment results in a medium for the back sludge Throughput time of approx. 1 hour (based on the amount of the return sludge supplied via the removal line 6) through the reactor 8.
  • the back sludge is fed to the denitrification area of the activated sludge tank 3 of the sewage treatment plant 1, where it is used as a denitrification source by the carbon-degrading bacteria using the nitrate present in the back sludge as an oxygen source under anaerobic conditions.

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Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einer biologischen Kläranlage wird das Abwasser in einer biologischen Behandlungsstufe einem bakteriellen Metabolismus unterzogen, anschliessend in einer Trennstufe-Flüssigphase von Schlamm abgezogen, einer Eindickstufe zugeführt, und mindestens ein Teil des Schlammes aus der Trennstufe oder aus der Eindickstufe als Rücklaufschlamm einer oxidativen Ozonbehandlung unterworfen und der biologischen Behandlungsstufe mindestens teilweise wieder zugeführt. Um hiervon ausgehend ein kostengünstiges Verfahren mit einem hohen Ausnutzungsgrad für das eingesetzte Ozon anzugeben, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Ozonbehandlung eine Behandlungsphase umfasst, in der ozonhaltiger Rücklaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird. Bei einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung ist ein biologischer Reaktor (3) zur Aufnahme und biologischen Behandlung von Abwasser vorgesehen, und eine Ozonbehandlungsanlage (2), mittels der Rückschlamm einer oxidativen Ozonbehanlung unterworfen wird, wobei eine Eintragvorrichtung (14; 15) für einen Eintrag von ozonhaltigem Gas in den Rücklaufschlamm vorgesehen ist, der ein Druckbehandlungsraum (8) nachgeordnet ist, in dem ozonhaltiger Rücklaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird.

Description

Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einer biologischen Kläranlage und dafür geeignete Vorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einer biologischen Kläranlage, wobei das Abwasser in einer biologischen
Behandlungsstufe einem bakteriellen Metabolismus unterzogen, anschließend in einer Trennstufe gereinigtes Abwasser von Schlamm abgezogen, einer Eindickstufe zugeführt und mindestens ein Teil des Schlammes aus der Trennstufe oder aus der Eiήdickstufe als Rücklaufschlamm einer oxidativen Ozonbehandlung unterworfen und der biologischen Behandlungsstufe mindestens teilweise wieder zugeführt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser in einer biologischen Kläranlage, mit einem biologischen Reaktor zur Aufnahme und biologischen Behandlung von Abwasser, mit einer Trennvorrichtung für eine Abtrennung von gereinigtem Abwasser von Schlamm, mit einer Eindickvorrichtung für die Eindickung von Schlamm, mit einer Ableitung für Rücklaufschlamm aus der Trennvorrichtung oder aus der Eindickvorrichtung, und mit einer Ozonbehandlungsanlage, mittels der mindestens ein Teil des Rückschlammes einer oxidativen Ozonbehandlung unterworfen wird und die eine Eintragvorrichtung für einen Eintrag von ozonhaltigem Gas in den Rücklaufschlamm aufweist.
Bei der mikrobiellen Abwasserbehandlung in kommunalen oder industriellen
Kläranlagen fällt ein großer Teil des biologisch abbaubaren Abfalls als sogenannter Überschussschlamm (Klärschlamm) an. Die Lagerung und Entsorgung von Klärschlamm ist aufwendig und teuer. Zwar kann das Volumen an Klärschlamm durch bakteriellen Abbau reduziert werden, jedoch bieten die in Klärschlämmen enthaltenen organischen Zellen häufig eine ungünstige Basis für den bakteriellen Metaboiismus, da sie von schwer abbaubaren Zellmembranen und Zellwänden umschlossen sind. Durch Zerstören dieser Zellwände kann die Abbaurate erhöht werden, was mechanisch, chemisch oder durch thermische Zersetzung herbeigeführt werden kann.
Die EP-A1 645 347, aus der ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt sind, betrifft die Reduzierung des Klärschlammvolumens durch partielle Ozon-Behandlung des Rücklaufschlamms (im folgenden als „Ozonung" bezeichnet) mit anschließendem biologischen Abbau des aufgeschlossenen Schlamms in einer biologischen Stufe einer Kläranlage. Das zu reinigende Abwasser wird im Belebungsbecken einer Kläranlage einer bakteriellen Behandlung unterzogen und anschließend einem Nachklärbecken zugeführt. Im Nachklärbecken erfolgt eine Trennung der wässrigen Phase von Schlamm, wovon ein Teil als „Überschussschlamm" abgeführt und ein Teil dem Belebungsbecken als „Rücklaufschlamm" wieder zugeführt wird. Im Bypass zur Rücklaufschlamm-Leitung wird ein Teilstrom des Rücklaufschlamms mit Ozon behandelt. Hierzu wird dieser Teilstrom in einen Ozonungs-Behälter gepumpt, an dessen Boden eine Begasungsvorrichtung für Ozon vorgesehen ist. Über einen Ablauf im Behälterboden wird die so behandelte, ozonhaltige Flüssigkeit in das Belebungsbecken zurückgeleitet. Verbrauchtes Ozon verlässt den Ozonungs- Behälter über eine Abgasleitung.
Durch die Ozonung des Rücklaufschlamms werden organische Zellen aufgeschlossen und das Zellinnere tritt aus. Dies führt zu einer Erhöhung des
Nährstoffangebots in der biologischen Stufe, in der die zusätzlichen Nährstoffe aus dem Zellaufschluss mit abgebaut werden. Das Volumen des Überschussschlamms lässt sich so reduzieren. Bei diesem Verfahren stellt die Ozonversorgung einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Zur Verbesserung des Ausnutzungsgrades des eingesetzten Ozons wird in der EP-A1 645 347 vorgeschlagen, den pH-Wert des Rücklaufschlamms vor der Ozonung auf einen Wert unterhalb von 5 abzusenken. Zu diesem Zweck ist bei der bekannten Vorrichtung vor dem Ozonungs-Behälter eine Zufuhr von Säure vorgesehen. Diese Maßnahme kann zwar zu einer stärkeren Aufzehrung des Ozons führen, sie erfordert jedoch eine spätere Neutralisierung des Rücklaufschlamms auf den für die Mikroorganismen im Belebungsbecken optimalen pH-Wert, der üblicherweise im Bereich von 7 liegt. Darüberhinaus wird der Rücklaufschlamm bei dem bekannten Verfahren vor oder nach der Ozonbehandlung einer Temperaturbehandlung im Bereich zwischen 50°C und 100 °C unterworfen. Durch diese zusätzlichen Maßnamen, die mehrfach hintereinander ausgeführt werden, wird das bekannte Verfahren aufwendig. Es hat sich außerdem gezeigt, dass durch die Ozonung eine verstärkte Schaumbildung auftreten kann, die als nachteilig angesehen wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren für die Reduzierung des Volumens von organischen Schlämmen durch Ozonung mit einem hohen Ausnutzungsgrad für das eingesetzte Ozon anzugeben sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ozonbehandlung eine .Behandlungsphase umfasst, in der ozonhaltiger Rücklaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird.
Die Ozonbehandlung beinhaltet ein Eintragen eines ozonhaltigen Gases in den zu behandelnden Rücklaufschlamm. In der Druck-Behandlungsphase wird der ozonhaltiger Rücklaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt. Durch den Überdruck wird der Druck des Ozons in der Gasphase über dem zu behandelnden Rücklaufschlamm erhöht. Dies führt zu einer höheren Absorption des Ozons im Rücklaufschlamm und damit einhergehend zu eine stärkeren Aufzehrung des Ozons. Damit wird ein hoher Ausnutzungsgrad für das eingesetzte Ozon erreicht. Eine Absenkung des pH-Wertes im ozonhaltigen Rücklaufschlamm, wie beim gattungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, ist nicht erforderlich, kann aber als zusätzliche Maßnahme in Betracht gezogen werden. Eine Temperaturbehandlung im Rahmen der Ozonung ist nicht erforderlich.
Eine weitere günstige Wirkung der erfindungsgemäßen Ozon-Behandlung besteht darin, die Überdruck-Behandlung des ozonierten Rücklaufschlammes die Neigung zur Schaumbildung verringert.
Für die Ozonbehandlung des Rücklaufschlamms ist als ozonhaltiges Gas beispielsweise ozonhaltige Luft oder ein Ozon-Sauerstoffgemisch einsetzbar. Unter einem Überdruck im Sinne dieser Erfindung wird ein Druck oberhalb von Atmosphärendruck verstanden. Der gesamte Rücklaufschlamm oder ein Teil davon wird der Ozonbehandlung zugeführt.
Der Effekt der verbesserten Ozon-Aufzehrung durch die Druckbehandlung ist umso ausgeprägter, je höher der Überdruck während der Druck-Behandlungsphase eingestellt wird und je länger diese Phase andauert. Bei Behandlungsphasen mit einer Dauer zwischen 0,5 Minuten und 2 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 Minuten und 1 Stunde, hat sich ein Überdruck zwischen 0,3 und 10 bar, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 bar, als günstig erwiesen. Bei einem kontinuierlichen Verfahren beziehen sich die angegebenen Zeitspannen für die Druckbehandlung auf die mittlere Durchlaufzeit des zu behandelnden Rücklaufschlammes. Bei einem Überdruck unterhalb der angegebenen Druckuntergrenze ist oben beschriebene Wirkung auf die Ozon-Aufzehrung - insbesondere in Verbindung mit kurzen Behandlungsphasen - gering. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Druckes oberhalb der genannten Obergrenze sind aufwendige Apparaturen erforderlich.
Die Ozonbehandlung unter Überdruck bewirkt ein gewisse Desinfektion; die Anzahl an Fäkalkeimen wird deutlich reduziert. Darüberhinaus wurde keine oder eine geringe Bildung von Fadenbakterien beobachtet. Und darüberhinaus ergibt sich eine Verbesserung des Schlammvolumenindex und damit eine zusätzliche Einsparung von Fällungsmitteln.
Der Rücklaufschlamm oder ein Teil davon wird der biologischen Behandlungsstufe wieder zugeführt. Dabei kann es sich beispielsweise um das vollständige Gemisch aus Schlamm und dem durch Ozon aufgeschlossenen Anteil an gelösten organischen Substanzen (sogenannter „CSB-Anteil") oder nur um den durch Ozon aufgeschlossenen Anteil an gelösten organischen Substanzen handeln, oder jeweils einen Teil davon. Ein Teil des behandelten Rücklaufschlamms kann auch Überschussschiamm entsorgt werden.
Als besonders günstig hat sich eine Verfahrensweise erwiesen, bei der im zu behandelnden Rücklaufschlamm eine Ozondosis im Bereich zwischen 0,01 und 0,2 g pro g organischer Trockensubstanz (OTS), vorzugsweise im Bereich zwischen 0,03 und 0,08 g pro g organischer Trockensubstanz eingestellt wird. Die „organische Trockensubstanz (OTS)" bezieht sich auf die Masse des mit Ozon behandelten Rücklaufschlammes vor der Ozonbehandlung (OTS nach DIN). Erst die verbesserte Ozon-Absorption beim erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt diese - vergleichsweise hohe - Ozon-Dosis im Rücklaufschlamm, ohne dass der Ausnutzungsgrad des Ozons dadurch wesentlich beeinträchtigt wird. Durch die höhere Ozondosis im Rücklaufschlamm wird wiederum der Zellaufschluss effektiver, so dass sich bereits nach einem einzigen Zyklus der Ozonbehandlung eine deutliche Schlamm-Reduktion ergibt.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der ozonhaltige Rücklaufschlamm einem Reaktionsbehälter zugeführt, in dem der Überdruck aufrechterhalten wird, und in dem die Temperatur zwischen 5 °C und 50 °C liegt. Die Druck- Behandlungsphase umfasst dabei mindestens einen Zeitabschnitt in dem der zu behandelnde Rücklaufschlamm innerhalb des Reaktionsbehälters behandelt wird. Das Innenvolumen des Reaktionsbehälters bestimmt die Menge des darin aufnehmbaren Rücklaufschlamms und damit in Verbindung mit dem Durchsatz die Behandlungsdauer in dem Reaktionsbehälter. Ein großes innenvolumen ermöglicht eine lange und damit effektive Behandlung des Rücklaufschlamms und trägt gleichzeitig zu einer Homogenisierung bei. Der Reaktionsbehälter ist so ausgelegt, dass darin der erforderliche Überdruck erzeugt und aufrechterhalten werden kann. Es können auch mehrere derartige Reaktionsbehälter eingesetzt werden. Üblicherweise erfolgt die Ozon-Behandlung bei Umgebungstemperatur, also im Bereich von etwa 5 °C bis 50 CC; eine besondere Temperaturbehandlung ist nicht erforderlich.
Bei einer besonders günstigen Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Rücklaufschlamm der biologischen Behandlungsstufe nach der Ozonbehandlung diskontinuierlich wieder zugeführt. Dadurch ist es möglich, die biologische Behandlungsstufe zu entlasten. Der ozonbehandelte Rücklaufschlamm wird in Zeiten, in denen die biologischen Behandlungsstufe ausgelastet ist, zurückgehalten und in sogenannten „Schwachlastzeiten", in denen die biologische Behandlungsstufe nicht ausgelastet ist, zurückgeführt. In Stillstandzeiten der Ozonungsanlage werden Energiekosten eingespart. Darüberhinaus stellt der ozonbehandelte Rücklaufschlamm eine geeignete Kohlenstoffquelle für die Mikroorganismen bei der Denitrifikation dar.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich dadurch, dass ein erster Teilstrom des Rücklaufschlamms mit Ozon beladen, mit einem zweiten Teilstrom des Rücklaufschlamms gemischt und dem Überdruck ausgesetzt wird. Diese Verfahrensweise wird besonders vorteilhaft bei einer Beladung des ersten Teilstromes mittels eines sogenannten „Injektors" angewandt. Derartige Injektoren arbeiten nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe. Der erste Teilstrom dient dabei als Treibvolumenstrom, während über den Saugstrom das ozonhaltige Gas in den ersten Teilstrom eingetragen wird. Bei derartigen Injektoren ist der Durchsatz für den Treibvolumenstrom - also für den ersten Teilstrom - durch die Bauart des Injektors im wesentlichen festgelegt. Allerdings kann der Saugvolumenstrom - also die in den ersten Teilstrom einzutragende Menge des ozonhaltigen Gases - in gewissem Rahmen variiert werden. Auf diese Weise kann bei sich ändernden Mengen des zu behandelnden Rücklaufschlammes trotz relativ konstanter Menge des ersten Teilstromes durch Variation des Saugvolumenstromes eine vorgegebene Ozon-Dosierung für den gesamten zu behandelnden Rücklaufschlammes erreicht werden.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, den Rücklaufschlamm vor der Ozonbehandlung einer Zerkleinerungseinrichtung zuzuführen. In der Zerkleinerungseinrichtung wird der Rücklaufschlamm teilweise mechanisch aufgeschlossen und dadurch die Wirkung der Ozonbehandlung während der Überdruck-Behandlungsphase verbessert.
Bevorzugt wird der zu behandelnde Rücklaufschlamm aus einer Eindickvorrichtung entnommen. Bei der Eindickvorrichtung handelt es sich um einen Eindicker, einen Voreindicker oder um ein anderes Eindickbehältnis. Der dort entnommene Rücklaufschlamm zeichnet sich durch einen gleichmäßigen und besonders hohen Trockensubstanzgehalt aus. Aufgrund der geringen Schwankungen des Trockensubstanzgehalts lässt sich eine gleichmäßigere Ozondosis und damit eine stabilere Betriebsweise einhalten als bei de Ozonung des Rücklaufschlamms aus der Trennstufe.
Zweckmäßigerweise wird der Rücklaufschlamm oder ein Teil davon nach der Ozonbehandlung der biologischen Behandlungsstufe als Denitrifikationsquelle wieder zugeführt. Die kohlenstoffabbauenden Bakterien nutzen dabei unter anaeroben Bedingungen das im Rücklaufschlamm vorhandene Nitrat als Sauerstoffquelle, wobei gasförmiger Stickstoff entsteht, die in die Atmosphäre entweicht. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ozonbehandlungsanlage einen der Eintragvorrichtung nachgeordneten Druckbehandlungsraum umfasst, in dem ozonhaltiger Rücklaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird.
Die Ozonbehandlung des Rücklaufschlamms oder eines Teils davon erfolgt in einer Ozonbehandlungsanlage, in die der zu behandelnde Rücklaufschlamm kontinuierlich oder chargenweise eingebracht wird. Die Ozonbehandlungsanlage umfasst eine Eintragvorrichtung zum Eintrag eines ozonhaltigen Gases in den Rücklaufschlamm und einen Druckbehandlungsraum, in dem ozonhaltiger
Rücklaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird. Die Überdruckbehandlung erfolgt nach dem Eintrag des ozonhaltigen Gases, so dass dementsprechend der Druckbehandiungsraum - in Fließrichtung des Rücklaufschlammes gesehen - hinter der Eintragvorrichtung liegt.
Durch die Druckbehandlung wird ein höherer Gasdruck in der Atmosphäre oberhalb des Rücklaufschlammes erzeugt und dadurch der Druck des darin enthaltenen Ozons vergrößert. Sie führt zu einer höheren Absorption des Ozons im Rücklaufschlamm und damit einhergehend zu einer stärkeren Aufzehrung des Ozons. Dadurch wird ein hoher Ausnutzungsgrad für das eingesetzte Ozon erreicht. Eine Zufuhr von Säure zur Absenkung des pH-Wertes im ozonhaltigen
Rücklaufschlamm, wie bei der gattungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, ist nicht erforderlich, kann aber als zusätzliche Maßnahme in Betracht gezogen werden. Darüberhinaus führt die Überdruck-Behandlung des ozonierten Rücklaufschlammes zu einer geringeren Schaumbildung.
Der Druckbehandlungsraum weist einen zur Aufnahme von Rücklaufschlamm unter Überdruck geeigneten Hohlraum auf. Es kann sich beispielsweise um einen Behälter oder um eine Leitung handeln. Unter einem „biologischen Reaktor" wird ein offener oder abgeschlossener Behälter verstanden, der zur Aufnahme und biologischen Behandlung von Abwasser und organischer Schlämme geeignet ist. Bei der „Trennvorrichtung" handelt es sich beispielsweise um ein Nachklärbecken oder um eine Membran, wie sie bei der Abwasseraufbereitung unter Einsatz der sogenannten Membranbioiogie eingesetzt wird. Hinsichtlich der Begriffsdefinitionen für „ozonhaltiges Gas", „Überdruck", und „Rücklaufschlamm" wird auf die Erläuterungen in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Im Hinblick auf eine effektive Absorption von Ozon hat sich ein Druckbehandlungsraum als günstig erwiesen, der einen Reaktionsbehälter umfasst, der für einen Innen-Überdruck im Bereich zwischen 0,3 und 10 bar, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 bar ausgelegt ist. Die Druckbehandlung des Rücklaufschlamms umfasst dabei mindestens einen Zeitabschnitt in dem der zu behandelnde Rücklaufschlamm innerhalb des Reaktionsbehälters behandelt wird. Das Innenvolumen des Reaktionsbehälters bestimmt die Menge des darin aufnehmbaren Rücklaufschlamms und damit in Verbindung mit dem Durchsatz an Rücklaufschlamm die mittlere Behandlungsdauer im Reaktionsbehälter. Ein großes Innenvolumen ermöglicht eine lange und damit effektive Behandlung des Rücklaufschlamms und trägt zu einer Homogenisierung bei. Der Reaktionsbehälter ist so ausgelegt, dass darin der erforderliche Überdruck erzeugt und aufrechterhalten werden kann. Es können auch mehrere derartige Reaktionsbehälter eingesetzt werden.
Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Druckes oberhalb der genannten Obergrenze sind aufwendige Apparaturen erforderlich.
Besonders bewährt hat sich eine Eintragvorrichtung, die eine
Druckerhöhungspumpe und einen Injektor umfasst. Der Injektor, der mit einer Ozonquelle und mit der Druckerhöhungspumpe verbunden ist, arbeitet nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe. Der dafür erforderliche Treibvolumenstrom wird von dem zu behandelnden Rücklaufschiamm gebildet, der dem Injektor über die Druckerhöhungspumpe zugeführt wird. Der Saugvolumenstrom wird vom ozonhaltigen Gas gebildet, das von der Ozonquelle stammend vom Injektor angesaugt wird. Die Druckerhöhungspumpe ist somit in Fließrichtung des Rücklaufschlamms gesehen vor dem Injektor angeordnet; sie erzeugt einen Vordruck im Rücklaufschlamm, der zur Kompensation des Druckabfalls im Injektor beiträgt. Vorteilhafterweise ist - in Fließrichtung des Rücklaufschlammes gesehen - vor der Eintragvorrichtung eine Zerkleinerungseinrichtung vorgesehen. In der Zerkleinerungseinrichtung wird der Rücklaufschlamm teilweise mechanisch aufgeschlossen und dadurch die Wirkung der Ozonbehandlung verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist dem Druckbehandlungsraum ein Mischer nachgeordnet. Durch den Mischvorgang wird ständig neue Oberfläche im Rücklaufschlamm erzeugt, die mit dem noch vorhandenen Ozon reagieren kann. Dadurch trägt der Mischvorgang nicht nur zur Homogenisierung des Rücklaufschlamms bei, sondern auch zu einer effektiveren Ozon-Aufzehrung. Besonders bewährt hat sich dabei ein Mischer in Form eines statischen Mischers. Bei einem statischen Mischer wird der Mischvorgang durch starre Einbauten bewirkt. Bewegliche mechanische Teile sind nicht erforderlich, so dass eine damit einhergehende Störanfälligkeit weitgehend vermieden werden. Über die Art und Anordnung der Einbauten wird die Mischintensität bestimmt.
Als vorteilhaft hat sich eine Ozonbehandlungsanlage erwiesen, die eine Entgasungseinrichtung aufweist. In der Entgasungseinrichtung werden im Rücklaufschlamm gelöste Gase entfernt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Gase bei nachfolgenden Behandlungsschritten störend wirken, wie beispielsweise Sauerstoff und Ozon bei der Denitrifikation.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Patentzeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen
Figur 1 ein Fließdiagramm zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
Figur 2 ein Fließdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Im Fließdiagramm gemäß Figur 1 ist schematisch eine Kläranlage 1 dargestellt, wie sie zur mikrobiellen Behandlung kommunaler und industrieller Abwässer eingesetzt wird. Die Kläranlage 1 ist mit einer Ozonungsanlage ausgestattet, der insgesamt die Bezugsziffer 2 zugeordnet ist. Die Richtungs- und Verbindungspfeile des Fließdiagramms kennzeichnen den Abwasser- und Schlammweg (Typ „A": durchgezogene dünne Linie) bzw. die Gasführung (Typ „B": durchgezogene fette Linie).
Die Kläranlage 1 umfasst ein Belebungsbecken 3 und ein Nachklärbecken 4. Im Belebungsbecken 3 wird der biologisch abbaubare Anteil der Abwasserinhaltsstoffe von Mikroorganismen zu unschädlichen Abbauprodukten umgesetzt. Im Nachklärbecken 4 wird Schlamm von der flüssigen Phase abgetrennt. Ein Teil des Schlammes wird dem Belebungsbecken 3 über die Rücklaufschlamm-Leitung 5 wieder zugeführt. Als Bypass zur Rücklaufschlamm-Leitung 5 ist eine Entnahmeleitung 6 vorgesehen, über die ein Teil des Rücklaufschlamms der
Ozonungsanlage 2 zugeführt wird. Das der Ozonungsanlage 2 zugeführte Volumen des Rücklaufschlamms kann zwischen 5 und 50 m3 pro Stunde eingestellt werden. Zur mechanischen Förderung des Rücklaufschlamms ist eine Zulaufpumpe 7 vorgesehen. Vor der Zulaufpumpe 7 durchläuft der Rücklaufschlamm eine Zerkleinerungseinrichtung 29. Die Entnahme-Leitung 6 führt über einen Reaktor 8 in einen Entgasungsbehälter 9. Der Entgasungsbehälter 9 ist mit einer Ablauf- Leitung 10 verbunden, die über ein Regelventil 11 wieder in die Rücklaufschlamm- Leitung 5 führt.
Der Ozoneintrag in den zu behandelnden Anteil des Rücklaufschlamms erfolgt im Bypass zu Entnahmeleitung 6 und Ablauf-Leitung 10. Hierzu ist in der Ablauf- Leitung 10 im Bereich vor dem Regelventil 11 eine Abzweigung 12 vorgesehen, über die ein einstellbarer Teilstrom des Rücklaufschlamms über eine Zufuhrleitung
13 und eine Druckerhöhungspumpe 14 einem Injektor 15 zugeführt wird. Mit Hilfe des Injektors 15 wird das im Ozonerzeuger 16 hergestellte Ozon-Sauerstoff- Gemisch angesaugt und in den Teilstrom eingetragen. Die Druckerhöhungspumpe
14 liefert dem Injektor 15 den hierfür notwendigen Treibvolumenstrom in Form des Teilstromes. Vom Injektor 15 gelangt der ozonisierte Teilstrom wieder in die Entnahme-Leitung 6 wo er mit dem restlichen Rücklaufschlamm gemischt und dem Reaktor 8 zugeführt wird. Ozonerzeuger 16 und Entgasungsbehälter 9 sind mit einer (in Figur 1 nicht dargestellten) Sauerstoffquelle verbunden. Von dort führt eine Sauerstoff-Versorgungsleitung 17 zum Ozonerzeuger 16 und eine Druckaufbauleitung 18 zum Entgasungsbehälter 9. Im Reaktor 8 wird der ozonbeladene Rücklaufschlamm einer Druckbehandlung unterworfen. Das Innenvolumen des Reaktors 9 beträgt etwa 9 m3. Der Einlauf 18 für den Rücklaufschlamm liegt im Bodenbereich des Reaktors 9 und der Ablauf 19 im oberen Bereich.
Auch im Entgasungsbehälter 9, dessen Innenvolumen etwa 5 m3 beträgt, erfährt der ozonbeladene Rücklaufschlamm eine Druckbehandlung. Der Entgasungsbehälter 9 enthält einen nach oben offenen Innenzylinder 21 , in den die Zufuhrleitung für der Rücklaufschlamm bis in Bodennähe hineinragt und über dessen Überlauf der Rücklaufschlamm in die Ablauf-Leitung 10 gelangt. Im oberen Bereich des Entgasungsbehälters 9 ist eine mit einem Regelventil 22 versehene Abgasleitung 23 vorgesehen, die in einen Restozonvemichter 24 mündet. Abgesehen von den erwähnten Zu- und Ableitungen sind Reaktor 8 und Entgasungsbehäiter 9 vollständig geschlossen ausgebildet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispieles und dem Fließdiagramm gemäß Figur 1 näher erläutert:
Der Druckaufbau für die Druckbehandlung des ozonhaltigen Rücklaufschlamms erfolgt einerseits durch Einleitung von Sauerstoff über die Druckaufbauleitung 18 in den Entgasungsbehälter 9 und andererseits über die Zufuhr des Rücklaufschlamms zur Ozonungsanlage 2. Durch die Einleitung von Sauerstoff in den Entgasungsbehälter 9 stellt sich in der Ozonungsanlage 2 ein Überdruck um 0,8 bar (oberhalb Atmosphärendruck) ein. Außerdem wird der Ozonungsanlage 2 über die Zulaufpumpe 7 der zu behandelnde Rücklaufschlamm zugeführt. Das Volumen des über die Entnahme-Leitung 6 abgezweigten Rücklaufschlamms, das im Mittel auf 20 m3 pro Stunde eingestellt wird, trägt zum Druckaufbau bei, so dass sich während des Betriebes der Ozonungsanlage 2 im Bereich des Reaktors 8 und des Entgasungsbehälters 9 ein Überdruck von ca. 1 bar einstellt.
Das im Ozonerzeuger 16 hergestellte Ozon-Sauerstoff-Gemisch wird mit Hilfe des Injektors 5 angesaugt, wobei die Druckerhöhungspumpe 14 dem Injektor 15 den notwendigen Treibvolumenstrom liefert. Dieser beträgt 40 m3 pro Stunde. Die dem Rückiaufschlamm zugeführte Ozondosis liegt im Bereich von 0,08 g pro g
Trockenmasse des zu behandelnden Rücklaufschlammes. Nach dem Injektor 15 wird der ozonisierte Rücklaufschlamm mit dem Teilstrom des Rücklaufschlamms aus der Entnahmeleitung 6 vermischt. Im nachgeschalteten Reaktor 8 reagiert der ozonbeladene Rücklaufschlamm bei Normaltemperatur (ca. 25 °C) unter einem Überdruck von etwa 1 bar mit dem Ozon. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich für den Rücklaufschlamm eine mittlere Durchlaufzeit von etwa 30 Minuten (bezogen auf die Menge des über die Entnahmeieitung 6 zugeführten Rücklaufschlamms) durch den Reaktor 8.
Von dort gelangt der Rücklaufschlamm in den Entgasungsbehälter 9, in dem der ozonbeladene Rücklaufschlamm ebenfalls unter einem Überdruck von etwa 1 bar mit noch nicht absorbiertem Ozon reagieren kann. Aufgrund des Innenvolumens des Entgasungsbehälters 9 und dem Durchsatz für den Rücklaufschlamm ergibt sich eine mittlere Durchlaufzeit von etwa 15 Minuten (bezogen auf die Menge des über die Entnahmeleitung 6 zugeführten Rücklaufschlamms).
Aufgrund des Überdruckes im Reaktor 8 und im Entgasungsbehälter 9 wird das Ozon im Rückiaufschlamm deutlich besser gelöst als bei Normaldruck und dadurch nahezu vollständig aufgezehrt. Dadurch ergibt sich eine desinfizierende Wirkung, so dass die Anzahl an Fäkalkeimen im Rücklaufschlamm deutlich reduziert und keine Bildung von Fadenbakterien beobachtet wird.
Aus Sicherheitsgründen ist im Entgasungsbehälter eine Entgasungsvorrichtung vorgesehen, über die nicht absorbiertes Gas (insbesondere Ozon) entweichen kann. Das in dem entweichenden Gas noch vorhandene Restozon wird im Restozonvemichter 24 zu molekularem Sauerstoff umgewandelt. Durch den Zellaufschluss kann es zu Schaumbildung kommen, jedoch wird eine vergleichsweise geringe Schaumbildung beobachtet. Je nach Bedarf kann dem Rücklaufschlamm im Entgasungsbehälter 9 Entschäumer zudosiert werden, wie dies durch den Richtungspfeil 25 symbolisiert ist.
Im Entgasungsbehälter 9 regelt eine Füllstandsregelung - die den Innenzylinder 21 umfasst - den Ablauf des Rückiaufschlamms. Während ein Teil des aus dem Entgasungsbehälter 9 ablaufenden Rücklaufschlamms in der Ozonungsanlage 2 verbleibt und erneut als Treibvolumenstrom für den Injektor 15 genutzt wird, veriässt der andere Teil des Rücklaufschlamms die Ozonungsanlage 2 und wird zum weiteren biologischen Abbau in das Belebungsbecken 3 der Kläranlage 1 geleitet.
Sofern im Fließdiagramm von Figur 2 die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 verwendet sind, so sind damit die gleichen oder äquivalente Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezeichnet, wie sie anhand Figur 1 für die identischen Bezugsziffern bereits erläutert sind.
Das Fließdiagramm zeigt zusätzlich einen Eindicker 30 in der Entnahmeleitung 6. In den Eindicker 30 fließt der Schlamm aus dem Nachklärbecken 4 ab und wird dort unter Entzug von Wasser eingedickt. Vom Eindicker 30 führt ein Überlauf 31 in die Rücklaufschlamm-Leitung 5. Ein Teil des eingedickten Schlamms wird als
Rücklaufschlamm über die Entnahmeleitung 6 der Ozonbehandlung zugeführt, und ein Teil wird über den Ablauf 32 als Überschussschlamm abgezogen.
Weiterhin ist bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform anstelle des Entgasungsbehälters 9 der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 ein statischer Mischer 26 vorgesehen. Bei dem statischen Mischer 26 handelt es sich im wesentlichen um ein vertikal orientiertes Rohr, das feste Einbauten aufweist. Im Ausführungsbeispiel wird ein handelsüblicher statischer Mischer für kommunalen Schlamm eingesetzt.
Im Reaktor 8 ist bei dieser Ausführungsform eine Füllstandsregelung vorgesehen, mittels der der Ablauf des Rücklaufschlamms in das Belebungsbecken 2 geregelt wird. Hierbei wird der über die Druckerhöhungspumpe 14 dem Injektor 15 zugeführte Teilstrom des Rücklaufschlamms im Reaktor 8 abgezweigt und eingestellt. Der Reaktor 8 ist mit dem Injektor 15 über die Zufuhrleitung 13 verbunden, die ebenso wie die Entnahmeleitung 6, über die dem Reaktor 8 der ozonbeladene Rücklaufschlamm zugeführt wird, im Bodenbereich des Reaktors 8 endet. Im oberen Bereich des Reaktors 8 mündet eine Ablaufleitung 27 für den Teilstrom des Rücklaufschlamms, der dem statischen Mischer 26 zugeführt wird. Weiterhin ist der Reaktor 8 mit einem Abgasstutzen 28 versehen, über das Abgas aus dem Reaktor 8 abgezogen und der Abiaufleitung 27 im Bereich vor dem Mischer 26 zugeführt wird. Das Innenvolumen des Reaktors 8 beträgt etwa 5 m3. Wahlweise kann der statische Mischer 26 auch umfahren werden. Zu diesem Zweck ist eine Bypassleitung 27b vorgesehen, in die gegebenenfalls auch eine Abzweigung 28b der Abgasleitung 28 mündet.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles und dem Fließdiagramm gemäß Figur 2 näher erläutert:
Der aus dem Eindicker 30 entnommene Rücklaufschlamm zeichnet sich durch einen gleichmäßigen und besonders hohen Trockensubstanzgehalt aus. Dadurch lässt sich auf einfache Art und Weise eine gleichmäßige Ozondosis pro Trockensubstanz einhalten, wodurch sich eine stabilere Betriebsweise ergibt.
Der Druckaufbau für die Druckbehandlung des ozonhaltigen Rücklaufschlamms erfolgt einerseits durch Einleitung von Sauerstoff über die Druckaufbauleitung 18 in den Reaktor 8 und andererseits über die Zufuhr des Rücklaufschlamms zur Ozonungsanlage 2. Durch die Einleitung von Sauerstoff in den Reaktor 8 stellt sich in der Ozonungsanlage 2 ein Überdruck um 1 bar (oberhalb Atmosphärendruck) ein. Außerdem wird der Ozonungsaniage 2 über die Zulaufpumpe 7 der zu behandelnde Rücklaufschlamm zugeführt. Das Volumen des über die Entnahme- Leitung 6 abgezweigten Rücklaufschlamms, das im Mittel auf 5 m3 pro Stunde eingestellt wird, trägt zum Druckaufbau bei, so dass sich während des Betriebes der Ozonungsanlage 2 in der Gasphase des Reaktors 8 ein Überdruck von ca. 1,5 bar einstellt.
Das im Ozonerzeuger 16 hergestellte Ozon-Sauerstoff-Gemisch wird mit Hilfe des Injektors 15 angesaugt, wobei die Druckerhöhungspumpe 14 dem Injektor 15 den notwendigen Treibvolumenstrom liefert. Dabei wird der Teilstrom des Rücklaufstromes mit Ozon beladen, wobei die dem Rücklaufschlamm zugeführte Ozondosis im Bereich von 0,07 g pro g Trockenmasse (bezogen auf die Masse des gesamten zu behandelten Rücklaufschlammes ) liegt. Nach dem Injektor 15 wird der ozonisierte Teilstrom des Rückiaufschlamm mit dem restlichen Rücklaufschlamms aus der Entnahmeleitung 6 vermischt. Im nachgeschalteten Reaktor 8 reagiert der ozonbeladene Rückiaufschlamm unter einem Überdruck von etwa 1 ,5 bar bei Normaltemperatur (ca. 25 °C) mit dem Ozon. Im
Ausführungsbeispiel ergibt sich für den Rückiaufschlamm eine mittlere Durchlaufzeit von ca. 1 Stunde (bezogen auf die Menge des über die Entnahmeleitung 6 zugeführten Rücklaufschlamms) durch den Reaktor 8.
Von dort gelangt über die Ablaufleitung 26 ein Teil des Rücklaufschlamms in den statischen Mischer 26. Durch den Mischvorgang im statischen Mischer 26 wird fortlaufend neue Oberfläche des Rücklaufschlamms erzeugt, mit der das noch vorhandene Ozon abreagieren kann. Aufgrund dieses Effektes und wegen des Überdruckes im Reaktor 8 wird das Ozon im Rückiaufschlamm nahezu vollständig aufgezehrt. Eine zusätzliche Entgasungsvorrichtung ist hierbei nicht unbedingt erforderlich. Durch den Zellaufschluss kann es zu Schaumbildung kommen, die jedoch infolge der Druckbehandlung vergleichsweise gering ist. Je nach Bedarf kann dem Rückiaufschlamm im Mischer 26 Entschäumer zudosiert werden.
Nach dem Verlassen des Entschäumers 26 wird der Rückiaufschlamm dem Denitrifikationsbereich des Belebungsbeckens 3 der Kläranlage 1 zugeführt, wo er als Denitrifikationsquelle genutzt wird, indem die kohlenstoffabbauenden Bakterien unter anaeroben Bedingungen das im Rückiaufschlamm vorhandene Nitrat als Sauerstoffquelle nutzen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Behandlung von Abwasser in einer biologischen Kläranlage, wobei das Abwasser in einer biologischen Behandlungsstufe einem bakteriellen Metabolismus unterzogen, anschließend in einer Trennstufe gereinigtes Abwasser von Schlamm abgezogen, einer Eindickstufe zugeführt und mindestens ein Teil des Schlammes aus der Trennstufe oder aus der Eindickstufe als Rückiaufschlamm einer oxidativen Ozonbehandlung unterworfen und der biologischen Behandlungsstufe mindestens teilweise wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonbehandlung eine Behandlungsphase umfasst, in der ozonhaltiger Rückiaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Behandlungsphase zwischen 0,5 Minuten und 2 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 Minuten und 1 Stunde liegt, und dass der Überdruck zwischen 0,1 und 10 bar, vorzugsweise zwischen 0,4 und 2 bar eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zu behandelnden Rückiaufschlamm eine Ozondosis im Bereich zwischen 0,01 und 0,2 g pro g Trockensubstanz, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,03 und 0,08 g pro g Trockensubstanz eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ozonhaltige Rückiaufschlamm einem Reaktionsbehälter (8), in dem der Überdruck aufrechterhalten wird, zugeführt wird, und dass die Temperatur im
Reaktionsbehälter (8) zwischen 5 °C und 50 °C liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückiaufschlamm der biologischen Behandlungsstufe diskontinuierlich zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teilstrom ( 3) des Rücklaufschlammes mit Ozon beladen, mit einem zweiten Teilstrom (6) des Rücklaufschlammes gemischt und dem Überdruck ausgesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückiaufschlamm vor der Ozonbehandlung einer Zerkleinerungseinrichtung (29) zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu behandelnde Rückiaufschlamm aus einer Eindickvorrichtung entnommen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückiaufschlamm oder ein Teil davon nach der
Ozonbehandlung der biologischen Behandlungsstufe als Denitrifikationsquelle zugeführt wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem biologischen Reaktor zur Aufnahme und biologischen Behandlung von Abwasser, mit einer Trennvorrichtung für eine Abtrennung von gereinigtem Abwasser von Schlamm, mit einer Eindickvorrichtung für die Eindickung des Schlamms, mit einer Ableitung für Rückiaufschlamm aus der Trennvorrichtung oder aus der Eindickvorrichtung, und mit einer Ozonbehandlungsanlage, mittels der mindestens ein Teil des Rückschlammes einer oxidativen Ozoπbehandlung unterworfen wird und die eine
Eintragvorrichtung für einen Eintrag von ozonhaltigem Gas in den Rückiaufschlamm aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonbehandlungsanlage (2) einen der Eintragvorrichtung (15) nachgeordneten Druckbehandlungsraum (8) umfasst, in dem ozonhaltiger Rückiaufschlamm einem Überdruck ausgesetzt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehandlungsraum einen Reaktionsbehälter (8) umfasst, der für einen Innenüberdruck im Bereich zwischen 0,1 und 10 bar, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,4 und 2 bar ausgelegt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eintragvorrichtung eine Druckerhöhungspumpe (14) und einen Injektor (15) umfasst.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - in Fließrichtuπg des Rücklaufschlammes gesehen - vor der
Eintragvorrichtung (15) eine Zerkleinerungseinrichtung (29) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckbehandlungsraum (8) ein Mischer (26) nachgeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer ein statischer Mischer (26)ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ozonbehandlungsanlage (2) eine Entgasungseinrichtung (9; 22; 24) aufweist.
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