DE102005045170A1

DE102005045170A1 - Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren

Info

Publication number: DE102005045170A1
Application number: DE200510045170
Authority: DE
Inventors: Geert Nyhuis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (2) zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren. Das zu reinigende Wasser gelangt aus dem Zulauf (3) in das Belebungsbecken (4), in dem nach dem Belebtschlammverfahren das Abwasser mit Bakterienschlamm versetzt und damit in einen intensiven Kontakt gebracht wird. Nach dem biologischen Reinigungsschritt wird der Belebtschlamm von dem Wasser getrennt, so dass das nahezu feststofffreie Wasser in den Ablauf (5) eingeleitet werden kann. Die Vorrichtung (2) ist mit Belüftungsaggregaten (11) für ein Gas, insbesondere Luft, in das Belebungsbecken (4) ausgestattet. Durch die langsam aufsteigenden feinperligen Luftblasen ist es aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der Bakterien möglich, die unerwünschten Fadenbakterien in dem Belebungsbecken (4) gezielt aufzuschwimmen und dort abzuschöpfen, so dass der Absetzprozess in dem Nachklärbecken (6) durch die Fadenbakterien nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren, bei dem ein Gas in ein Belebungsbecken eingeleitet wird sowie eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren mit einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken sowie mit einer Zufuhreinrichtung für ein Gas zur Durchführung des Verfahrens.

Ein solches Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung bilden ein zentrales Element des Reinigungsprozesses der Abwässer in Kläranlagen vor ihrer Einleitung in einen Ablauf. Städtische Abwässer enthalten außer Sandbeimengungen grobe, schwimmende Schmutzstoffe, faulende Stoffe, Schlamm bildende Schwebstoffe, gelöste organische Stoffe und Bakterien. Bei der mechanischen Abwasserreinigung werden die ungelösten Stoffe abgeschieden. Grobe Verunreinigungen werden durch Rechen zurückgehalten, der Sand im Sandfang, der Schlamm im Klär- oder Schlammabsetzbecken ausgeschieden. Vorklärbecken dienen der Entfernung von Sinkstoffen aus dem Abwasser. Die nach der mechanischen Abwasserreinigung noch enthaltenen gelösten, fäulnisfähigen organischen Stoffe werden bei der biologischen Abwasserreinigung durch die im Abwasser befindlichen Bakterien abgebaut.

Bei dem Belebtschlammverfahren wird das Abwasser mit Bakterienschlamm versetzt und damit in einen intensiven Kontakt gebracht. Hierzu wird das Abwasser durch Gebläse belüftet. Dabei durchläuft das Abwasser die Klärbecken kontinuierlich (Durchlaufbiologie) oder es findet eine chargenweise Reinigung des Abwassers statt (SBR-Verfahren).

Nach dem biologischen Reinigungsschritt muss die Bakterienmasse (Belebtschlamm) vom Wasser getrennt werden, so dass das nahezu feststofffreie Wasser in den Vorfluter eingeleitet werden kann. Diese Trennung erfolgt durch Absetzen des Schlammes in einem Nachklärbecken. Im Reinigungsprozess produzierter Schlamm wird als Überschussschlamm abgezogen und kann in Faulräumen bei etwa 35°C ausgefault werden. Das dabei entstehende Methan (Biogas) wird als Heiz- oder Treibgas nutzbar gemacht. In der biologischen Abwasserreinigung ist das Belebtschlamm-Verfahren mit über 90% Marktanteil klar dominierend.

In dem Belebtschlamm bilden sich unter bestimmten Randbedingungen fädige Bakterien (Blähschlamm), die den Absetzvorgang in dem Nachklärbecken behindern und zum Abtrieb von Belebtschlamm führen können. Mehr als 65% aller Belebungsanlagen haben zeitweise ein Blähschlammproblem.

In der großen Mehrzahl der Anlagen, die ein Blähschlammproblem aufweisen, sind Bakterien vom Typ Microthrix parvicella verantwortlich, die zum Aufschwimmen neigen und Schaum und Schwimmschlamm produzieren, der sich auf der Beckenoberfläche anreichert.

Diesem Problem wird häufig durch unspezifische Maßnahmen, wie beispielsweise die Zugabe von Fällungsmitteln auf Aluminium-Basis in das Belebungsbecken begegnet. Allerdings gelingt es häufig nicht, die Absetzeigenschaften in dem gewünschten Maß zu verbessern. Außerdem wird durch die Zugabe dieser Chemikalien zusätzlich Schlamm produziert, der anschließend entsorgt werden muss.

Die DE 198 43 862 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Verhinderung der Schwimm- oder Blähschlammausbildung und zur Beseitigung von Schwimm- und Blähschlamm in Kläranlagen. Um einerseits die Bildung von Blähschlamm und Schwimmschlamm zu verhindern und andererseits schon aufgetriebene Bläh- und Schwimmschlämme zu beseitigen und damit einen ordnungsgemäßen Kläranlagenbetrieb ohne aufwendige zusätzliche Maßnahmen zur Einhaltung der Überwachungsparameter zu gewährleisten, werden der Belebtschlamm und/oder die Bläh- und Schwimmschlämme mit Ultraschall behandelt.

Die DE 363 70 90 A1 betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Blähschlamm oder Schwimmschlamm sowie zur Rückführung von bereits gebildetem Blähschlamm in die Normalform in einer nach dem Belebtschlammverfahren arbeitenden Abwasser-Reinigungsanlage, wobei das in das Belebungsbecken eingeleitete, Sauerstoff enthaltende Gasgemisch auf eine Temperatur temperiert wird, die möglichst wenig von der Temperatur des Inhalts des Belebungsbeckens abweicht.

Die DE 352 61 83 A1 betrifft ein Verfahren zur verbesserten Trennung von Klärflüssigkeiten von Biomassen bei der biologischen Abwasserreinigung, wobei die Biomassen mit magnetisch abscheidbaren Stoffen vereinigt und anschließend durch Sedimentation oder durch den Einfluss von Magnetfeldern vom Wasser abgeschieden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wesentlich verbessertes Verfahren zur Trennung der Bakterienmasse (Belebtschlamm) vom Wasser durch einen verbesserten Absetzprozess des Schlammes in dem Nachklärbecken zu schaffen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird also bei dem Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung zum selektiven Entfernen von Schlamm mit hydrophoben Eigenschaften aus dem Belebungsbecken das Gas in einer geringen Tiefe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in das Belebungsbecken derart eingebracht, dass Gasblasen mit einem sehr geringen Volumen aufsteigen und der so aufgetriebene Schlamm an der Oberfläche aus dem Belebungsbecken entfernt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich dabei die spezifischen Eigenschaften der Blähschlamm verursachenden Bakterien zu Nutze, indem der hydrophobe Schlamm direkt in dem Belebungsbecken durch das Einbringen feinster Gasblasen, insbesondere Luftblasen, zum Aufschwimmen an die Oberfläche gebracht wird und dann an der Oberfläche abgezogen oder abgeschöpft wird. Die Gasblasen unterscheiden sich dabei grundlegend von dem zur Belebung in das Belebungsbecken eingeleiteten Luftstrom. Insbesondere sind die Gasblasen demgegenüber wesentlichen kleiner, weisen also ein wesentlich geringeres Volumen auf, um so das Aufschwimmen zu erreichen. In vorteilhafter Weise erfasst das so geschaffene erfindungsgemäße Verfahren spezifisch solche Schlammflocken mit hydrophoben Eigenschaften, während andere Schlammflocken nicht erfasst werden. Damit ist der Abzug des Schlammes selektiv durchführbar, so dass die Schlammabsetzeigenschaften signifikant verbessert werden können, ohne dass die hierzu nach dem Stand der Technik oftmals eingesetzten Fällungsmittel erforderlich sind. Je nach Anteil der Blähschlamm verursachenden Bakterien in dem Schlamm kann ein großer Teil des Überschussschlammes auf diesem Wege abgezogen werden. Ein weiterer Nutzen entsteht dadurch, dass der Schlamm in dem Belebungsbecken konzentriert, also mit einem reduzierten Wasseranteil und einem erhöhten Feststoffanteil von ca. 3,0%–5% im Vergleich zu einem Anteil von 1,0%–1,5% in dem Nachklärbecken. Die nachfolgenden Stufen der Schlammbehandlung werden dadurch erheblich entlastet.

Bei einer anderen vorteilhaften Anwendung können die selektiv abgezogenen fädigen Organismen gezielt, beispielsweise mittels Ultraschall, eines Hochdruckhomogenisators oder durch die Zugabe von Chemikalien, beispielsweise Fenton's Reagenz, geschädigt werden und der so behandelte Schlamm in das Belebungsbecken zurückgegeben werden. Diese Maßnahmen erfolgen dabei spezifisch, indem nicht der gesamte in dem System enthaltene Schlamm, sondern nur der zuvor selektiv abgezogene Schlamm behandelt wird.

Besonders vorteilhaft ist dabei auch eine Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens, bei dem das Volumen der eingebrachten Gasblasen entsprechend der gewünschten Auftriebsgeschwindigkeit oder hydrophoben Eigenschaften des Schlamms eingestellt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass das aufsteigende Gas nicht etwa wirkungslos an der Oberfläche der unerwünschten Bakterien abgleitet, sondern dass die feinperligen Gasblasen sich an der Oberfläche derart anlagern, dass die Bakterien zuverlässig aufgetrieben werden.

Man könnte auch daran denken, das Gas am Boden des Belebungsbeckens einzuleiten. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das Gas in einer Tiefe von weniger als 1 m, insbesondere zwischen 5 cm und 30 cm eingeleitet wird, um so auch unter den in dem Belebungsbecken vorherrschenden Bedingungen einer starken turbulenten Strömung ein gleichmäßiges Aufsteigen der Luftblasen und damit ein zuverlässiges Aufschwimmen der Bakterien zu erzeugen.

Dabei wird das Gas unabhängig von einer der Belüftung dienenden Gaszufuhr in das Belebungsbecken eingeleitet, weil die Zielsetzung der Gaszufuhr zur Belebung im Wesentlichen auf einen hohen Gasvolumenstrom abzielt, wohingegen die feinperlige Gaszufuhr zum Auftreiben der Bakterien eine geeignete Auftriebsgeschwindigkeit der Gasblasen bedingt.

Die Gaszufuhr kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise können Luftblasen durch Einleitung von Wasser in das Belebungsbecken erzeugt werden, welches zuvor unter Überdruck, beispielsweise zwischen 4 bar und 6 bar, luftgesättigt wurde. Beim Einleiten des Wassers findet eine Entspannung statt, bei der dann sehr feine Luftblasen freigesetzt werden und langsam an die Wasseroberfläche in dem Belebungsbecken aufsteigen. Die gewünschten feinperligen Gasblasen können durch Belüftungseinrichtungen, die mit Druckluft beaufschlagt werden, erzeugt werden. In beiden Fällen können durch geeignete Parametereinstellung solche feinperligen Gasblasen erzeugt werden, die eine Größe kleiner als 100 μm aufweisen.

Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren mit einem Belebungsbecken und einem Nachklärbecken, mit einer Zufuhreinrichtung für ein Gas zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zufuhreinrichtung zum selektiven Entfernen von Schlamm mit hydrophoben Eigenschaften aus dem Belebungsbecken ausgeführt ist und eine in geringer Tiefe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Belebungsbecken positionierbare Auslassöffnung für das Gas aufweist. Durch die Auslassöffnung gelangen feinperlige Gasblasen in das Belebungsbecken, in welchem die Gasblasen langsam zur Oberfläche aufsteigen. Aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der zu entfernenden Bakterien werden diese mittels der Luftblasen an die Oberfläche gebracht und können dadurch entgegen dem Stand der Technik bereits in dem Belebungsbecken entfernt werden. Die in dem Schlamm enthaltenen weiteren Bakterien werden von dem Aufschwimmen nicht erfasst, so dass der selektive Abzug der unerwünschten Bakterien erreicht und insbesondere die Schlammabsetzeigenschaften wesentlich verbessert werden können.

Das Einbringen der Gasblasen kann dadurch erreicht werden, dass die Zufuhreinrichtung eine Zuführung für eine unter Überdruck mit Luft gesättigte Flüssigkeit hat. Beim Einleiten der Flüssigkeit, insbesondere Wasser, findet eine Entspannung statt, bei der dann sehr feine Luftblasen freigesetzt werden.

Weiterhin erweist es sich als besonders praxisgerecht, wenn die Zufuhreinrichtung ein eine Vielzahl von feinsten Auslassöffnungen aufweisendes Belüftungsaggregat aufweist, welches einen keramischen Belüfter mit sehr feinen Poren hat. Die feinen Poren bedingen einen hohen Öffnungsdruck. Aus diesen Poren treten dann die feinperligen Gasblasen aus.

Weiterhin wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine Abzugseinrichtung zum Entfernen von hydrophoben Schlamm an der Wasseroberfläche in dem Belebungsbecken erreicht. Hierzu eignen sich beispielsweise ein Schaufel- oder Paddelwerk ebenso wird ein geneigtes Förder- oder Siebband, welches einseitig in die Wasseroberfläche des Belebungsbeckens eintaucht.

Weiterhin erweist es sich als besonders hilfreich, wenn der Abzugseinrichtung Strömungsleitbleche zugeordnet sind. Auf diese Weise wird mit geringem Aufwand ein zuverlässiges Aufschwimmen der Bakterien in der durch die Strömungsleitbleche beruhigten Zone des Belebungsbeckens sichergestellt, ohne dass hierzu die turbulente Strömung in dem Belebungsbecken insgesamt reduziert werden müsste.

Die Vorrichtung kann bautechnisch mit dem Belebungsbecken zu einer Baueinheit verbunden sein. Besonders einfach ist hingegen eine Abwandlung, bei der die Vorrichtung schwimmend in dem Belebungsbecken angeordnet ist.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in
1 eine Seitenansicht einer Abwasserreinigungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung.
1 zeigt eine Abwasserreinigungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 in einer Prinzipdarstellung. In der Abwasserreinigungsanlage 1 gelangt das zu reinigende Wasser aus dem Zulauf 3 in das Belebungsbecken 4, in dem nach dem Belebtschlammverfahren das Abwasser mit Bakterienschlamm versetzt und damit in einen intensiven Kontakt gebracht wird. Nach dem biologischen Reinigungsschritt wird der Belebtschlamm von dem Wasser getrennt, so dass das nahezu feststofffreie Wasser in den Ablauf 5 eingeleitet werden kann. Diese Trennung erfolgt durch Absetzen des Schlammes in einem Nachklärbecken 6. Der in dem Reinigungsprozess produzierte Schlamm wird als Überschussschlamm 7 abgezogen, während ein Teil des Schlamms als Rücklaufschlamm 8 in das Belebungsbecken 4 zurückgeführt wird. Die Vorrichtung 2 ist mit einer in 2 näher dargestellten Zufuhreinrichtung 11 für ein Gas, insbesondere Luft, in das Belebungsbecken 4 ausgestattet. Durch Zufuhr von Luftblasen ist es aufgrund der hydrophoben Eigenschaften der Bakterien möglich, die unerwünschten Fadenbakterien in dem Belebungsbecken 4 gezielt aufzuschwimmen und dort abzuschöpfen, so dass der Absetzprozess in dem Nachklärbecken 6 durch die Fadenbakterien nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Die abgeschöpften Fadenbakterien können nach einer Behandlung, beispielsweise mit Ultraschall, in das Belebungsbecken zurückgegeben werden. Das Aufschwimmen gelingt dabei mit sehr feinen Gasblasen, die wesentlich kleiner als die bei der Belüftung in dem Belebungsbecken 4 erzeugten Gasblasen sind. Dies hat seinen Grund in der geringen Auftriebsgeschwindigkeit, die ausschließlich geeignet ist, die Fadenbakterien aufzutreiben. Dabei sind die Gasblasen nicht auf Luftblasen beschränkt, sondern können selbstverständlich aus unterschiedlichen Gasen beliebig gebildet werden.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung 2. Zu Erkennen sind mehrere in geringer Tiefe t unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 9 in dem Belebungsbecken 4 positionierte Auslassöffnungen 10 für das Gas. Die Auslassöffnungen 10 sind integraler Bestandteil mehrerer mit einem feinporigen keramischen Belüfter ausgestatteter und als Belüftungsaggregate ausgeführte Zufuhreinrichtungen 11 für ein Gas. Die Zufuhreinrichtungen 11 sind in einer einstellbaren Tiefe t zwischen 5 cm und 30 cm unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 9 in dem Belebungsbecken 4 positioniert. Die Zufuhreinrichtungen 11 werden mit Druckluft beaufschlagt, so dass Luftblasen mit einer Größe von maximal 100 μm aufsteigen und unerwünschte Fadenbakterien mitreißen. Mit einer verminderten Größe der Gasblasen nimmt die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen ab, so dass die einstellbare Eintauchtiefe der Zufuhreinrichtung 11 entsprechend anpassbar ist. Die Eintauchtiefe der Zufuhreinrichtung 11 ist neben der Größe der Luftblasen von den Strömungsverhältnissen in dem Belebungsbecken 4 abhängig. Die Strömungsgeschwindigkeit ist im Bereich vor der Vorrichtung 2 durch zumindest ein Staublech 12 gezielt beeinflussbar.
Die aufsteigenden Gasblasen lagern sich an die Bakterien an. Aufgrund der hydrophoben Eigenschaften werden diese dann als flotierter Schlamm 13 an die Oberfläche gebracht und durch die Strömung des Wassers in dem Belebungsbecken 4 zu einer Abzugseinrichtung 14 bewegt. In der dargestellten Ausführung wird der flotierte Schlamm 13 mittels eines Paddelwerkes 15 einem geneigten Förderband 16 zugeführt, durch welches der Schlamm in einen Pumpensumpf 17 gelangt. Um die Strömungsverhältnisse in dem Belebungsbecken 4 gezielt zu beeinflussen, sind beiderseits der Vorrichtung 2 lediglich gestrichelt dargestellte Strömungsleitbleche 18 angeordnet.

Claims

Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren, bei dem ein Gas in ein Belebungsbecken eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum selektiven Entfernen von Schlamm mit hydrophoben Eigenschaften aus dem Belebungsbecken das Gas in einer geringen Tiefe unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in das Belebungsbecken derart eingebracht wird, dass Gasblasen mit einem sehr geringen Durchmesser aufsteigen und der so aufgetriebene Schlamm an der Oberfläche aus dem Belebungsbecken entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittels der Gasblasen aufgetriebene Schlamm in dem Belebungsbecken abgezogen wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der abgezogene Schlamm einer gezielten Nachbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der eingebrachten Gasblasen entsprechend der gewünschten Auftriebsgeschwindigkeit und/oder hydrophoben Eigenschaften des Schlammes eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einer Tiefe von weniger als 1 m, insbesondere zwischen 5 cm und 30 cm eingeleitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gas unabhängig von einer der Durchmischung dienenden Gaszufuhr in das Belebungsbecken eingeleitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhr durch Einleitung zuvor unter Überdruck insbesondere zwischen 4 bis 6 bar luftgesättigtem Wasser durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasblasen mit einer Größe kleiner als 100 μm erzeugt werden.
Vorrichtung (2) zur biologischen Abwasserreinigung im Belebungsverfahren mit einem Belebungsbecken (4) und einem Nachklärbecken (6) sowie mit einer Zufuhreinrichtung (11) für ein Gas, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (11) zum selektiven Entfernen von Schlamm mit hydrophoben Eigenschaften aus dem Belebungsbecken (4) ausgeführt ist und eine in geringer Tiefe (t) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (9) in dem Belebungsbecken (4) positionierbare Auslassöffnungen (10) für das Gas aufweist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung (11) eine Zuführung für eine unter Überdruck mit Luft gesättigte Flüssigkeit hat.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung ein eine Vielzahl von feinsten Auslassöffnungen (10) aufweisenden Belüftungsaggregat hat.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsaggregat einen keramischen Belüfter mit sehr feinen Poren hat.
Vorrichtung (2) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine Abzugseinrichtung (14) zum Entfernen von hydrophoben Schlamm (13) an der Wasseroberfläche im dem Belebungsbecken (4) aufweist.
Vorrichtung (2) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzugseinrichtung (14) zumindest ein Strömungsleitblech (18) zugeordnet ist.
Vorrichtung (2) nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) schwimmfähig ausgeführt in dem Belebungsbecken (4) angeordnet ist.