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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Wasser in einer Aufbereitungsanlage. Insbesondere hat die Erfindung die Reduktion und Behandlung des Schlammes in der biologischen Abwasseraufbereitung zum Gegenstand.
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Wasser wird auf vielerlei Art und Weise aufbereitet. Insbesondere werden Abwässer aus Industrie und Haushalt gegebenenfalls in mehreren Stufen aufbereitet. Eine dieser Aufbereitungsstufen insbesondere bei der Aufbereitung von Abwässern stellt oftmals eine biologische Aufbereitungsstufe dar. Hierbei wird biologisch abbaubares Material im Wasser aufbereitet, indem diesem Mikroorganismen zugesetzt werden, die das biologisch abbaubare Material umsetzen. Hierbei entsteht Schlamm, der aus den entsprechenden Reaktionsräumen abgeführt werden muss, um die Kapazität des Beckens sowie das Überleben der Mikroorganismen zu sichern. Hierzu werden üblicherweise Trennräume - sogenannte Nachklärer - eingesetzt. Durch Sedimentation wird in diesem Trennraum der Schlamm, der die biologisch abbaubaren Materialien sowie die Mikroorganismen enthält, abgeführt und entsorgt. Oftmals wird ein Teil des Schlammes aus dem Trennraum wieder in den Reaktionsraum der biologischen Abwasseraufbereitung zurückgeführt, um hier eine konstante Aktivität bzw. Menge an Mikroorganismen zu erhalten. Das getrennte Wasser aus dem Trennraum kann weiteren Aufbereitungsschritten oder ggf. auch der Umwelt zugeführt werden.
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Um diesen Schlamm zu reduzieren, der nicht unerhebliche Kosten bei der Entsorgung erzeugt, wurden bereits verschiedene Ansätze bekannt. So ist aus der
DE 102 15 413 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem Ozon in relativ großer Menge zugegeben wird. Ähnliches ist aus der
DE 199 20 269 A1 bekannt. Auch die DE 100 21 632 A1 und die
DE 199 20 269 A1 offenbaren die Zugabe einer großen Menge von Ozon pro Kilogramm Trockensubstanz und pro Zeiteinheit.
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Weiterhin hat es sich gezeigt, dass spezielle Arten von biologisch abbaubarem Material, bspw. bestimmte Bakterien, durch die derzeit eingesetzten Mikroorganismen nur schwer abbaubar sind. Dies führt zu unbefriedigenden Abbauergebnissen und relativ hohen biologisch begründeten Belastungen des Abwassers nach Abschluss der Aufbereitung.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest zu lindern. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein verbessertes Aufbereitungsergebnis insbesondere im Hinblick auf sonst schwer abbaubare Bakterien erreicht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst zur Behandlung von Wasser mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Wasser in einer Aufbereitungsanlage mit einem Reaktionsraum, in dem ein im Wasser vorhandenes biologisch abbaubares Material von Mikroorganismen zumindest teilweise biologisch abgebaut wird, wobei zumindest zeitweise Wasser aus dem Reaktionsraum in einen Trennraum überführt wird und in diesem das biologisch abbaubare Material und die Mikroorganismen zumindest teilweise vom Wasser getrennt werden, wobei über eine Rückführleitung ein Rückstrom mit biologisch abbaubarem Material und zumindest einem Teil der Mikroorganismen aus dem Trennraum in den Reaktionsraum fließt, zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil der folgenden Stoffe a) biologisch abbaubares Material und b) Mikroorganismen mit Ozon (O3) behandelt wird, wobei eine Menge von 15 bis 150 mg Ozon pro kg Trockensubstanz des biologisch abbaubaren Materials und der Mikroorganismen im Reaktionsraum pro Stunde zugesetzt wird.
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Das bedeutet nicht, dass eine Zudosierung des Ozons zwingend im Reaktionsraum erfolgen muss, vielmehr bezieht sich die zuzugebende Menge auf die Menge Trockensubstanz des biologisch abbaubaren Materials im Reaktionsraum. Durch die Zuführung dieser Menge von Ozon pro kg Trockensubstanz des biologisch abbaubaren Materials im Reaktionsraum wird insbesondere eine Schädigung von sogenannten Fadenbakterien, wie bspw. Microthrix Parvicella, Nocardioforme actinomiceten und Thiothrix-021N, erreicht, die zu einer deutlichen Reduktion der sogenannten Fädigkeit führen. Unter dem Begriff „Fädigkeit“ wird insbesondere ein Maß für die Menge und Länge der Fadenbakterien pro Volumeneinheit verstanden. Hierbei erfolgt eine optische Untersuchung, anhand derer die Fädigkeit zwischen 0 (keine Fadenbakterien) bis 6 (übermäßig viele Fadenbakterien, „excessive“) bestimmt wird. Weiterhin wird durch die Zudosierung des Ozons in der erfindungsgemäßen Menge erreicht, dass sich der Schlammvolumenindex (SVI) deutlich verringert. Unter dem Begriff „Schlammvolumenindex“ wird insbesondere ein Maß für die Sedimentationsfähigkeit (Absetzbarkeit) des Belebtschlamms, also des biologisch abbaubaren Materials und der Mikroorganismen, verstanden. Der SVI gibt an, welches Volumen 1 Gramm Belebtschlamm (bezogen auf Trockenmasse) nach einer Sedimentationszeit von 30 Minuten pro Liter Schlamm einnimmt. Insbesondere wird zur Berechnung des SVI das Schlammvolumen durch die Schlamm-Trockensubstanz dividiert. Die Schlamm-Trockensubstanz ist die Masse des Schlamms pro Volumen des Inhalts des Reaktionsraums. Auch das Schlammaufkommen kann in vorteilhafte Weise verringert werden. All dies steigert die Effizienz der biologischen Reinigung des Wassers, wobei auch entsprechend hartnäckige Bakterien aufgrund einer Schädigung der Zellmembran durch das Ozon abgebaut werden können.
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Die sehr geringe Dosis von 15 bis 150 mg Ozon pro Kilogramm Trockenmasse des biologisch abbaubaren Materials und der Mikroorganismen in dem Reaktionsraum pro Stunde hat sich überraschenderweise als ausreichend erwiesen, um die Fädigkeit und den Schlammvolumenindex zu reduzieren. Insbesondere kann eine Reduktion des Schlammvolumenindex um mindestens 20%, insbesondere von mindestens 40% oder sogar mindestens 60% erreicht werden. Alternativ zu dieser Dosis, aber nicht zur vorliegenden Erfindung gehörig, hat sich auch eine Dosis von 6 g bis 12 g Ozon pro Kilogramm Trockenmasse des biologisch abbaubaren Materials und der Mikroorganismen im Rückstrom als vorteilhaft erwiesen. Auch diese Dosis lässt sich mit den weiterhin beschriebenen Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen unabhängig von der oben bezeichneten niedrigeren Dosis vorteilhaft einsetzen. Weiterhin bevorzugt sind Dosen von 15 bis 100 mg Ozon pro Kilogramm Trockenmasse des biologisch abbaubaren Materials und der Mikroorganismen in dem Reaktionsraum pro Stunde, besonders bevorzugt entsprechende Dosen von 30 bis 80 mg Ozon.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest einem Teil des Rückstroms eine Menge von 0,5 bis 4 g Ozon pro kg behandelter Menge der Trockensubstanz der Stoffe im Rückstrom, bevorzugt 1 bis 4 g Ozon, besonders bevorzugt 1 bis 3 g Ozon, jeweils pro kg behandelter Menge der Trockensubstanz der Stoffe im Rückstrom, zugesetzt.
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Die Ozonierung des Rückstroms ist in einfacher Weise möglich. Hierbei ist die Effektivität der Reaktionen des Ozons mit den entsprechenden Mikroorganismen und/oder dem biologisch abbaubaren Material relativ hoch, da unerwünschte Reaktionspartner für das Ozon in geringerer Menge als im Reaktionsraum vorliegen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden 1 Vol.-% bis 20 Vol.-% des Rückstroms mit Ozon behandelt.
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Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass nur ein Teil des Rückstroms behandelt wird, also insbesondere ein Teil des Rückstroms vor Einströmen in den Reaktionsraum abgezweigt und behandelt und erst dann dem Reaktionsraum zugeführt wird, oder aber auch durch eine intermittierende Behandlung des Rückstroms. Diese Anteile des Rückstroms haben sich als vorteilhaft erwiesen, da dadurch die gewünschte Verbesserung des Abbaus der sonst schwer abbaubaren Bakterien erreicht werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ozon an mindestens einer der folgenden Stellen eingebracht:
- a) in die Rückführleitung;
- b) in den Reaktionsraum; und
- c) in einen Behälter, der mit der Rückführleitung so verbindbar ist, dass zumindest ein Teil der Stoffe in der Rückführleitung in den Behälter eingebracht werden können.
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Unter der Möglichkeit a) wird insbesondere das direkte Einbringen in den gesamten Rückstrom der Rückführleitung verstanden. Dieser kann bevorzugt zeitlich intermittierend, d. h. nur zu bestimmten Zeitpunkten für bestimmte Dauern, erfolgen. Die direkte Einbringung in den Reaktionsraum gemäß Möglichkeit b) hat den Vorteil, dass dies einfach apparativ und verfahrenstechnisch zur realisieren ist. Unter der Möglichkeit c) werden zwei Varianten verstanden. Zum einen kann ein solcher Behälter direkt in der Rückführleitung ausgebildet sein, andererseits kann die Rückführleitung eine Abzweigung umfassen, mittels derer ein Teil des Rückstroms aus der Rückführleitung abzweigbar, behandelbar und dann in den Reaktionsraum und/oder die Rückführleitung einbringbar ist. Insbesondere lassen sich mindestens zwei der oben bezeichneten Möglichkeiten a) bis c) kombinieren, bevorzugt lassen sich auch beide Varianten der Möglichkeit c) miteinander oder mit der Möglichkeit a) und/oder b) kombinieren.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ozon in den Behälter eingebracht, wobei die Behandlungszeit im Bereich von 0,5 bis 20 Minuten, bevorzugt im Bereich 0,5 bis 9 Minuten, liegt.
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Überraschenderweise hat es sich herausgestellt, dass bereits eine so kurze Behandlungszeit mit Ozon zu einer signifikanten Schädigung der entsprechenden Bakterien und damit zu einer deutlichen Erhöhung der biologischen Abbaubarkeit dieser Bakterien kommt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einbringen von Ozon diskontinuierlich.
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Dies bedeutet insbesondere, dass lediglich zu bestimmten Zeiten und für bestimmte Zeiträume Ozon zugeführt wird, während in oder zu anderen Zeiten lediglich eine Beatmung der entsprechenden Mikroorganismen mittels molekularen Sauerstoffs (O2) erfolgt. Über eine diskontinuierliche Zufuhr von Ozon lässt sich die Menge des zugegebenen Ozons vorteilhaft steuern, so dass eine präzise Dosierung des Ozons erfolgen kann.
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Weiterhin wird eine Aufbereitungsanlage zur Behandlung von Wasser beschrieben, die nicht zur Erfindung gehört, mit einem Reaktionsraum, in dem ein im Wasser vorhandenes, biologisch abbaubares Material von Mikroorganismen zumindest teilweise biologisch abbaubar ist, und einem Trennraum, in den Wasser aus dem Reaktionsraum überführbar ist und in dem das biologisch abbaubare Material und die Mikroorganismen zumindest teilweise vom Wasser trennbar sind, wobei Reaktionsraum und Trennraum über eine Rückführleitung zur zumindest teilweisen Rückführung des abgetrennten biologisch abbaubaren Materials und/oder der abgetrennten Mikroorganismen verbindbar sind, wobei zumindest ein Behälter zur zumindest zeitweisen Behandlung mindestens eines der folgenden Stoffe:
- a) biologisch abbaubares Material und
- b) Mikroorganismen
mit Ozon (O3) an mindestens einer der folgenden Stellen ausgebildet ist: - A) in der Rückführleitung;
- B) in einer die Rückführleitung mit dem Reaktionsraum verbindenden Zuführleitung;
- C) in einer die Rückführleitung mit der Rückführleitung verbindenden Bypassleitung.
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Die Möglichkeit A) ist dadurch realisierbar, dass entweder der in der Rückführleitung strömende Rückstrom gänzlich während des Strömens behandelt wird oder auch indem ein entsprechender Behälter in der Rückführleitung ausgebildet ist. Im Betrieb wird dabei der Behälter zumindest teilweise mit der Rückströmung befüllt und diese dann im Behälter behandelt, woran anschließend diese weiter durch die Rückführleitung strömen kann. Möglichkeit B) ermöglicht eine Ausgestaltung, bei der ein Teil des Rückstroms, bevorzugt ein vorgebbarer oder regelbarer Teil des Rückstroms, der Rückführleitung entnehmbar, dann in einem entsprechend ausgebildeten Behälter behandelbar und dann über die Zuführleitung wieder dem Reaktionsraum zuführbar ist. Möglichkeit C) ermöglicht ebenfalls die Behandlung zumindest eines Teils des Rückstroms, indem dieser der Rückführleitung entnommen, behandelt und dann wieder der Rückführleitung zugeführt wird. Hierzu ist ein entsprechender Behälter in der Bypassleitung ausgebildet. Die Möglichkeiten A), B) und C) lassen sich beliebig miteinander kombinieren; bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung, bei der zwei dieser Möglichkeiten miteinander kombiniert sind. Die Möglichkeiten B) und C) erlauben also jeweils die Behandlung eines Teils des Rückstroms, der bei B) direkt in den Reaktionsraum und in Teil C) in die Rückführleitung geführt wird.
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Die Aufbereitungsanlage ist geeignet und bestimmt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Alle für die Aufbereitungsanlage offenbarten Details und Vorteile lassen sich ohne Weiteres auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und anwenden und umgekehrt. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der einzigen beigefügten Zeichnung näher erläutert, ohne auf die dort gezeigte Ausgestaltung beschränkt zu sein.
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Die Figur zeigt schematisch ein Beispiel einer Aufbereitungsanlage 1. Die Aufbereitungsanlage 1 umfasst einen Reaktionsraum 2. Der Reaktionsraum 2 beinhaltetet Wasser 3. Im Wasser 3 vorhandenes biologisch abbaubares Material wird von Mikroorganismen zumindest teilweise biologisch abgebaut. Zumindest zeitweise wird Wasser 3 aus dem Reaktionsraum 2 in einen Trennraum 4 überführt. In diesem werden das biologisch abbaubare Material und die Mikroorganismen zumindest teilweise vom Wasser 3 getrennt, beispielsweise über Sedimentation. Um eine Sedimentation im Reaktionsraum 2 zu vermeiden, wird dieser bevorzugt agitiert, beispielsweise indem entsprechende Rührwerke ausgebildet sind und/oder Gase eingeblasen werden. Zu den üblicherweise eingeblasenen Gasen zählt insbesondere molekularer Sauerstoff (O2). Die dafür notwendigen Vorrichtungen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.
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Im Trennraum 4 erfolgt also eine Trennung des Wassers 3 in eine Wasserphase 5 und eine Schlammphase 6, die im Wesentlichen aus biologisch abbaubarem Material und Mikroorganismen besteht. Die Wasserphase 5 wird aus dem Trennraum 4 über eine Wasserableitung abgeführt. Die Schlammphase 6 wird über eine Rückführleitung 8 aus dem Trennraum 4 abgeführt. Über die Rückführleitung 8 kann zumindest ein Teil der Schlammphase 6 wieder in den Reaktionsraum 2 eingebracht werden. Zumindest ein Teil der Schlammphase 6 kann auch über eine Schlammableitung 9 abgeführt und entsorgt beziehungsweise einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden pro kg Trockensubstanz des biologisch abbaubaren Materials im Reaktionsraum 2 15 bis 150 mg Ozon pro kg pro Stunde zugesetzt. Hierzu wird Ozon in einem Ozongenerator 10 generiert, der über eine Sauerstoffzuleitung 11 von einem Sauerstoffreservoir 12 mit molekularem Sauerstoff (O2) versorgt wird. Im Ozongenerator 10 wird auf bekannte Weise aus dem molekularen Sauerstoff zumindest teilweise Ozon erzeugt, bspw. durch einen Lichtbogen oder ähnliches. Den Ozongenerator 10 verlässt über die Oxidanszuleitung 13 ein Gemisch aus molekularem Sauerstoff (O2) und Ozon (O3). Insbesondere wird hierbei ein Volumenanteil Ozon bis 14% erreicht.
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Dieses Gasgemisch kann dann über eine erste Zuleitung 14 direkt in den Reaktionsraum 2 eingebracht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Gasgemisch aus Sauerstoff und Ozon über eine zweite Zuleitung 15 in einen ersten Behälter 16 eingebracht werden. Dieser erste Behälter 16 ist in der Rückführleitung 8 ausgebildet und kann über diese mit zumindest einem Teil der Schlammphase 6, d. h. mit den Stoffen im Rückstrom, befüllt werden. Diese Stoffe umfassen biologisch abbaubares Material und/oder Mikroorganismen, die im ersten Behälter 16 mit Ozon behandelt werden können. Von der Rückführleitung 8 zweigt in einem Ventil 17 eine Bypassleitung 18 ab. In der Bypassleitung 18 ist ein zweiter Behälter 19 ausgebildet, der über eine dritte Zuleitung 20 mit Sauerstoff und/oder Ozon vom Ozongenerator 10 über die Oxidanszuleitung 13 versorgt werden kann. Durch das Ventil 17 ist ein Teil des Rückstroms in der Rückführleitung 8 in die Bypassleitung 18 lenkbar und dort im Behälter 19 behandelbar. So lässt sich regeln, welche Menge an biologisch abbaubarem Material bzw. an Mikroorganismen behandelt wird. So lässt sich die Biologie im Reaktionsraum 2 steuern, um so einen möglichst optimalen Abbau der biologisch abbaubaren Materialien im Wasser 3 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann das im zweiten Behälter 19 behandelte Material über eine Zuführleitung 21 direkt in den Reaktionsraum 2 geführt werden. Grundsätzlich können die verschiedenen Kreuzungen von Rückführleitung 8, Schlammableitung 9, Bypassleitung 18 und/oder Zuführleitung 21 mit entsprechenden, insbesondere ansteuerbaren Ventilen versehen sein, die eine Regelung der einzelnen Stoffströme durch diese Leitungen 8, 9, 18, 21 ermöglicht. Weiterhin weisen Rückführleitung 8 und Bypassleitung 18 Pumpen 22 auf, mittels derer eine Förderung der Stoffströme durch diese Leitungen 8, 18 möglich ist und mittels derer die Strömungsgeschwindigkeit in diesen Leitungen 8, 18 geregelt werden kann.
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Die Aufbereitungsanlage 1 und das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von Wasser 3 erlauben in vorteilhafter Weise den Abbau von biologischem Material und insbesondere auch gezielt von fädigen Bakterien, der mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nur ungenügend umgesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht diese gute Umsetzung mit einem geringen Einsatz von Ozon und ist somit kostengünstig. Die Aufbereitungsanlage 1 erlaubt eine genaue Steuerung, welche Mengen von biologisch aktivem bzw. abbaubarem Material mit Ozon behandelt werden, da durch die Behandlung von Teilströmen des Rückstroms in positiver Weise genau festlegbar ist, welche Menge an biologisch abbaubarem Material mit was für einer Menge Ozon behandelt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufbereitungsanlage
- 2
- Reaktionsraum
- 3
- Wasser
- 4
- Trennraum
- 5
- Wasserphase
- 6
- Schlammphase
- 7
- Wasserableitung
- 8
- Rückführleitung
- 9
- Schlammableitung
- 10
- Ozongenerator
- 11
- Sauerstoffzuleitung
- 12
- Sauerstoffreservoir
- 13
- Oxidanszuleitung
- 14
- erste Zuleitung
- 15
- zweite Zuleitung
- 16
- erster Behälter
- 17
- Ventil
- 18
- Bypassleitung
- 19
- zweiter Behälter
- 20
- dritte Zuleitung
- 21
- Zuführleitung
- 22
- Pumpe