DE19635391C2 - Abwasserreinigungsverfahren mit biologischer Phosphatelimination unter konstantem pH-Wert - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abwasserreinigungsverfahren, in dem eine biologische Phosphatelimination durchgeführt wird.

Unter biologischer Phosphatelimination versteht man eine über die wachstumsbedingte Phosphataufnahme hinausgehende Phosphorspeicherung in den Mikroorganismen eines belebten Klärschlamms. So beschreibt die EP 472 250 A2 ein Verfahren zur Eliminierung von Phosphat mittels Mikroorganismen, die durch ein Polymer in einem Gel fixiert sind und in dieser Form mit dem zu behandelnden Wasser vermischt werden.

Ansätze einer biologischen P-Elimination sind auf nitrifizierenden/denitrifizierenden Belebtschlammanlagen zu beobachten.

Zur Steigerung der Phosphataufnahme in die Mikroorganismen ist es bekannt, belebten Schlamm einem ständigen Wechsel von anaeroben und aeroben Milieubedingungen zu unterwerfen, wobei Bakterienstämme selektiert werden, die zur vermehrten Phosphataufnahme befähigt sind.

Während der anaeroben Milieubedingungen ist eine Freisetzung von Phosphat in das Überstandswasser zu beobachten, die bei gleichzeitigem Vorhandensein von leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen besonders intensiv ist. Diese leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen werden von bestimmten Bakterien zu niederen organischen Fettsäuren abgebaut, die dann von den phosphatspeichernden Bakterien zur Synthese des Speicherstoffs Poly-β-hydroxybuttersäure aufgenommen werden. Die hierfür erforderliche Energie wird durch Spaltung der zuvor gespeicherten Polyphosphate gewonnen. In der aeroben Phase findet dann eine über das Maß der Rücklösung des Phosphats hinausgehende Wiederaufnahme desselben statt, wobei die in der anaeroben Phase gespeicherten Kohlenstoffverbindungen veratmet werden.

Aufgrund der ständigen Aufeinanderfolge der aeroben und anaeroben Phasen haben die zu den beschriebenen Stoffwechselvorgängen befähigten Belebtschlammbakterien Selektionsvorteile gegenüber anderen Bakterien und können in der Belebtschlammbiozönose angereichert werden.

Es ist ferner bekannt, daß innerhalb der beschriebenen Vorgänge in einer A/O-Anlage (anaerob/aerob) ein- und zweiwertige Metallionen, wie z. B. Kalium, Calcium und Magnesium, als Gegenionen zum Phosphat bei der Aufnahme in die Zelle und Rücklösung beteiligt sind. In den von Schönborn und Röske in: Internationale Konferenz zur vermehrten biologischen Phosphorelimination, Hannover 1995, "Vergleich und Bewertung von Methoden zur Differenzierung von biologisch und chemisch gebundenen P-Spezies" durchgeführten Laboruntersuchungen wurde durch Erhöhung der Metallionenkonzentration (unter Korrektur des pH-Wertes) eine stabilisierende Wirkung auf die biologische Phosphatelimination einer halbtechnischen A/O-Anlage beobachtet.

Aus der DE 44 23 051 A1 ist ein Festbettverfahren zur Abwasserreinigung bekannt, bei dem ein Granulat aus Magnesiumcarbonat eingesetzt wird. Das Magnesiumcarbonatgranulat dient insbesondere der pH- Wertregulierung (Pufferung) des Abwasser. Gleichzeitig dient das Granulat aber auch als wichtige und notwendige Substratquelle für Nitrifikanten im Abwasser. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß es sich nicht ohne weiteres auf Belebtschlammverfahren anwenden läßt.

Bei der biologischen Phosphatelimination ist mit unvorhersehbaren erheblichen Schwankungen der Eliminationsraten zu rechnen, weil die mikrobiologischen Vorgänge bei der biologischen Phosphatelimination nicht genügend erforscht sind und deshalb eine gezielte Beeinflussung der Prozesse erschwert ist. Bei den bisher bekannten nitrifizierenden/denitrifizierenden Kläranlagen wird für die biologische P-Elimination eine separate anaerobe Stufe vorgesehen.

In den meisten Fällen ist eine unterstützende Simultanfällung von Phosphat mit Eisen- oder Aluminiumsalzen erforderlich. Hierzu müssen geeignete Anlagen und ein entsprechendes Meß- und Regelsystem zur Verfügung stehen. Da die biologisch gebundenen Phosphorverbindungen bei der Behandlung des Überschußschlamms wieder zurückgelöst werden können, müssen entweder die entstehenden Schlammwässer einer chemischen Phosphatfällung unterzogen werden oder es muß eine maschinelle Überschußschlammeindickung vor der Schlammstabilisierung erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Abwasserreinigungsverfahren bereitzustellen, durch das die biologische Phosphatelimination gegenüber bekannten Verfahren unter Verzicht auf eine separate Verfahrensstufe stabilisiert und damit gesteigert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Abwasserreinigungsverfahren, in dem man in der anaeroben oder aeroben Stufe einer denitrifizierenden Belebungsanlage den zu reinigenden Abwässern Dolomitkalkhydrat in einer Menge zuführt, so daß der pH- Wert in einem Bereich von 7,5 bis 8,4 konstant gehalten wird, wie es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der pH-Wert in einem Bereich von 8,0 bis 8,4 zur Verbesserung der Schlammabsetz- und Schlammeindickfähigkeit konstant gehalten.

Je nach Zusammensetzung des Zulaufwassers werden etwa 50 bis 300 g Dolomitkalkhydrat je m³ Zulaufwasser zugeführt. Die Zugabe des Dolomitkalkhydrats kann trocken oder in Form einer Suspension erfolgen.

Die Zugabe der Magnesiumverbindungen erfolgt in der Nitrifikations- oder Denitrifikationsstufe.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können bei Phosphatzulaufkonzentrationen von im Mittel 10 bis 20 mg P/l Restgehalte an gelöstem Phosphat von < 2 mg P/l erzielt werden. Das Verfahren ist prozeßstabil und unterliegt nicht den störenden Schwankungen der bekannten Verfahren. Vorteilhaft ist ferner, daß sich die Zugabe einer Lauge zur pH-Wertregulierung bei Verwendung von Dolomitkalkhydrat erübrigt. Bei Phosphatzulaufkonzen­ trationen von bis zu 200 mg P/l werden maximale Phosphat- Ablaufkonzentrationen von 18 mg P/l festgestellt.

Durchführungsbeispiel

In einer Kläranlage mit drei hintereinander geschalteten Belebungsbecken wurde Dolomitkalkhydrat in trockener Form in das dritte Becken dosiert. Die Dosierung erfolgt pH- Wert gesteuert. Für die Einstellung eines konstanten pH- Werts von 8,2 wurden 150 g Dolomitkalkhydrat pro m³ Zulaufwasser dosiert. Dadurch stieg die Magnesiumkonzentration im Überstandswasser der biologischen Stufe auf 50 mg/l.

Die mittlere Phosphatkonzentration des Zulaufwassers betrug 26 mg P/l bei Spitzenwerten bis 200 mg P/l. Ansonsten war die Zusammensetzung des Zulaufwassers mit derjenigen kommunalen Abwassers in bezug auf CSB, BSB₅ und Stickstoff vergleichbar. Die mittlere Phosphatkonzentration im Ablauf der biologischen Stufe betrug 0,8 mg P/l.

Bei diesem pH-Wert kann die Ursache für die geringen Restgehalte an Phosphat nicht auf eine chemische Fällung des Phosphats als Calciumphosphat und/oder Magnesiumammoniumphosphat zurückgeführt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sank der Schlammindex von 150 auf 60 bis 80 ml/g, so daß das Nachklärbecken deutlich entlastet wurde. Das Ausmaß der Eindickung im Schlammstapelbehälter stieg von 2 auf 4 bis 5 Gew.-%. Das anfallende Schlammvolumen konnte somit in etwa halbiert werden, wobei aber aufgrund der Zugabe des Dolomitkalkhydrats ein Schlammehranfall von 10 bis 15% an Trockenmasse, bezogen auf den Betrieb der Anlage ohne Dolomitkalkhydrat-Zugabe, festgestellt wurde. Dieser Schlammehranfall bestand ausschließlich aus Calciumcarbonat.

Claims (2)

1. Abwasserreinigungsverfahren mit biologischer Phosphatelimination bei ansonsten bekannter Verfahrensführung, dadurch gekennzeichnet, daß man in der anoxischen oder aeroben Stufe einer nitrifizierenden/­ denitrifizierenden Belebungsanlage den zu reinigenden Abwässern Dolomitkalkhydrat in einer Menge zuführt, so daß der pH-Wert in einem Bereich von 7,5 bis 8,4 konstant gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert auf einen Wert zwischen 8,0 bis 8,4 konstant hält.