DE2105831B2 - Verfahren zur biochemischen Abwasserreinigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biochemischen Abwasserreinigung, bei dem das aufzubereitende Abwasser zunächst kontinuierlich in ein Absetzbecken und dann in ein Belüftungsbecken eingeleitet wird, in dem es unter Zuführung von Luft mit beleb'em Schlamm intensiv vermischt wird, bei dem anschließend das Abwasser-Belebtschlammgemisch aus dem Belüf- *5 tungsbecken abgeleitet und der mitgeführte belebte Schlamm abgetrennt und zumindest teilweise wieder in das Belüftungsbecken rückgeführt wird.

Die bei der Reinigung von Abwässern auftretenden Probleme sind vielschichtig und die dafür angewandten bekannten Verfahren sind dementsprechend unterschiedlich. Bei einem bekannten Verfahren kommen aktivierte Schlämme zum Einsatz, d. h. es werden durch aerobe Gärung Mikrobenkolonien entwickelt, welche Schlämme bilden, die nach Abklärung teilweise erneut in Umlauf gebracht werden. Dieses Verfahren läßt sich so ausführen, daß ein Teil der Kolonie in der Form einer Schicht beibehalten wird und diese Schicht von der Flüssigkeit berieselt wird. Bei einem anderen bekannten Verfahren werden in der zur Gärung gebrachten w> Flüssigkeit Agglomeratsuspensionen von Mikroorganismen und als »Flocken« bezeichnete organische Stoffe aufrechterhalten. Die Durchführung dieser Verfahren ist aber allgemein zeitaufwendig. Bei ihnen tritt außerdem das Problem der Entleerung und -i Aufbereitung der überschüssigen Schlämme auf.

Nach der britischen Palentschrift 10 92 871 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung aktivierter Schlämme bekannt, bei denen die Flüssigkeit vermittels einer Pumpe aus dem Behälter abgezogen, mit Luft angereichert und dann am Boden des Behälters wieder in diesen eingeführt wird. Um eine rasche Durchmischung von Luft und Abwasser unter verringertem Energiebedarf für diese Durchmischung zu erreichen, werden außerdem die in Gärung befindlichen Schlämme umgewälzt. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch ebenfalls relativ zeitaufwendig. Des weiteren ist eine Weiterbehandlung der überschüssigen Schlämme erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine wesentlich schnellere Reinigung ermöglicht wird und die Aufbereitung überschüssiger Schlämme nahezu wegfällt.

Als Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in das Belüftungsbecken eine Luftmenge zwischen 0,5 und 2 mVmin pro m³ Abwasser eingeblar.en wird und daß der Gehalt an Biomasse in dem Belüftungsbecken auf einem Wert zwischen 15 und 50 g Schlamm trockengewicht pro Liter gehalten wird.

Gemäß der Erfindung werden die aktivierten Schlämme expandiert und in ihnen Turbulenzen erzeugt, durch welche die gesamte Masse durcheinandergewirbelt wird. Dadurch ergeben sich größere Berührungsflächen und der Wirkungsgrad des Gas-Flüssigkeits-Austausches wird wesentlich gesteigert, so daß die Aufbereitung beschleunigt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren führt die Lufteinblasung in einem weit über den Oxidationsbedarf für die Masse liegenden Durchsatz dazu, daß ein schneller Umlauf erhalten wird. Aufgrund der kräftigen Belüftung werden nicht nur sämtliche Feststoffteilchen in Suspension gebracht, und es werden die an den im Schlamm enthaltenen Mikroorganismen adsorbierten organischen Stoffe wie bei bekannten Verfahren oxidiert, sondern der schnelle und äußerst regelmäßige Umlauf der gesamten Masse um sich selbst und die Überführung der wäßrigen Flüssigkeit in e^:>ien hochexpandierten Zustand führen zur Ausbildung von Schlammdünnschichten von beträchtlicher Größe der Flüssigkeit-Luft-Berührungsfläche. Dadurch ist gewährleistet, daß die Flüssigkeit mit gelöstem Sauerstoff in Sättigung gehalten wird und der Reinigungsvorgang vermittels der Mikroorganismen beschleunigt wird.

Aufgrund der äußerst hohen Turbulenz werden die sich bildenden Mikroorganismenflocken absichtlich völlig dispergiert. Mit der Erfindung wird also die Bildung derartiger Flocken unterdrückt, da sie die Gesamtgröße der Austauschflächen verringern.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erfolgt gleichzeitig mit der Reinigung des Abwassers eine Degradation der suspendierten Schlämme, welche sogar als vollständige Zerstörung dieser Schlämme angesprochen werden kann.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Schlämme im Hinblick auf Autodigestion in einem hohen Durchsatz umgewälzt. Diese Umwälzung kann bis zu 100% betragen.

Aufgrund des beim erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Umwälzgrades kann die im allgemeinen bei bekannten Verfahren erforderliche anaerobe Nachbehandlung der Schlammüberschüsse in Fortfall kommen. Schlammüberschüsse, welche bei bekannten Verfahren von Zeit zu Zeit abgeführt werden müssen, fallen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in nur vernachlässigbar geringen Mengen an.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß ein sehr großer i\nteil der aktivierten Schlämme nach Dekantierung im Dauerbetrieb umgewälzt werden kann und trotzdem die Biomassenkonzentration im Gärbehälter einen stabilen Wert annimmt: Damit ist die Selbstzerstörung dieser Masse erwiesen, und diese braucht daher nicht mehr anschließend angeführt zu werden.

Die zur Verbesserung der Metabolismen der verschiedenen Mikroorganismen oder Kleinlebewesen erforderlichen organischen und mineralischen Beimischungen können in den Gärbehälter kontinuierlich oder nichtkontinuierlich eingeführt werden.

Wenn die Gesamtheit der von der gereinigten Flüssigkeit abgetrennten aktivierten Schlämme wieder dem Gärbehälter zugeführt wird, zeigt es sich, daß die Konzentration an aktivierten Schlämmen innerhalb des Gärbehälters zunächst weiter zunimmt und dann einen stabilen Grenzwert erreicht, wenn alle anderen Parameter konstant gehalten werden. Der Grenzwert hängt dabei insbesondere von den gewählten Parametern, dem Gehalt an organischen Stoffen in dem aufzubereitenden Wasser und der pro Zeiteinheit umgewälzten Menge ab. Das bedeutet, daß 'in praktisch vollständiger Selbstverbrauch sämtlicher in dem Gärbehälter entwickelter Kleinlebewesen stattfinden kann. Daher entfällt die Notwendigkeit, Schlämme zu beseitigen, mit Ausnahme einer von Zeit zu Zeit erfolgenden Ausräumung kleiner Mengen, wobei die mineralischen Verunreinigungen beseitigt werden.

Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, daß für die Wahl der optimalen Bedingungen für die Entwicklung der Kleinlebewesen, insbesondere die Temperatur einen wichtigen Faktor bildet. Die optimale Temperatui kann zwischen 12 und 40⁰C schwanken und hängt von den jeweils verwendeten Kleinlebewesen ab.

Das erfindungsgernäße Verfahren gestattet somit, in dem Gärbehälter einen sehr hohen Gehalt an Kleinlebewesen mit intensiver Aktivität und in einwandfreiem Zustand aufrecht zu erhalten.

Diese Aktivität läßt sich unter anderem auch durch Bestimmu..g der erzeugten Deshydrogenase zeigen. Dieses Exoenzym, das von den Kleinlebewesen ausgeschieden wird, dient zur Bestimmung der Aktivität der aktivierten Schlämme. Bei bekannten Systemen wird ein über 16 liegender Erzeugungswert als ausgezeichnet erachtet. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Maßnahmen haben erwiesen, daß die Erzeugung von Deshydrogenase in dem Gärbehälter zwischen 40 und 100 liegt.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines zur Erläuterung dienenden Ausführungsbeispiels beschrieben, das auf die Aufbereitung von Abwasser einer Zuckerrüben verarbeitenden Zuckerfabrik gerichtet ist. Die Zeichnung stellt eine schematische Darstellung der zur Ausführung des Verfahrens verwendeten Anlage dar.

Die Abwässer werden /-.unächst in einem Absetzbekken 1 entschlammt und mit Rechen mechanisch gereinigt und dann vermittels einer Pumpe 2 konstanter Förderleistung über einen Wärmeaustauscher 4. der selbsttätig geregelt wird und die für die Gärung der aufzubereitenden Abwasser gewählte Temperatur einhält, einem Gärbehälter 3 bekannter Ausführung mit gerichteter Umwälzung zugeführt. Vermittels eines Verdichters 5 wird in der Achse eines Zylinders 6 Luft in den Gärbehälter 3 eingeblasen, und in diesem wird vermittels der Belüftung eine konstante Umwälzung der expandierten Abwässc.' aufreciii erhalten. Die belüftete und mit Schlämmen beladene Brühe wird kontinuierlich abgezogen und einem Klarbehälter 7 zugeführt, wobei die Abaugsmenge vermittels einer Steuervorrichtung 8 selbsttätig geregelt wird, welche das Gewicht der in dem Gärbehälter befindlichen Arbeitsflüssigkeit konstant hält. Die aus dem Klarbehälter 7 abgezogenen Schlämme werden vermittels einer Pumpe 9 wiederum dem Gärbehälter 3 zugeführt, wobei eine Rohrleitung 10 vorgesehen ist, die dazu dient, erforderlichenfalls ίο Schlämme abzuführen. Eine Auslaßleitung 13 mit einem Absperrschieber gestattet das kontinuierliche oder nichtkontinuierliche Entfernen von eventuellen überschüssigen Mineralschlämmen. Das gereinigte und geklärte Abwasser tritt durch eine Rohrleitung 11 aus und kann vorteilhafterweise von neuem in einem Behälter 12 geklärt werden, wobei der konzentrierte Ausfluß von neuem umgewälzt wird.

Beispielsweise wurden auf diese Weise in einer halbindustriellen Anlage mit einem Gärbehälter, dessen Höhe 8 m und dessen Durchmesser 1,60 m betrug, in der Stunde 2000 Liter Abwasser von einer Zuckerfabri* aufbereitet. Die Temperatur wu;<ie auf 20°C gehalten, und der Belüftungsdurchsatz betrug 0,55 mVmin pro m³ nicht expandierter Flüssigkeit. Die Schlammkonzentration in dem Gärbehälter erreichte dabei einen Grenzwert in der Größenordnung von 40 g Trockenstoffen pro Liter. Die Durchlaufzeit der Flüssigkeit durch den Gärbehälter betrug 4 Stunden. Das Abwasser wurde zu 92% gereinigt, was einer Reinigung gemäß dem DCO-Wert in der Größenordnung von 10 kg Sauerstoff pro Stunde entspricht.

Es ist ggf. auch möglich, die Abwasser vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem geringeren Grade zu reinigen, was einem bestimmten Aufwand an Leistungsbedarf entspricht, und damit die Behandlungszeit und ebenfalls die Betriebskosten zu senken, und die vollständige Reinigung vermittels einer zusätzlichen Vorrichtung nach einem bekannten Verfahren vorzunehmen. Beispielsweise könnte die Reinigung vermittels des erfindungsgemäßen Systems bei einem DCO- oder DBO-Wert in der Größenordnung von 500 bis 1000 abgebrochen und ein zwischen 50 und 100 liegender Wert vermittels einer nachgeschalteten Nachbehandlungsvorrichtung erreicht werden, wobei die Erzielung 4^r> des letztgenannten Ergebnisses vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in den hier betrachteten Fällen weniger rentabel sein kann.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufbereitungsverfahren ermöglicht eine hohe Reinigungsgev > schwindigkeit für ein kleines Stoffvolumen. Die zur Ausführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtungen können voliautomatisiert sein, und bei spürbarer Verringerung des Volumens der aktivierten Schlä.nme wird ein sehr hoher Reinigungsgrad erzielt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere gut zur Aufbereitung von sehr stark beladenen Abwässern, weil es eine unmittelbare Benandlung von Abwässern ermöglicht, deren DBO-Wert bis zu 10 000 betragen oder sogar darüber liegen kann. Ein weiterer ■ ' Vorteil des erSndungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es ohne Beeinträchtigung in einen anderen Abwasser-Aufbereitungskreislauf eingeschaltet werden kann, um dessen Wirkungsweise 7U steigern. Als Beispiel sei auf Fabriken verwiesen, die auf die > Wiederverwendung der von ihnen verschmutzten Abwasser angewiesen sind. Die Einschaltung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung in den Speisewasserkreislauf gestattet infolge

der Reinigung der umgcwäl/tcn Abwässer eine einfachere und wirtschaftlichere Auslegung des gesamten Wasserumwalzkreislaufs. Dieses Beispiel ist insbesondere auf dir Aufbereitung der Abwässer einer Zuckerfabrik anwendbar, die auf diese Weise sofort und ohne Unterbrechung umgewälzt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur biochemischen Abwasserreinigung, bei dem das aufzubereitende Abwasser zunächst kontinuierlich in ein Absetzbecken und dann in ein Belüftungsbecken eingeleitet wird, in dem es unter Zuführung von Luft mit belebtem Schlamm intensiv vermischt wird, bei dem anschließend das Abwasser-Belebtschlammgemisch aus dem Belüftungsbecken abgeleitet und der mitgeführte belebte Schlamm abgetrennt und zumindest teilweise wieder in das Belüftungsbecken rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Belüftungsbecken eine Luftmenge zwischen 0,5 und

2 mVmin pro m³ Abwasser eingeblasen wird und daß der Gehalt an Biomasse in dem Belüftungsbecken auf einem Wert zwischen 15 und 50 g Schlammtrokkengewicht pro Liter gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte abgetrennte belebte M Schlamm rückgeführtwird.

3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abwasser-Belebtschlammgemisches in dem Belüftungsbecken zwischen 12 und 40⁰C gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abwasser aus einer Zuckerfabrik gereinigt werden, wobei in dem Belüftungsbecken eine Luftmenge zwischen 0,5 und 0,6 mVmin pro m³ Abwasser eingeblasen wird und der Gehalt an Biomasse in dem Belüftungsbecken auf einem ''^vert zwischen 25 und 50 g Schlammtrokkengewicht pro Liter und die Temperatur zwischen 15 und 35³ C gehalten werden.

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