DE3916679A1

DE3916679A1 - Anlage fuer die reinigung von abwasser, insbesondere von kommunalem abwasser

Info

Publication number: DE3916679A1
Application number: DE3916679A
Authority: DE
Inventors: Botho Prof Dr Ing Dr Boehnke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1989-05-23
Publication date: 1990-11-29
Also published as: DE3916679C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage für die Reinigung von Ab wasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, - mit einer biologischen Schwachlastbelebungsstufe und einer nachgeschal teten biologisch intensivierten Filteranlage mit Rückspülein richtung, wobei die Filteranlage eine physikalische Reinigung bewirkt und die in dem Ablauf aus der Schwachlastbelebungs stufe noch enthaltene (NH₄-N)-Belastung nitrifiziert, und or ganische Belastungen weiter abbaut. Es versteht sich, daß die Filteranlage mit feinkörnigen oder stückigen Filterstoffen, z. B. Sand, Tuff, Braunkohlenkoks, Aktivkohle, gebrannten po rigen Stoffen u. dgl. arbeitet. Sie weist entsprechende Ein bauten für die Aufnahme dieser Filterstoffe auf. - (NH₄-N) meint Stickstoff in Form von NH₄.

Bei den aus der Praxis bekannten Anlagen, von denen die Er findung ausgeht, bildet die Filteranlage eine einzige Filter stufe, die im aeroben Bereich arbeitet. Eine solche biolo gisch intensivierte Filteranlage hat eine hohe Reinigungswir kung, sie reinigt physikalisch und ist darüber hinaus in der Lage, die in dem zufließenden Ablauf noch enthaltene (NH₄-N)- Belastung teilweise zu nitrifizieren, d. h. eine Umbildung zu NO₃ vorzunehmen. So vollständig diese Umbildung auch ge schehen mag, sie ändert nichts an der Stickstofffracht, die der Ablauf aus der Schwachlastbelebungsstufe mitbringt und die sich folglich in dem gereinigten Abwasser hinter der Fil terstufe wiederfindet. Sie kann im Rahmen der bekannten Maß nahmen durch die Behandlung des Ablaufs in der Filterstufe nicht minimiert werden. Um die Stickstofffracht zu minimieren, muß die der Filteranlage vorgeschaltete Schwachlastbelebungsstufe entsprechend ausgelegt und insbesondere für eine ausreichende Denitrifizierung eingerichtet werden. Das führt zu einem stö rend großen Flächen- und Raumbedarf der Schwachlastbelebungs stufe.

Im einzelnen ist zu der Technologie der Reinigung von Abwas ser mit Minimierung der Stickstofffracht folgendes zu bemer ken:

Die üblichen biologischen Reinigungssysteme zur weitgehenden Reduzierung der N- und P-Verbindungen sowie einer weitgehen den Elimination von organischen, zum Teil toxischen Substan zen erfordern für den biologischen Teil viel Raum und damit Fläche. Der Raumbedarf bei einer einstufigen Anlage beträgt über 250 Liter pro Einwohnergleichwert, bei zweistufigen An lagen über 175 Liter pro Einwohnergleichwert. Dabei nimmt die Schwachlast-Biologie mit über 60% den größten Raumbedarf in Anspruch. Darüber hinaus können bei Belastungsstößen Über schreitungen der vorgegebenen Grenzwerte der Abwasserreini gung nicht ausgeschlossen werden. Aus diesem Grunde wird bei hohen Anforderungen an die Reinigung eine biologisch intensi vierte Filterstufe nachgeschaltet.

Grundsätzlich sind Filter in verschiedenen Ausführungsarten und mit unterschiedlichen Durchströmungsrichtungen bekannt. Auch kann das Filtermaterial sehr unterschiedlich sein, z. B. arbeitet man mit Sand, porösem feinkörnigen Material wie Tuff, Braunkohlenkoks, aktiver Kohle und sonstige zu- und aufbereitete Materialien. Solche Filter haben ohne biologi sche Intensivierung im wesentlichen die Aufgabe, Restschweb stoffe und abtreibende Flocken zurückzuhalten. Bei langsamer Strömung treten zusätzlich biologische Reinigungseffekte im Filter auf, die jedoch spärlich bleiben. Ein biologisch in tensiviertes, einer Schwachlastbelebungsstufe nachgeschalte tes Filter hat eine hohe Reinigungsleistung, weil es aerob, d. h. mit Luft- bzw. Sauerstoffzugabe, gefahren wird. Es ist neben der reinen physikalischen Reinigungswirkung in der La ge, die noch enthaltene (NH₄-N)-Belastung, wie beschrieben, zu nitrifizieren. So gut dabei die biologische Umbildung von NH₄ zu No₃ ist, sie ändert nichts an der abgegebenen Stick strofffracht. Nach den geltenden Richtlinien ist aber nicht nur der Ammoniumgehalt zu minimieren, sonder die Stickstoff fracht insgesamt abzubauen. Das gelingt im Rahmen der bekann ten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, bisher nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, des eingangs beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus anzugeben, die es erlaubt, in bezug auf die Schwachlastbelebungsstufe mit sehr viel geringerem Raum- und Flächenbedarf zu arbeiten, bei der aber nichtsdestoweniger eine beachtliche Reduzierung der Stickstofffracht und folglich eine sehr weitgehende Rei nigung erfolgt, die es aber darüber hinaus erlaubt, auch die C-, N-, CSB-Belastung des zulaufenden Abwassers weitgehend abzubauen, und zwar insbesondere die äußerst störenden, unan genehmen und häufig toxischen Kohlenwasserstoffverbindungen zu entfernen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Fil teranlage zwei Filterstufen aufweist, die beide biologisch intensiviert sind und in bezug auf die Strömung des Ablaufs hintereinander geschaltet sind, und daß die in bezug auf die se Strömung erste Filterstufe als Nitrifizierungsstufe, die zweite als Denitrifizierungsstufe eingerichtet ist. In bezug auf die Begriffe Nitrifizierungsstufe und Denitrifizierungs stufe wird verwiesen auf "Lehr- und Handbuch der Abwasser technik", Band II (1975), Seiten 454 bis 457. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Betriebsweise so zu wählen, daß das erste Filter zu etwa 80% der Höhe ein Nitrifikationsfilter ist und auf den letzten 20% bereits eine Umstellung auf ei nen anoxischen Betrieb erfolgt, während das zweite Filter als reine Denitrifizierungsstufe betrieben wird. Der Raumbedarf der Schwachlastbelebungsstufe kann um 20% und mehr reduziert werden, z. B. von etwa 200 Liter pro Einwohnergleichwert auf 150 Liter pro Einwohnergleichwert bei einer vorgeschalteten Abwasserreinigungsanlage, die nach der Adsorptionstechnologie arbeitet (vgl. "Korrespondenz Abwasser", 30. Jahrgang, Heft 7, Seiten 452 ff.).

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die bei den Filterstufen umschaltbar und von dem Ablauf in unter schiedlicher Folge durchströmbar. Es versteht sich, daß ins besondere im Zusammenhang mit im Rahmen der Wartung erforder lich werdenden Rückspülmaßnahmen die Filterstufen einer er findungsgemäßen Anlage einzeln betreibbar sind, z. B. die baulich erste Filterstufe arbeitend, die baulich zweite Fil terstufe rückspülend und umgekehrt. Bewährt hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, die dadurch ge kennzeichnet ist, daß die einzelnen Filterstufen Filterein richtungen aufweisen, die ihrerseits als Parallelfilter, z. B. aus jeweils drei Filterelementen, ausgeführt sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß die Filtereinrichtungen als Füllung eine Schüttung aus porigen Filterstoffen aufwei sen, vorzugsweise aus körniger Aktivkohle.

Um in der beschriebenen Weise die Nitrifizierung bzw. die De nitrifizierung funktionssicher durchzuführen, empfiehlt es sich, die Filterstufen mit Belüftungseinrichtungen auszurü sten, wobei die jeweils erste Filterstufe mit Belüftung, die jeweils zweite Filterstufe ohne Belüftung betrieben ist. Eine Begasung für die zweite Filterstufe ist jedoch zweckmäßig, wenn sich der Porenraum mit Stickstoffgas zusetzt und der Ab wasserdurchlauf gestört bzw. völlig unterbrochen wird. Zur Begasung wird vorzugsweise das auf der Kläranlage anfallende Methan benutzt. Falls keine Schlammbehandlung vorgesehen ist, erfolgt die Begasung mittels Stickstoffgas. Die Betriebspara meter, einschließlich Durchlaufzeit, pH-Wert u. dgl., lassen sich so einrichten, daß die jeweils erste Filterstufe funk tionssicher nitrifizierend arbeitet und außerdem für eine weitgehende CSB-Reduzierung, insbesondere für den biologi schen Abbau schädlicher toxischer Kohlenwasserstoffverbindun gen, eingerichtet ist. Entsprechend lassen sich die Betriebs parameter so wählen, daß die jeweils zweite Filterstufe deni trifizierend arbeitet und außerdem für einen weiteren BSB₅- und CSB-Abbau eingerichtet ist. Dabei kann es, je nach dem Gehalt des Ablaufs an Nahrung für die Biozönosen in der zwei ten Filterstufe zweckmäßig sein, in die jeweils zweite Fil terstufe organische Nahrung in Form von Melasse, Methanol, aufbereitetem Belebtschlamm und einem gasförmigen Kohlen stoffträger (z. B. Methan) od. dgl. einzuführen. Der bei der Rückspülung einer Filterstufe anfallende Belebtschlamm wird zweckmäßigerweise in die Schwachlastbelebungsstufe wieder eingeführt. Die Filterstufen haben im Rahmen der Erfindung insgesamt als zusätzliche Auf gabe nicht nur die Denitrifikation erhalten, sondern elimi nieren auch erheblich mehr "schwer abbaubare organische Sub stanzen", die z. B. durch teilweisen Abbau zu organisch leicht abbaubaren Stoffen umgebildet werden bzw. weitgehend biologisch abgebaut werden. Dies wird dadurch erreicht, daß im Filtermantel giftige und schädliche Substanzen aufkonzen triert werden und somit nunmehr die geschädigten Bakterien zu vermehrter Mutation und Selektion und damit zur Bildung resistenter Stoffe zwingen.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage kann die biologische Schwachlastbelebungsstufe auf verschiedene Weise ausgelegt sein. Sie läßt sich in bezug auf den Raumbedarf und Flächen bedarf bei Verwirklichung der Lehre der Erfindung stets be achtlich reduzieren. Die Schwachlastbelebungsstufe kann einer einstufigen Abwasserreinigungsanlage angehören. Die erreich ten Vorteile sind besonders ausgeprägt, wenn die Schwachlast belebungsstufe einer zweiten Reinigungsanlage angehört, die nach der Adsorptionstechnologie arbeitet (vgl. "Korrespondenz Abwasser", 30. Jahrgang, Heft 7, Seiten 452. ff.). Der Kombi nation einer solchen Abwasserreinigungsanlage mit den be schriebenen Maßnahmen kommt daher besondere Bedeutung zu. - Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß einerseits der Raumbedarf und damit auch der Flächenbedarf für die bio logische Stufe drastisch reduziert werden kann, andererseits die durch die Reduzierung des Raum- und Flächenbedarfs höhe ren N-Substanzen nitrifiziert und auch denitrifiziert werden. Die schwer abbaubaren Substanzen (grob erfaßt im CSB) werden erheblich besser abgebaut, insbesondere die gefährlichen toxischen Verbindungen wie z. B. AOX, PAC, Pestizide u. dgl. minimiert werden.

Ein sehr weitgehender Abbau schwer abbaubarer CSB- und schäd licher bzw. toxischer Kohlenwasserstoff-Verbindungen ist im Rahmen der Erfindung mit aktivierter Braunkohle oder Aktiv kohle als Filtermaterial zu erreichen, aber auch über ge brannte und feinporige Filterstoffe. Bezüglich des Abbaus von schädlichen Kohlenwasserstoff-Verbindungen bringt die Verwen dung von aktivierter Kohle die besten Wirkungsgrade. Auch der Einsatz von Pulver- oder Feinkohle hat einen hervorragenden Effekt, der aber nach Erschöpfung der Bindungskräfte nachläßt und eine Regenerierung erforderlich macht. Demgegenüber brin gen Filter mit körniger Aktivkohle wegen der großen Affinität und der somit vorhandenen Bindungskräfte besondere Vorteile, nämlich eine hohe Anreicherung an schwer abbaubaren und zum Teil toxischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen, eine starke Besiedlung des porigen Kohlekerns und der Oberfläche und we gen der Überschreitung der toxischen Giftschwelle für die Bakterien eine Selektion und verstärkte Mutation. Die hier wachsenden Bakterien mit neuen resistenten Eigenschaften nut zen jetzt die absorbierten Schadstoffe als Nahrung und erlau ben eine ständige Nutzung des Kohlefilters. In der ersten Filterstufe werden vorwiegend wegen des hohen N/BSB₅-Verhält nisses autotroph arbeitende Nitrifikaten ansässig sein, aber auch heterotrophe Bakterien. In der zweiten Filterstufe, die zur Denitrifizierung anoxisch betrieben werden muß, werden die Heterotrophen überwiegen, da einerseits für die Nitrifi kanten die Nahrung (NH₄-N und organischer N) fehlt und ande rerseits kein gelöster Sauerstoff vorhanden ist. In beiden Fällen sind in ausreichender Zahl autotrophe und heterotrophe Lebewesen vorhanden, jedoch werden die Heterotrohen bevorzugt.

Beispiel

Eine zweistufige Filteranlage mit vermehrter Leistung wird beschrieben, die hinter einer Schwachlastbelebungsstufe einer Anlage für die Abwasserreinigung arbeitet. Außer der üblichen Filterleistung wie "Abfiltrieren", "Nitrifizieren", und, in Verbindung mit einer Flockung, "Phosphatentfernung" kann die se Filteranlage "Denitrifizieren" und schwer abbaubare orga nische, insbesondere toxische Stoffe, weitgehend entfernen. Die Filteranlage ist in der einzigen Figur beispielhaft für den abwärtsströmenden Wasserstrom dargestellt. Ebenso ist der Betrieb der Filteranlage für den aufwärtsströmenden Wasser strom ausbildbar. Der Ablauf aus der Schwachlastbelebungsstu fe wird bei 1 zugeführt. Das gereinigte Abwasser verläßt die Anlage bei 2. Das Abwasser hat zuvor die Filterstufen A und B, wie weiter unten erläutert wird, passiert.

Die in der Figur dargestellte Filteranlage ist, wie die vor geschaltete Abwasserreinigungsanlage, für 100 000 Einwohner gleichwerte ausgelegt. Es erfolgt ein Zufluß von weitgehend gereinigtem Abwasser mit folgenden Belastungen:

BSB₅-Zulauf:
≃ 6-7 mg/l
CSB:	≃ 40 mg/l
(NH₄-N)-Spitzen:	≃ 10 mg/l
NO_x-N, org. N:	≃ 10 mg/l

Betrachtet man die Figur, so erkennt man, daß die folgenden Filterläufe möglich sind:

Filter A → Filter B
Filter B → Filter A

Das biologisch gereinigte Abwasser kann sowohl in einer auf wärts- als auch in einer abwärtsdurchströmten Filtereinrich tung behandelt werden.

Die beiden im Ausführungsbeispiel identisch ausgebildeten Filterstufen A und B sind auf eine Durchgangsgeschwindigkeit von 5 m/h bei Trockenwetter ausgelegt. Jede Filterstufe hat eine Grundfläche von rund 10×16,7 m und enthält z. B. drei Parallelfilter, die mit Aktivkohle in einer Höhe von 1,80 m gefüllt sind. Der benötigte Filternutzraum der gesamten Fil teranlage beträgt bei der hier dargestellten Lösung 6 Liter pro Einwohnergleichwert.

Das zu reinigende Wasser möge im Ausführungsbeispiel die erste Filterstufe von oben nach unten durchströmen und wird im Gegenstrom belüftet bzw. in der zweiten Filterstufe begast. Das ablaufende Abwasser wird weitgehend von abfiltrierbaren Stoffen befreit, es werden auch die organischen Belastungen, BSB₅, vermindert und die noch zufließenden Ammoniumbelastungen weitgehend nitrifiziert. Die Aktivkohle oder auch anaktivierte Braunkohle adsorbieren oder absorbieren sonstige, organische, schwer abbaubare bzw. toxisch wirkende Verbindungen, die festgehalten werden. Man erreicht Konzentrationserhöhungen um das 50- bis 200fache. Die genannten Verbindungen wirken in den höheren Konzentrationen schädigend bzw. toxisch auf die Bakterien ein und führen zur Bildung von Mutanten und durch Selektion zur Bildung resistenter Bakterienstämme, welche die sonst giftigen Substanzen neutralisieren bzw. als Nahrung nutzen. Diese Reaktionen führen trotz des geringeren Raumangebotes von 6 Litern pro Einwohner gleichwert zu einem biologischen Abbau der genannten Substan zen und erlauben es so, das Filter ohne Erschöpfung der Ad sorptionskraft weiter zu betreiben. Setzen sich die Filter von Zeit zu Zeit zu, so können sie freigespült werden. Die Spülung erfolgt wie üblich von unten nach oben nach einem ab gestimmten Spülprogramm mit Wasser allein bzw. Wasser und Luft bzw. Gas gemeinsam. Die Spülung wird aber zweckmäßiger weise nicht bis zur restlosen Säuberung durchgeführt, sondern endet früher, damit genügend biologisches Material für den folgenden biologisch intensivierten Filterprozeß vorhanden ist.

Der in der zweistufigen Filteranlage gereinigte Ablauf aus der nicht gezeichneten, vorgeschalteten Abwasserreinigungsan lage mit geringerer CSB-Konzentration und (NH₄-N)-Belastung, aber höheren (NO₃-N)-Werten läuft aus der ersten Filterstufe weiter zur zweiten ähnlich aufgebauten Filterstufe, die al lerdings nicht belüftet sondern begast wird. Vor Eintritt des Abwassers in die zweite Filterstufe wird organisches Material in gelöster oder gasförmiger Form zugegeben, damit ein genü gend hohes Verhältnis BSB₅/NO₃-N (gleich oder größer als 3) vorhanden ist.

Der bei der Spülung herausgespülte Belebtschlamm und der zu rückgehaltene inerte Schlamm werden der Belebungsstufe zuge geben.

Diese beschriebene Betriebsweise führt zu wenig unterschied lich aufgebauten Biozönosen in den beiden Filterstufen. Zu nächst sind in beiden Filterstufen sowohl autotrophe Nitri fikanten als auch heterotrophe Mikroorganismen vorhanden. In der ersten Filterstufe werden die Nitrifikanten bevorzugt ge fördert (Nahrung und Sauerstoff), in der zweiten Filterstufe werden die heterotrophen Formen bevorzugt gefördert.

Zur besseren Wirkungsweise wird der Durchlauf durch die Fil terstufen in kurzen Zeitabständen, je nach Art des zuflie ßenden Ablaufs, gewechselt, so daß ein optimaler Besatz der Filter sowohl mit autotrophen als auch mit heterotrophen Mi kroben gesichert ist.

Claims

1. Anlage für die Reinigung von Abwasser, insbesondere von kommunalem Abwasser, - mit
einer biologischen Schwachlastbelebungsstufe und
einer nachgeschalteten biologisch intensivierten Filteranlage mit Rückspüleinrichtung,
wobei die Filteranlage eine physikalische Reinigung bewirkt und die in dem Ablauf aus der Schwachlastbelebungsstufe noch enthaltende (NH₄-N)-Belastung nitrifiziert, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranlage zwei Filterstufen aufweist, die beide biologisch intensiviert sind und in bezug auf die Strömung des Ablaufs hintereinander ge schaltet sind, und daß die in bezug auf die Strömung erste Filterstufe als Nitrifizierungsstufe, die zweite als Denitri fizierungsstufe eingerichtet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Filterstufen umschaltbar und von dem Ablauf in unter schiedlicher Folge durchströmbar sind.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß insbesondere im Zusammenhang mit Rückspülmaß nahmen die Filterstufen einzeln betreibbar sind.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die einzelnen Filterstufen Filtereinrichtungen aufweisen, die ihrerseits als Parallelfilter, z. B. aus je weils drei Filterelementen, ausgeführt sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Filtereinrichtungen als Füllung eine Schüt tung aus porigen Filterstoffen aufweisen.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Filtereinrichtungen als Füllung eine Schüt tung aus stückiger Aktivkohle, Korngröße etwa 1,5-3 mm, aufweisen.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Filterstufen mit Belüftungs- bzw. Bega sungseinrichtungen ausgerüstet sind und die jeweils erste Filterstufe mit Belüftung, die jeweils zweite Filterstufe mit Begasung betrieben ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die jeweils erste Filterstufe nitrifizierend arbeitet und außerdem für eine weitgehende CSB-Reduzierung, insbesondere für den biologischen Abbau toxischer Kohlenwas serstoffverbindungen, eingerichtet ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die jeweils zweite Filterstufe denitrifizierend arbeitet und außerdem für einen weiteren BSB₅- und CSB-Abbau eingerichtet ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß in die jeweils zweite Filterstufe organische Nahrung für die dort arbeitenden Biozönosen, z. B. in ge löster oder gasförmiger Form von Melasse, Methanol, aufberei tetem Belebtschlamm oder z. B. Bethan, einführbar ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der bei der Rückspülung einer Filterstufe an fallende Belebtschlamm in die Schwachlastbelebungsstufe wie der einführbar ist.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwachlastbelebungsstufe einer zweistufi gen Abwasserreinigungsanlage angehört, die nach der Adsorp tionstechnologie arbeitet.