DE4024947A1 - Verfahren und klaeranlage zum reinigen von abwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Abwasser, wo­ nach die im Abwasser befindlichen Schmutzstoffe mechanisch zerkleinert, das vorbehandelte Abwasser im Wege eines biologischen Belebungspro­ zesses einer Nitrifikation und Denitrifikation unterzogen und das ge­ reinigte Abwasser nach erfolgter Schlammsedimentation abgeführt wird.

Die Abwasserreinigung erfolgt bekanntlich in Kläranlagen. Dazu wird das Abwasser regelmäßig einem Rechen- und Siebbecken zugeführt, in dem grobe Schweb- und Schwimmstoffe entfernt werden. Dem Rechen- und Siebbecken ist ein Sandfang nachgeordnet, damit sich sedimen­ tationsfähige Feststoffe absetzen können. Leichtflüssigkeiten wie Öle, Fette o. dgl. werden gegebenenfalls in einem angeschlossenen Ölab­ scheider oder Fettfang entfernt. Das Abwasser gelangt in ein Vorklär­ becken, in dem übrige absetzbare Verunreinigungen abgeschieden werden. Nach Verlassen des Vorklärbeckens werden die im Abwasser gelöst enthaltenen Schmutzstoffe, bei denen es sich im wesentlichen um organische Stoffe handelt, in einem Belebtschlammbecken aufgear­ beitet. Es folgt dann ein biologischer bzw. biochemischer Nitrifika­ tions- und Denitrifikationsprozeß. Dafür sind im allgemeinen ebenfalls eigene Becken vorgesehen. In einem sich anschließenden Nachklär­ becken erfolgt die Sedimentation des Belebtschlammes, während das gereinigte Abwasser abgeführt wird. - Eine derartige Abwasser­ reinigung ist in verfahrensmäßiger und anlagentechnischer Hinsicht verhältnismäßig aufwendig. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Reinigen von Abwasser der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welches sich in rationeller und wirtschaftlicher Weise durchführen läßt. Die dazu erforderliche Kläranlage soll sich durch Kompaktbauweise mit geringem technischen Aufwand und minimierter Wartung auszeichnen sowie auto­ matisch betreiben lassen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung in verfahrensmäßiger Hinsicht da­ durch, daß der Abwasserzulauf und in einem Belebtschlammbecken zu­ mindest der Sauerstoffgehalt, der pH-Wert, das Redox-Potential, die Temperatur und der Füllstand permanent erfaßt werden, daß in Ab­ hängigkeit der ermittelten Werte der Abwasserzulauf, die Durch­ mischung Abwasser/Schmutzstoffe bzw. Schlamm, die Belüftung und der Abwasserablauf zentral gesteuert werden, und daß die Zerkleinerung der Schmutzstoffe während des Füllens des Belebtschlammbeckens, das Durchmischen während des Füllens, der Nitrifikation und Denitrifika­ tion im Belebtschlammbecken, die Belüftung während der Nitrifikation und nach der Schlammsedimentation die Leerung des Belebtschlamm­ beckens vorgenommen werden. Außerdem können Ammonium und Nitrat­ stickstoff erfaßt werden. - Im Rahmen der Erfindung finden also die Nitrifikation, Denitrifikation und Sedimentation in einem Belebt­ schlammbecken statt. Für die Belebtschlammprozeß ist das Verhältnis der Schmutzstoffe bzw. Abwasserstoffe zum Sauerstoff von besonderer Bedeutung. Daher muß stets der Sauerstoffgehalt erfaßt und geregelt werden. Das gilt einerseits für die Oxidation und folglich Nitrifika­ tion, andererseits für die Reduktion und folglich Denitrifikation. Die Ermittlung des pH-Wertes und der Temperatur sind von Bedeutung, weil die für die biologische bzw. biochemische Abwasserreinigung erforderlichen Bakterien einerseits gegen Säuren, andererseits gegen Laugen empfindlich und im übrigen an einen bestimmten Temperatur­ bereich gebunden sind. Das Redox-Potential muß erfaßt werden, um lnformationen über die wirksame Reduktions- und Oxidationskraft des Abwassers bzw. Belebtschlammes zu erhalten. Durch Erfassung von Ammonium- und Nitratstickstoff wird der Ablauf der Nitrifikation/Deni­ trifikation aufgezeigt, die Meßdaten erlauben gemeinsam mit der Aus­ wertung der Redox-Potentialmessung eine gezielte Steuerung der Stick­ stoffelimination. Der Füllstand im Belebtschlammbecken muß erfaßt werden, damit stets nur das sich oberhalb der Schlammablagerungen befindliche und gereinigte Abwasser abgeführt wird. Im Rahmen der Erfindung werden die einzelnen Vorgänge derart gesteuert, daß erst nach dem Füllen des Belebtschlammbeckens die Nitrifikation, Denitri­ fikation und Sedimentation erfolgen, dagegen das Durchmischen schon im Zuge der Füllung ferner während der Nitrifikation und Denitrifi­ kation, jedoch nicht mehr während der Sedimentation. Die Belüftung findet lediglich während der Nitrifikation statt, der Wasserablauf und die Leerung des Belebtschlammbeckens erfolgt erst nach der Sedimentation. - Diese Vorgänge lassen sich im Rahmen der Erfindung automatisch und zentral steuern. Dadurch wird die gesamte Abwasser­ reinigung in verfahrensmäßiger Hinsicht erheblich rationalisiert und wirtschaftlich.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Kläranlage, und zwar insbe­ sondere Kleinkläranlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Eine solche Kläranlage mit einem Vorreinigungsbecken mit Zerkleinerungspumpe und einem Belebtschlamm­ becken mit Rührwerk und Luftzuführung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zerkleinerungspumpe ein Zulaufsensor nachgeschaltet ist, daß in dem Belebtschlammbecken zumindest ein Sauerstoffsensor, ein pH- Sensor, ein Redox-Sensor, ein Temperatursensor und ein Füllstand­ sensor angeordnet sind, daß die Sensoren unter Zwischenschaltung von Schalteinrichtungen an eine speicherprogrammierbare Steuerzentrale angeschlossen sind, und daß über die Steuerzentrale die Steuerung der Zerkleinerungspumpe, des Rührwerkes, der Luftzuführung und eines Ablaufes in dem Belebtschlammbecken erfolgt. Diese automatisch arbeitende Kläranlage zeichnet sich einerseits durch besonders kom­ pakte Bauweise aus, andererseits durch geringe Wartung. Die kom­ pakte Bauweise resultiert daraus, daß lediglich ein Becken, nämlich das Belebtschlammbecken für die Nitrifikation, Denitrifikation und Sedimentation erforderlich ist und folglich gereinigtes Abwasser un­ mittelbar aus dem Belebtschlammbecken abgeführt werden kann. Dabei werden über die Steuerung der Zerkleinerungspumpe der Abwasserzu­ lauf, über die Steuerung des Rührwerkes die Durchmischung und über die Steuerung der Luftzuführung die Sauerstoffversorgung geregelt. Zur Überprüfung des Belebungsprozesses sowie der Stickstoffelimina­ tion können dem Belebtschlammbecken ein Sauerstoffsensor, ein pH- Sensor, ein Ammonium- und Nitratstickstoffmeßgerät und ein Tempe­ ratursensor nachgeschaltet und über eigene Schalteinrichtungen an die Steuerzentrale angeschlossen sein. Der Ablauf in dem Belebtschlamm­ becken ist vorzugsweise zwischen einem minimalen und maximalen Pegelstand oberhalb der Schlammablagerung motorisch verfahrbar und über eine flexible Ablaufleitung an einen Beckenauslaß angeschlossen. Die Steuerzentrale ist zweckmäßigerweise über Analog/Digitalwandler für Datenübertragung an einen Personalcomputer angeschlossen. Von dort aus kann die gesamte Kläranlage unschwer überwacht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung nähert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema für eine erfindungsgemäße Kläranlage,

Fig. 2 ein Meß- und Steuerschema für den Gegenstand nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Funktionsschema für den Gegenstand nach Fig. 1.

In den Figuren ist eine Kleinkläranlage zum Reinigen von Abwasser dargestellt, und zwar mit einem Vorreinigungsbecken 1 mit einer Zer­ kleinerungspumpe 2 und einem Belebtschlammbecken 3 mit einem Rühr­ werk 4 und Luftzuführung 5, wobei die Luftzuführung 5 über das Rührwerk 4 erfolgt. Der Zerkleinerungspumpe 2 ist ein Zulaufsensor 6 nachgeschaltet. In dem Belebtschlammbecken 3 sind zumindest ein Sauerstoffsensor 7, ein pH-Sensor 8, ein Redox-Sensor 9, ein Nitrat- und Ammoniumstickstoffmeßgerät 9a, ein Temperatursensor 10 und ein Füllstandsensor 11 angeordnet. Außerdem kann ein Leitfähigkeit-Sensor 12 vorgesehen sein. Die Sensoren sind unter Zwischenschaltung von Schalteinrichtungen bzw. Schaltschränken 13 an eine speicherprogram­ mierbare Steuerzentrale 14 angeschlossen. Über die Steuerzentrale 14 erfolgt die Steuerung der Zerkleinerungspumpe 2 und folglich des Ab­ wasserzulaufs, des Rührwerkes 4 und folglich der Durchmischung, der Luftzuführung 5 und folglich der Sauerstoffversorgung und die Steuerung eines Ablaufes 15 in dem Belebtschlammbecken 3 zum Ab­ führen des gereinigten Abwassers. Dem Belebtschlammbecken 3 sind ein Sauerstoffsensor 16, pH-Sensor 17 und ein Temperatursensor 18 nachgeschaltet und über eigene Schalteinrichtungen bzw. Schalt­ schränke 19 an die Steuerzentrale 14 angeschlossen. Die Nachschaltung erfolgt vorzugsweise in einer Abflußleitung 20 für das gereinigte Ab­ wasser.

Der Ablauf 15 in dem Belebtschlammverfahren 3 ist zwischen einem minimalen und maximalen Pegelstand oberhalb der Schlammablagerung in diesem Belebtschlammbecken 3 motorisch verfahrbar und über eine flexible Ablaufleitung 21 an einen Beckenauslaß 22 angeschlossen. An die Steuerzentrale 14 sind Analog/Digitalwandler 23, 24 für Datenüber­ tragung und ein Personalcomputer 25 angeschlossen.

In verfahrensmäßiger Hinsicht arbeitet die zentral gesteuerte Klein­ kläranlage automatisch wie folgt. Der Abwasserzulauf zum Belebt­ schlammbecken 3 und der Sauerstoffgehalt, der pH-Wert, das Redox- Potential, Nitrat- und Ammoniumstickstoff, die Temperatur und der Füllstand in dem Belebtschlammbecken 3 werden permanent erfaßt. In Abhängigkeit von den ermittelten Werten werden der Abwasserzulauf, die Durchmischung, die Belüftung und der Abwasserablauf zentral ge­ steuert, folglich auch die Nitrifikations-, Denitrifikations- und Sedi­ mentationsvorgänge sowie schließlich die Entleerung des Belebtschlamm­ beckens 3. Die Zerkleinerung der im Abwasser mitgeführten Schmutz­ stoffe erfolgt während des Füllens des Belebtschlammbeckens 3, das Durchmischen während des Füllens, der Nitrifikation und Denitrifika­ tion im Belebtschlammbecken 3, dagegen die Belüftung lediglich wäh­ rend der Nitrifikation. Nach der Schlammsedimentation erfolgt die Lee­ rung des Belebtschlammbeckens 3. Das gilt für das gereinigte Ab­ wasser zwischen minimalem und maximalem Pegelstand.

Die erfindungsgemäße Kläranlage ist insbesondere für den Einsatz in kleinen Siedlungsbereichen ohne Kanalisation mit 100 bis 1000 Ein­ wohnern geeignet.

Claims (6)

1. Verfahren zum Reinigen von Abwasser, wonach die im Abwasser be­ findlichen Schmutzstoffe mechanisch zerkleinert, das so vorbehandelte Abwasser im Wege eines biologischen Belebungsprozesses einer Nitrifi­ kation und Denitrifikation unterzogen und das gereinigte Abwasser nach erfolgter Schlammsedimentation abgeführt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abwasserzulauf und in einem Belebtschlammbecken zumindest der Sauerstoffgehalt, der pH-Wert, das Redox-Potential, Nitrat- und Ammoniumstickstoff, die Temperatur und der Füllstand permanent erfaßt werden, daß in Ab­ hängigkeit der ermittelten Werte der Abwasserzulauf, die Durch­ mischung, die Belüftung und der Abwasserablauf zentral gesteuert werden, und daß die Zerkleinerung der Schmutzstoffe während des Füllens des Belebtschlammbeckens, das Durchmischen während des Füllens, der Nitrifikation und Denitrifikation im Belebtschlammbecken, die Belüftung während der Nitrifikation und nach der Schlammsedi­ mentation die Leerung des Belebtschlammbeckens vorgenommen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Belebtschlammbecken außerdem Nitrat- und Ammoniumstickstoff erfaßt werden.

3. Kläranlage, insbesondere Kleinkläranlage, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Vorreinigungsbecken mit einer Zerkleinerungspumpe und einem Belebtschlammbecken mit einem Rührwerk und Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerkleinerungspumpe (2) ein Zulaufsensor (6) nachgeschaltet ist, daß in dem Belebtschlammbecken (3) zumindest ein Sauerstoffsensor (7), ein pH-Sensor (8), ein Redox-Sensor (9), ein Nitrat- und Ammonium­ stickstoffmeßgerät (9a), ein Temperatursensor (10) und ein Füllstand­ sensor (11) angeordnet sind, daß die Sensoren unter Zwischenschaltung von Schalteinrichtungen (13) an eine speicherprogrammierbare Steuer­ zentrale (14) angeschlossen sind, und daß über die Steuerzentrale (14) die Steuerung der Zerkleinerungspumpe (2), des Rührwerkes (4), der Luftzuführung (5) und eines Ablaufes (15) in dem Belebtschlamm­ becken (3) erfolgt.

4. Kläranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Be­ lebtschlammbecken (3) ein Sauerstoffsensor (16), ein pH-Sensor (17) und ein Temperatursensor (18) nachgeschaltet und über eigene Schalt­ einrichtungen (19) an die Steuerzentrale (14) angeschlossen sind.

5. Kläranlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf (15) in dem Belebtschlammbecken (3) zwischen einem mini­ malen und maximalen Pegelstand oberhalb der Schlammablagerung im Belebtschlammbecken (3) motorisch verfahrbar und über eine flexible Ablaufleitung (21) an einen Beckenauslaß (22) angeschlossen ist.

6. Kläranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Steuerzentrale (14) Analog/Digitalwandler (23, 24) für Datenübertragung und ein Personalcomputer (25) angeschlossen sind.