DE102004005735A1 - Verfahren zur Verbesserung der Bio-P-Elimination beim SBR-Verfahren - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Abwasserreinigung von SBR-Anlagen mit mindestens einem Pufferbehälter und mindestens einem SB-Reaktor, bei denen Abwasser aus dem mindestens einen Pufferbehälter in den mindestens einen SB-Reaktor gefördert wird, wobei ein Teil des in dem mindestens einen SB-Reaktor anfallenden Belebtschlamms in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter rückgefördert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abwasserbehandlung im Rahmen von SBR-Anlagen (SBR: Sequencing-Batch-Reactor) mit einem oder mehreren vorgeschalteten Pufferbehälter(n), bei dem ein SBR-Belebtschlamm-Teilstrom in diesen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter geführt wird, um die biologische P-Elimination zu verbessern.
• Bei sehr vielen kommunalen, industriellen und gewerblichen Abwasserreinigungsanlagen sind in den letzten beiden Jahrzehnten Verfahrensschritte zur Realisierung und/oder Verbesserung der biologischen P-Elimination integriert worden.
• Dieses ist ökonomisch sehr vorteilhaft, da die erforderlichen P-Eliminationsraten (gemäß der EU-Wasser-Rahmen-Richtlinie und dem deutschen Wasserhaushaltsgesetzt WHG) somit nicht nur mit chemischen Methoden mittels Fällmittelzugabe sondern überwiegend rein biologisch durch vermehrte P-Aufnahme des Belebtschlamms erreicht werden kann. Damit können große Mengen an Fällmittel eingespart werden und der auf Basis der Fällmittelzugabe zusätzlich produzierte chemische Überschussschlamm, der meist sehr teuer entsorgt/verwertet werden muss, entfällt.
• Es ist auch deshalb ökologisch sehr vorteilhaft, da mit Reduktion der erforderlichen Fällmittelzugabe (meistens Eisen-III-Salze) eine entsprechend einhergehende Aufsalzung der Vorfluter reduziert wird. Zudem enthalten viele Fällmittel nicht unerhebliche Mengen an Schwermetallen, deren unvermeidliche Verteilung auf die Überschussschlämme und die Vorfluter ökologisch bedenklich sind.
• Alle Verfahren zur biologischen P-Elimination beruhen auf der positiven Selektionierung von speziellen Bakterien, den so genannten Bio-P-Bakterien, die weitaus mehr Phosphor speichern bzw. einlagern können, als für ihr eigentliches Wachstum erforderlich ist. Der P-Gehalt von Bio-P-Bakterien kann 5 % P bezogen auf die Zelltrockenmasse (TS) übersteigen, während der Gehalt unter normalen Umständen nur bei ca. 1,5 % liegt.
• Bei all diesen Verfahren ist ein zyklischer Wechsel zwischen anaeroben und aeroben Zuständen die Grundvorrausetzung für eine stabile Bio-P-Elimination. Unter anaeroben Bedingun gen darf zudem der Nitratgehalt nicht zu hoch sein. Nitrat-Konzentrationen > 5 mg/l hemmen die Bio-P-Elimination deutlich und Sauerstoff darf nur maximal in Spuren möglichst unter 0,1 mg/l vorhanden sein. Desweiteren muss unter anaeroben Bedingungen leicht abbaubarer Kohlenstoff, z.B. kurzkettige organische Fettsäuren wie Azetat vorhanden sein.
• Bei Vorliegen all dieser Vorraussetzungen werden die Bio-P-Bakterien positiv selektioniert und folgende P-Dynamik kann dann beobachtet werden:
  Unter anaeroben Bedingungen wird vom Belebtschlamm (bzw. von den Bio-P-Bakterien im Belebtschlamm) der leicht abbaubare Kohlenstoff aufgenommen und gleichzeitig Phosphor in das umgebende Wasser freigesetzt. Im Rahmen der nachfolgenden aeroben Bedingungen wird deutlich mehr Phosphor als für das reine Wachstum erforderlich wieder aufgenommen und in den Zellen überwiegend als Polyphosphat abgespeichert. Mit regelmäßiger Entnahme eines Teils des Belebtschlamms als Überschussschlamm wird dann dieser vermehrt aufgenommene Phosphor dem Abwasser entnommen.
• Zur Verstärkung bzw. Verlängerung dieser Anaerobphasen sind schon einige Verfahrenskonzepte entwickelt worden:
  Nach WO 93/04759 und US 5,395,527 wird vorgeschlagen, die Beschickung der Reaktoren mehr oder weniger flächig auf der Reaktorsohle durchzuführen. Damit wird das Rohabwasser von unten durch das sedimentierte Belebtschlammbett hindurchgedrückt. Zweifellos wird damit der Prozess der P-Rücklösung, und somit der Bio-P-Prozess als solcher, begünstigt. Allerdings ist die Ausführung einer nahezu Sohle-flächigen Reaktorbeschickung sehr teuer. Zudem ist dieser Prozess sehr anfällig gegen zu hohe Sauerstoff- und Nitratkonzentrationen des Zulaufes, die die P-Rücklösung hemmen.
• Nach US 5,013,441 wird vorgeschlagen, in den Reaktorzulaufbereich einen anoxischen/anaeroben Selektor zu installieren, in den mehr oder weniger kontinuierlich Belebtschlamm aus den anderen Reaktorbereichen, quasi als Rücklaufschlamm, geführt wird. Auch damit kann die Bio-P-Elimination begünstigt werden, wobei wiederum auch bei dieser Verfahrensvariante die P-Rücklösung gehemmt wird durch entsprechend hohe Sauerstoff und Nitratkonzentrationen im Zulauf und zudem durch hohe Konzentrationen im Rücklaufschlamm.
• Nach EP 0834474 wird vorgeschlagen durch einen spezifisch hydrolisierenden Betrieb eines vorgeschalteten Pufferbehälters die biologische P-Elimination in den Reaktoren zu begünstigen. Dieses Verfahren ist großtechnisch auf bisher 12 Kläranlagen hinsichtlich der Bio-P-Elimination mit Erfolg realisiert worden. Allerdings wird auch hier die Bio-P-Elimination bei Mischwasserzuläufen mit hohen Sauerstoff- und Nitratgehalten gehemmt. Die Ursache hierfür liegt darin begründet, daß die hydrolisierende Betriebsweise des Pufferbehälters nur einen Teil der zufließenden Nitrat- und Sauerstoffinengen zu reduzieren vermag mittels Denitrifikation und Sauerstoffzehrung.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereit zu stellen, bei dem die im Rohabwasserzulauf befindlichen Sauerstoff und Nitratmengen weitestgehend eliminiert werden, bevor dieses Rohabwasser in die SBR-Reaktoren gefördert wird.
• Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Abwasserreinigung in SBR-Anlagen mit mindestens einem Pufferbehälter und mindestens einem SB-Reaktor, bei denen Abwasser aus dem mindestens einen Pufferbehälter in den mindestens einen SB-Reaktor gefördert wird, wobei ein Teil des in dem mindestens einen SB-Reaktor anfallenden Belebtschlamms in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter rückgefördert wird.
• Das SBR-Verfahren an sich eignet sich hervorragend zur Integration einer Bio-P-Verfahrensstufe. Das gilt insbesondere, wenn bereits mindestens ein Pufferbehälter vorgeschaltet ist wie im SBR Grundmodell nach ATV – M 210: Die Reaktoren werden aus einem Pufferbehälter heraus beschickt. Üblicherweise liegen kurz nach Beschickungsbeginn anaerobe Verhältnisse in den Reaktoren vor und bis zum Beginn der Belüftungsphase sind die anaeroben Vorraussetzungen erfüllt. Entscheidend ist, daß diese ausreichend lange andauern, nach Möglichkeit mindestens 0,5 Stunden.
• Prinzipiell sind mehrere Anordnungen von Pufferbehälter(n) und SB-Reaktoren denkbar. So kann nur ein Pufferbehälter vorgesehen sein, aus dem direkt oder über ein angegliedertes Pumpwerk nur ein oder mehrere SB-Reaktoren) beschickt werden und in den und/oder vor den aus allen SB-Reaktoren Belebtschlamm rückgefördert wird. Es ist aber auch denkbar, dass z.B. die Anzahl an Pufferbehältern und SB-Reaktoren identisch ist und die Pufferbehälter den SB-Reaktoren fest zugeordnet oder frei zuordnungsfähig sind.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung entspricht die in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter geförderte Belebtschlammmenge größenordnungsmäßig der Menge an Überschussschlamm, die der Reaktorbiologie entnommen wird. Ausgehend von 3001/(EW) unter Mischwasserzulauf mit 60 g BSB₅/(EW·d) und einer spezifischen Überschussschlammproduktion von 1 g TS/g BSB₅ würde somit das Zulaufabwasser um ca. 200 mg Biomasse/l angereichert werden. Mit Aufenthaltszeiten im Pufferbehälter von üblicherweise mehr als 3 Stunden ist mit dieser Biomasse-Rückführung in den Pufferbehälter dort eine sehr weitgehende Saustoffzehrung und Denitrifikation unvermeidlich.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass unter Trockenwetterbedingungen, bei denen üblicherweise keine nennenswerten Sauerstoff- und Nitratmengen im Abwasserzulauf enthalten sind, eine starke P-Rücklösung schon im Pufferbehälter stattfinden wird. Die im Rahmen der nächsten Beschickung in die Reaktoren geförderten Bio-P-Bakterien sind dann mit einer besonders hohen P-Wiederaufnahmekapazität ausgestattet.
• Zur Realisierung dieses Verfahrens sind keine aufwendigen zusätzlichen Baumaßnahmen erforderlich. Die Belebtschlammförderung in den oder vor den Pufferbehälter kann per Freigefälleleitung E-Schieber-geregelt erfolgen, als Bypass aus der sowieso vorhandenen Überschussschlamm-Entnahme aus den Reaktoren oder über eine eigenständige Druckrohrleitung aus den Reaktoren oder über einen Überlauf. Die Rückführung in die Reaktoren erfolgt ohne jegliche Zusatzmaßnahme über die ohnehin realisierte oder zu realisierende Beschickung der Reaktoren.
• In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Menge an aus dem mindestens einen SB-Reaktor rückzuführenden Belebtschlamms über Messungen der Abwasserzulaufmenge, der Sauerstoffkonzentration und/oder der Nitratkonzentration des Abwassers geregelt. Die Messung erfolgt bevorzugt in Echtzeit und wird im Abwasserzulauf des mindestens einen Pufferbehälters oder besonders bevorzugt im Pufferbehälter selbst vorgenommen.
• Mit Realisierung dieses Verfahrens wird ein Teil der reaktortypischen Anaerob- und Anoxprozesse in den Pufferbehälter verlagert und kann zur Volumenreduktion der Reaktoren genutzt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Abwasserreinigung in SBR-Anlagen mit mindestens einem Pufferbehälter und mindestens einem SB-Reaktor, wobei Abwasser aus dem mindestens einen Pufferbehälter in den mindestens einen SB-Reaktor gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in dem mindestens einen SB-Reaktor anfallenden Belebtschlamms in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter rückgefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abwasser aus dem mindestens einen Pufferbehälter in den mindestens einen SB-Reaktor über eine erste Leitung und der Belebtschlamm aus dem mindestens einen Reaktor in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter über eine zweite Leitung gefördert wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter geförderten Belebtschlamms mindestens der Hälfte der Menge des in dem mindestens einen SB-Reaktor anfallenden Überschußschlamms entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belebtschlammförderung in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter vorgeschaltete Klärstufe kontinuierlich erfolgt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Belebtschlammförderung in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter vorgeschaltete Klärstufe diskontinuierlich im Rahmen der SB-Reaktor-Sedimentationsphasen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belebtschlammförderung in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter über einen Bypass der Überschussschlammentnahme aus dem mindestens einen SB-Reaktor erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belebtschlammförderung in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter vorgeschaltete Klärstufe über eine Freigefälleleitung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belebtschlammförderung in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter über eine Druckrohrleitung erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belebtschlammförderung in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter über einen Überlauf erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an in den mindestens einen Pufferbehälter und/oder vor den Pufferbehälter zu fördernden Belebtschlamms über eine Messung der Abwasserzulaufmenge, der Sauerstoffkonzentration und/oder der Nitratkonzentration, geregelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in Echtzeit erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung im Abwasserzulauf des mindestens einen Pufferbehälters erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung im Pufferbehälter erfolgt.