DE10244416A1 - Suppression of floating sludge in biological wastewater treatment comprises using a flocculant comprising a polymerized metal hydroxide compound and a quaternized amine - Google Patents

Abstract

Suppression of floating sludge during the aerobic stage of a biological wastewater treatment process in which the wastewater is circulated through anaerobic and aerobic stages before being treated with a flocculant and discharged comprises using a flocculant comprising a polymerized metal hydroxide compound and a quaternized amine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Unterdrücken einer Schwimm- und Blähschlammbildung in der aeroben Behandlungsstufe einer biologischen Abwasserreinigung, wobei die Abwässer in einem Kreislauf über eine anaerobe und anschließend über eine aerobe Behandlungsstufe unter Zufuhr eines Gemisches aus einem anorganischen Flockungsmittel und organischen Verbindungen geführt werden, bevor die weitgehend gereinigten Abwässer aus dem Kreislauf ausgeschieden werden.The invention relates to a Suppression method a swimming and bulking in the aerobic treatment stage of biological wastewater treatment, being the sewage in a cycle an anaerobic and then over an aerobic treatment stage with the addition of a mixture of an inorganic Flocculants and organic compounds are largely used before purified wastewater be eliminated from the circulation.

Um nicht nur die im Abwasser enthaltenen Kohlenstoffverbindungen abzubauen, sondern auch eine biologische Reinigung der Abwässer von Stickstoff und Phosphor zu erreichen, ist für gute Lebensbedingungen der für die Elimination von Stickstoff bzw. Phosphor benötigten Mikroorganismen zu sorgen. Da für die Nitrifikation in der aeroben Behandlungsstufe möglichst keine Kohlenstoffquellen vorhanden sein sollen, werden solche Kohlenstoffquellen für die Phosphataufnahme der aerob polyphosphatspeichernden Bakterien benötigt, was zum Teil gegensätzliche Anforderungen mit der Folge mit sich bringt, daß der Belebtschlamm einer ständigen Mangelsituation mit niedrigen Kohlenstoff- und Nährstoffkonzentrationen in abwechselnd belüfteten und unbelüfteten Behandlungsstufen unterworfen wird. Trotzdem gelingt es, gute Reinigungsleistungen sicher zu stellen, wenn den Abwässern in der anaeroben Behandlungsstufe beispielsweise ein Gemisch aus einem Flockungsmittel auf der Basis von Polyaluminiumhydroxidchlorid und aus biologisch leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen, wie Essigsäure, Methanol und Glykol, zugegeben wird ( EP 1 013 613 A1 ).In order not only to break down the carbon compounds contained in the wastewater, but also to achieve a biological purification of the wastewater from nitrogen and phosphorus, good living conditions for the microorganisms required for the elimination of nitrogen and phosphorus must be ensured. Since there should be as few carbon sources as possible for nitrification in the aerobic treatment stage, such carbon sources are required for the phosphate uptake of the aerobic polyphosphate-storing bacteria, which in part has conflicting requirements with the result that the activated sludge is in a constant deficiency situation with low carbon and Nutrient concentrations in alternately aerated and non-aerated treatment stages is subjected. Nevertheless, it is possible to ensure good cleaning performance if, for example, a mixture of a flocculant based on polyaluminium hydroxide chloride and easily biodegradable carbon compounds such as acetic acid, methanol and glycol is added to the waste water in the anaerobic treatment stage ( EP 1 013 613 A1 ).

Die für die biologische Reinigung phosphorhältiger Abwässer zu schaffenden Betriebsbedingungen stellen für Fadenbakterien vorteilhafte Lebensbedingungen dar. Diese Fadenbakterien, z. B. Microthrix parvicella, bilden eine fadenartige Struktur, die das Absetzen des durch sie verursachten Schlammanteiles behindert und verlangsamt. Es entsteht Bläh- und Schwimmschlamm, der eine ausreichende Trennung des Schlamm-Wassergemisches im Nachklärbecken gefährdet, insbesondere bei einem witterungsbedingten, erhöhten Abwasserzulauf. In solchen Fällen ist daher damit zu rechnen, daß Schlamm über den Überlauf des Nachklärbeckens in unzulässiger Weise abgetrieben wird.The one for biological cleaning phosphorus-containing sewerage Operating conditions to be created are advantageous for thread bacteria Living conditions. These thread bacteria, z. B. Microthrix parvicella, form a thread-like structure that the settling of through it caused sludge hampered and slowed down. There is swelling and swimming sludge, sufficient separation of the sludge-water mixture in the secondary clarifier endangered, especially in the case of an increased wastewater inflow due to the weather. In such make it can therefore be expected that sludge will overflow of the clarifier in inadmissible Way is aborted.

Um das Entstehen von Bläh- und Schwimmschlamm bei der biologischen Abwasserreinigung zu unterdrücken, wurden bereits unterschiedliche Vorschläge gemacht, die einerseits das Absetzverhalten verbessern und andererseits die Lebensbedingungen für die Fadenbakterien verschlechtern sollen. So ist es beispielsweise bekannt ( JP 614 2 676 A ), dem Abwasser ein wasserlösliches Polymer und Aluminiumpolychlorid zuzugeben, wobei das wasserlösliche Polymer durch die Reaktion eines Epihalohydrins mit einem Amin Stickstoff bereitstellen soll. Nach einem anderen Vorschlag ( JP 2 169 096 A ) wird die Verwendung eines wasserlöslichen Polymers vorgeschlagen, das durch die Reaktion eines Alkylenpolyamins und/oder eines Polyethylenpolyamins mit einem Epihalohydrin erhalten wird. Zur Bereitstellung eines entsprechenden wasserlöslichen Polymers wurde außerdem vorgeschlagen ( JP 63 218 296 A ), Dialkylamin mit Epihalohydrin reagieren zu lassen. Die bloße Zugabe solcher wasserlöslichen Polymere haben jedoch nicht zum gewünschten Erfolg geführt. Gleiches gilt, wenn lediglich Polyaluminiumchlorid als Flockungsmittel zum Einsatz kommt ( EP 0 522 966 A1 ). Schließlich ist es bekannt ( JP 201 7998 A ), einerseits ein kationisches, organisches hochmolekulares Flockungsmittel und andererseits ein anorganisches Hilfsmittel zur Unterstützung der Sedimentation zu verwenden. Es hat sich aber herausgestellt, daß auch diese bekannte Verwendung einer hochmolekularen organischen Verbindung mit positiver Ladung als Flockungsmittel nicht den gewünschten Erfolg mit sich bringen kann, insbesondere im Hinblick auf eine biologische Abwasserreinigung mit einer Stickstoff- und Phosphorelimination.In order to suppress the build-up of swelling and floating sludge in biological wastewater treatment, various proposals have already been made, which on the one hand improve the settling behavior and on the other hand worsen the living conditions for the thread bacteria. For example, it is known ( JP 614 2 676 A ) to add a water-soluble polymer and aluminum polychloride to the waste water, the water-soluble polymer being said to provide nitrogen by the reaction of an epihalohydrin with an amine. According to another suggestion ( JP 2 169 096 A ) the use of a water-soluble polymer is proposed, which is obtained by the reaction of an alkylene polyamine and / or a polyethylene polyamine with an epihalohydrin. It has also been proposed to provide a corresponding water-soluble polymer ( JP 63 218 296 A ) To let dialkylamine react with epihalohydrin. However, the mere addition of such water-soluble polymers has not led to the desired success. The same applies if only polyaluminium chloride is used as a flocculant ( EP 0 522 966 A1 ). Finally, it is known ( JP 201 7998 A ) to use a cationic, organic high molecular flocculant on the one hand and an inorganic aid to support the sedimentation on the other hand. However, it has been found that even this known use of a high molecular weight organic compound with a positive charge as a flocculant cannot bring about the desired success, in particular with regard to biological wastewater treatment with nitrogen and phosphorus elimination.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Entstehen von Bläh- und Schwimmschlamm bei einer biologischen Abwasserreinigung mit einer Stickstoff und Phosphorelimination auf ein unbedenkliches Maß zu unterdrücken.The invention is therefore the object underlying the development of bloating and floating sludge with biological wastewater treatment nitrogen and phosphorus elimination to a safe level Measure too suppress.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch daß dem Kreislauf ein Flockungsmittel auf der Basis einer polymerisierten Metallhydroxidverbindung und ein quarternäres Amin mit positiver Ladung als organische Verbindung beigemengt werden.Based on a process of solves the type described above the invention the stated object in that the circuit is a flocculant based on a polymerized metal hydroxide compound and a quaternary Amine with a positive charge can be added as an organic compound.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Fadenbakterien aufgrund einer durch exo polymere Substanzen bedingten hydrophoben Oberfläche ein Bewachsen durch andere Mikroorganismen verhindern. Durch die Zugabe eines Gemisches aus einem Flockungsmittel auf der Basis einer polymerisierten Metallhydroxidverbindung und eines quarternären Amins mit positiver Ladung können die Ladungsverhältnisse im Oberflächenbereich der Fadenbakterien so verändert werden, daß sie für flockenbildende Bakterien besiedelbar werden. Für die flockenbildenden Bakterien entsteht somit trotz ihrer vergleichsweise niedrigen Wachstumsrate ein Wachstumsvorteil gegenüber den Fadenbakterien, die zunehmend in die entstehenden Schlammflocken eingebunden werden und damit ihren nachteiligen Einfluß auf das Absetzverhalten der Schlammflocken verlieren. Es steigt die Absetzgeschwindigkeit der Schlammflocken, was im Zusammenhang mit den verschlechterten Wachstumsbedingungen für die Fadenbakterien zu einer nachhaltigen Verbesserung des Schlammabsetzverhaltens führt. Dazu kommt, daß aufgrund der Ladungsänderung auf der Oberfläche der Fadenbakterien die als Nährstoffe für die Bakterien dienenden abzubauenden Stoffe besser in die Schlammflocke eingebunden werden und die mechanische Stabilität der Schlammflocke erhöht wird.The invention is based on the knowledge that the thread bacteria prevent growth by other microorganisms due to a hydrophobic surface caused by exo-polymeric substances. By adding a mixture of a flocculant based on a polymerized metal hydroxide compound and a quaternary amine with a positive charge, the charge conditions in the surface area of the filamentous bacteria can be changed so that they can be colonized by flocculating bacteria. In spite of their comparatively low growth rate, the flake-forming bacteria thus have a growth advantage over the filamentous bacteria, which are increasingly incorporated into the resulting mud flakes and thus their disadvantageous influence on the settling behavior of the mud flakes to lose. The sedimentation rate of the sludge flakes increases, which in connection with the deteriorated growth conditions for the thread bacteria leads to a sustainable improvement in the sludge settling behavior. In addition, due to the change in charge on the surface of the filamentous bacteria, the substances to be broken down, which serve as nutrients for the bacteria, are better integrated into the sludge flake and the mechanical stability of the sludge flake is increased.

Das Flockungsmittel, das insbesondere als Adsorptionsoberfläche für die Mikroorganismen dient, kann vorteilhaft auf der Basis von Polyaluminiumhydroxidchlorid erstellt werden. In Verbindung mit einem organischen Ladungsträger, vorzugsweise aus einem Polyethylendiamin, können besonders günstige Verhältnisse für die Unterdrückung von Bläh- und Schwimmschlamm geschaffen werden.The flocculant, in particular as an adsorption surface for the Serves microorganisms, can advantageously be based on polyaluminium hydroxide chloride to be created. In connection with an organic charge carrier, preferably made of a polyethylene diamine particularly cheap conditions for the suppression from inflatable and mud are created.

Um eine Anpassung an unterschiedliche Rahmenbedingungen zu erhalten, können unterschiedliche Zuschlagsstoffe dem Gemisch beigefügt werden. So wurde beispielsweise für eine ausgeprägte Phosphorfällung ein Gemisch mit einem Flockungsmittel auf der Basis von Polyaluminiumhydroxidchlorid eingesetzt, das durch einen Aluminiumgehalt (in Form von Al₂O₃) von 163 g Al₂O₃/kg, einer Basizität von 52,1 g OH/kg und einer relativen Basizität von 0,35 mol OH/3 mol Aluminium gekennzeichnet war. Zusätzlich wurden 7 g Calcium/kg und als organischer Ladungsträger 100 g Polyethylendiamin/kg hinzugefügt. Mit dieser Mischung konnte der Schwimmschlammanfall einer biologischen Abwasserkläranlage nach einer entsprechenden Anlaufphase auf ein unbedenkliches Maß unterdrückt werden. Die Zugabe der Mischung erfolgte während der Anlaufphase in einer höheren Menge zwischen 10 bis 80 g/m³ bezogen auf die Zulaufwassermenge. Für den Dauerbetrieb konnte die Gemischmenge auf 5 bis 50 g/m³ verringert werden. Die Zugabemenge kann auf eine durchschnittliche Tageswassermenge bezogen werden oder je nach Anwendungsfall von für die Schlammbildung maßgebenden Parametern abgeleitet werden. So ist es beispielsweise möglich, die Dosierung des Gemisches von der Zulaufwassermenge, dem Schlammspiegel im Nachklärbecken oder den Abwasserbelastungen, insbesondere durch Phosphor, zu steuern oder zu regeln. Die Zumischung des erfindungsgemäßen Gemisches bedarf keiner Änderung der übrigen Betriebsparameter einer Kläranlage.In order to adapt to different framework conditions, different additives can be added to the mixture. For example, a mixture with a flocculant based on polyaluminium hydroxide chloride was used for a pronounced phosphorus precipitation, which has an aluminum content (in the form of Al ₂ O ₃ ) of 163 g Al ₂ O ₃ / kg, a basicity of 52.1 g OH / kg and a relative basicity of 0.35 mol OH / 3 mol aluminum was characterized. In addition, 7 g calcium / kg and as organic charge carrier 100 g polyethylene diamine / kg were added. With this mixture, the amount of floating sludge from a biological sewage treatment plant could be suppressed to a safe level after a corresponding start-up phase. The mixture was added during the start-up phase in a higher amount between 10 to 80 g / m ³ based on the amount of feed water. For continuous operation, the mixture amount could be reduced to 5 to 50 g / m ³ . The amount added can be based on an average daily water volume or, depending on the application, can be derived from parameters that are decisive for sludge formation. It is thus possible, for example, to control or regulate the metering of the mixture from the amount of feed water, the sludge level in the secondary clarifier or the wastewater pollution, in particular due to phosphorus. The admixture of the mixture according to the invention does not require any change in the other operating parameters of a sewage treatment plant.

Bei einer anderen Abwasserzusammensetzung, bei der nicht die Phosphorfällung, sondern die Schwimm- und Blähschlammunterdrückung im Vordergrund stand, konnte durch ein Flockungsmittel auf der Basis eines Polyaluminiumhydroxidchlorids mit 140 g Al₂O₃/kg, einer Basizität von 149 g OH/kg sowie einer relativen Basizität von 1,07 mol OH/3 mol Aluminium in Verbindung mit 7 g Calcium/kg, 35 g Magnesium/kg, sowie 120 g Polyethylendiamin/kg als positiver Ladungsträger das Schlammabsetzverhalten entscheidend verbessert werden. Die Zugabe von Magnesium und Calcium erfolgte in Abhängigkeit von Absetzversuchen, um einen vorteilhaften Einfluß auf die Ausbildung der Schlammflocken zu erreichen.In another wastewater composition, in which the focus was not on phosphorus precipitation, but on the suppression of floating and expanded sludge, a flocculant based on a polyaluminium hydroxide chloride with 140 g Al ₂ O ₃ / kg, a basicity of 149 g OH / kg and one relative basicity of 1.07 mol OH / 3 mol aluminum in combination with 7 g calcium / kg, 35 g magnesium / kg, and 120 g polyethylene diamine / kg as a positive charge carrier, the sludge settling behavior can be significantly improved. Magnesium and calcium were added as a function of sedimentation tests in order to have an advantageous influence on the formation of the sludge flakes.

In einem dritten Ausführungsbeispiel wurde das Flockungsmittel auf der Basis von Polyaluminiumhydroxidchlorid mit einem Aluminiumanteil von 152 g Al₂O₃/kg, einer Basizität von 55,6 g OH/kg und einer relativen Basizität von 0,37 mol OH/3 mol Aluminium bestimmt. Diesem anorganischen Flockungsmittel wurden 30 g Magnesium/kg und 120 g Polyethylendiamin/kg als organischer Ladungsträger zugemischt. Auch mit dieser Zusammensetzung konnte das Schlammabsetzverhalten in der gewünschten Weise beeinflußt und die Bildung von Schwimm- und Blähschlamm auf Dauer auf ein durchaus zulässiges Maß unterdrückt werden.In a third exemplary embodiment, the flocculant was determined on the basis of polyaluminium hydroxide chloride with an aluminum content of 152 g Al ₂ O ₃ / kg, a basicity of 55.6 g OH / kg and a relative basicity of 0.37 mol OH / 3 mol aluminum , This inorganic flocculant was admixed with 30 g magnesium / kg and 120 g polyethylene diamine / kg as organic charge carriers. With this composition, too, the sludge settling behavior could be influenced in the desired manner and the formation of floating and bulking sludge could be suppressed to an entirely acceptable level in the long run.

Die Dosierung des Produktes kann in einfacher Weise über Fällungsversuche bestimmt werden. Die Zuführung in den Abwasserkreislauf kann an unterschiedlichen Stellen erfolgen, beispielsweise im Bereich des Ablaufes aus der aeroben Behandlungsstufe, im Bereich des Schlammrücklaufes, oder im Bereich des Abwasserzulaufes. Es ist lediglich darauf zu achten, daß das Gemisch mit dem Belebtschlamm in Berührung gebracht wird.The dosage of the product can in a simple way precipitation tests be determined. The feeder in the wastewater cycle can take place at different points for example in the area of the course from the aerobic treatment stage, in the area of the sludge return, or in the area of the wastewater inlet. It is just towards it make sure that Mixture is brought into contact with the activated sludge.

Claims (4)

Verfahren zum Unterdrücken einer Schwimm- und Blähschlammbildung in der aeroben Behandlungsstufe einer biologischen Abwasserreinigung, wobei die Abwässer in einem Kreislauf über eine anaerobe und anschließend über eine aerobe Behandlungsstufe unter Zufuhr eines Gemisches aus einem anorganischen Flockungsmittel und organischen Verbindungen geführt werden, bevor die weitgehend gereinigten Abwässer aus dem Kreislauf ausgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreislauf ein Flockungsmittel auf der Basis einer polymerisierten Metallhydroxidverbindung und ein quarternäres Amin mit positiver Ladung als organische Verbindung beigemengt werden.Process for suppressing the formation of floating and expanded sludge in the aerobic treatment stage of a biological wastewater treatment, the wastewater being circulated through an anaerobic and then through an aerobic treatment stage with the addition of a mixture of an inorganic flocculant and organic compounds before the largely purified wastewater are eliminated from the circuit, characterized in that a flocculant based on a polymerized metal hydroxide compound and a quaternary amine with a positive charge are added to the circuit as an organic compound. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Flockungsmittel auf der Basis von Polyaluminiumhydroxid-chlorid eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that in in a manner known per se a flocculant based on polyaluminium hydroxide chloride is used. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als oganischer Ladungsträger ein Polyäthylendiamin eingesetzt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that as organic load carrier Polyäthylendiamin is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Abwässern das Gemisch aus einem Flockungsmittel und einem organischen Ladungsträger in einer auf die Zulaufwassermenge bezogenen Menge von 5 bis 50 g/m³ beigemengt wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the waste water contains the mixture of a flocculant and an organic charge carrier in one on the feed water amount related amount of 5 to 50 g / m ^{3 is} added.