DE19841024C2 - Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung mittels Permeatflußregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, wobei ein Bioreaktor mit einem Abwasserzufluß vorgesehen ist und Reinwasser durch Filter aus dem Bioreaktor in einen nachgeordneten Permeatraum permeiert. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, wobei ein Bioreaktor mit einem Abwasserzufluß und in dem Bioreaktor angeordneten Filtern mit einem nachgeordneten Permeatraum vorgesehen ist.

Häusliche und gewerbliche Abwässer dürfen grundsätzlich nur dann in die Vorfluter eingeleitet werden, wenn die Mindestanforderungen gemäß Wasserhaushaltsgesetz (WHG 1996) und der "Allgemeinen Rahmen-Verwaltungsvorschrift über Mindestanforderungen an das Einleiten von Abwasser in Gewässer"(Rahmen-Abwasser-VwV 1996) erfüllt sind. Aus diesen bzw. in Sondersituationen verschärften Vorgaben leiten sich die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Verfahren bzw. Anlagen zur Abwasserbehandlung ab.

Bei der Abwassererfassung ist zu unterscheiden, ob die Niederschlagswässer gleichzeitig mit den häuslich-industriellen Abwassern erfaßt werden (Mischkanalisation), oder ob die Niederschlagswässer getrennt aufgefangen werden (Trennkanalisation).

In den alten Kanalisationssystemen wird fast ausschließlich Mischwasser erfaßt. Damit ist der Abwasseranfall in den entsprechenden kommunalen Kläranlagen den niederschlagsbedingten Schwankungen unterworfen: Bei besonders ergiebigen Regenereignissen oder bei intensiver Schneeschmelze können die Kläranlagen hydraulisch überfordert sein, d. h. die Aufenthaltszeiten werden so kurz, daß eine ausreichende Reinigung nicht mehr gewährleistet ist.

Um dieses Risiko zu vermeiden, sind kommunale Kläranlagen mit Mischkanalisation i. d. R. mit Regenrückhaltebecken ausgerüstet worden, in welchen bei starken Regenfällen ein Teil des Niederschlagswassers gestaut und erst nach Ende des Regenereignisses (oder Tauprozesses) allmählich über die Kläranlage abgearbeitet wird. Dies ist mit einem hohen Kosten- und Platzbedarf verbunden.

Die DE 195 20 914 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung einer Umkehrosmoseanlage zur Wasseraufbereitung, wobei bei Veränderungen der Kapazitätsauslastung der Anlage der Konzentratabfluß durch entsprechende Meß- und Stellglieder gleichsinnig zu den Veränderungen des Rohwasserzuflusses geändert wird.

Aus der DE 35 31 836 C1 ist ein Membrantrennverfahren und eine Vorrichtung zur Abtrennung von Flüssigkeiten aus Fermentationssuspensionen mit Hilfe einer Porenfiltermembran bzw. Lösungsdiffusionsmembranen bekannt, wobei auf der Permeatseite der Membran ein Unterdruck erzeugt wird, indem das Permeat mittels einer Strahlpumpe abgesaugt und in eine Kreislaufströmung überführt wird.

Weiterhin geht aus der DE 690 16 451 T2 ein durch Transmembranen druckreguliertes Filtrationssystem hervor, wobei die Steuerung des Fluidflusses durch ein Filtermittel durch Veränderung des Durchflusses des einströmenden Fluids durch die Einlaßableitung erzielt wird, um die Steuerung des transmembranen Druckes und die Filtrierung zu optimieren.

Die JP-11156360 A beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Wasseraufbereitungsanlage mit einer Gasspülung für die Membranoberfläche.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung zu schaffen, mit denen den Schwankungen im Bereich des Abwasserzuflusses Rechnung getragen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit einer geeigneten Steuerung der Permeatfluß in Abhängigkeit von der Menge der dem Bioreaktor pro Zeiteinheit zugeführten Schmutzstoffe variiert wird, wobei bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit unterdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen in den Bioreaktor der Permeatfluß durch die Filter in gleichem Maße erhöht wird und bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen diese Abwassermengen in vor dem Bioreaktor angeordnete Vorlaufbecken geleitet werden, aus denen sie nach dem Zufluß der erhöhten Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen dem Bioreaktor zugeführt werden.

Hierdurch wird es möglich, auch größere Schwankungen im Abwasserzulauf, z. B. bei starken Niederschlagsmengen im Einzugsbereich der Kläranlage oder zur Zeit der Schneeschmelze schnell aus der Kläranlage abzuführen, ohne daß es zu einer Qualitätsschwankung des Reinwassers kommt.

Hierbei ist es zweckmäßig, daß zum Erhöhen des Permeatflusses durch die Filter der Differenzdruck zwischen Bioreaktor und Permeatraum proportional zur Erhöhung der Abwassermenge erhöht wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Differenzdruck zwischen Bioreaktor und Permeatraum durch Erhöhen der Flüssigkeitssäule in dem Bioreaktor erhöht wird.

Eine andere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß zum Erhöhen des Permeatflusses der Unterdruck auf der Abzugsseite des Filters erhöht wird.

Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, daß zum Erhöhen des Permeatflusses weitere Filter zugeschaltet werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Konzentration an Schmutzstoffen in dem Abwasserzufluß mittels vor und/oder nach dem Bioreaktor angeordneter Sonden detektiert wird.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein Bioreaktor mit einem Abwasserzufluß und in dem Bioreaktor angeordneten Filtern mit einem nachgeordneten Permeatraum vorgesehen ist, wobei Mittel zum Beeinflussen des Permeatflusses vorgesehen sind, wobei bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit unterdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen in den Bioreaktor der Permeatfluß durch die Filter in gleichem Maße erhöhbar ist und bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen diese Abwassermengen in vor dem Bioreaktor angeordnete Vorlaufbecken leitbar ist, aus denen sie nach dem Zufluß der erhöhten Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen dem Bioreaktor zuführbar sind.

Eine Ausbildung dieser Vorrichtung besteht darin, daß Mittel zum Erhöhen des Differenzdruckes zwischen dem Bioreaktor und dem Permeatraum vorgesehen sind.

Hierbei ist es vorteilhaft, daß die Flüssigkeitssäule in dem Bioreaktor zumindest in Teilen des Querschnittes des Bioreaktors erhöhbar ist.

Ebenso ist es erfindungsgemäß, daß der Unterdruck in dem Permeatraum erhöhbar ist.

Eine andere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß weitere Filter zuschaltbar sind.

Schließlich wird die Erfindung dadurch weitergebildet, daß zur direkten bzw. indirekten Detektion der Konzentration an Schmutzstoffen in dem Abwasserzufluß vor und/oder nach dem Bioreaktor Sonden angeordnet sind.

Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Da die im Mischabwasser aus Mischkanalisationen enthaltenen umweltbelastenden organischen bzw. anorganischen Stoffe hauptsächlich aus den häuslichen bzw. gewerblichen Abwässern stammen, nimmt ihr Gehalt im Mischabwasser bei hohem Anteil an Niederschlags- bzw. Schmelzwasser entsprechend ab.

Dies ist exemplarisch in der Fig. 1 dargestellt, die eine Jahresganglinie für den CSB-Gehalt, die hydraulische Fracht und die daraus resultierende CSB-Fracht für eine Kläranlage zeigt. Im Prinzip wäre es hier möglich, die Verweilzeit des Wassers in der Kläranlage zu verkürzen, da die Mikroorganismen wegen der geringeren Verschmutzung weniger Zeit benötigen, um es zu reinigen. In konventionellen Kläranlagen ist dies jedoch nicht möglich, da eine Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit zum Ausschwemmen der Mikroorganismen führen würde.

Neuere Kläranlagen, die zur Rückhaltung der Mikroorganismen Filter verwenden, wie dies beispielsweise in der DE 197 49 411 A1 "Verfahren und Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung" - beschrieben ist, würden im Prinzip eine Verweilzeit des Abwassers abhängig von der Verunreinigung gestatten, d. h. nach einem starken Regen bzw. verstärktem Anfall von Schmelzwasser könnte der Permeatfluß durch solche Filter erhöht werden.

Die Höhe des Permeatflusses ist im Prinzip von mindestens zwei Größen abhängig:

• 1. von der sog. Permeabilität des Filters und
• 2. vom Differenzdruck beidseits des Filters.

Üblicherweise haben solche - mit Filtern ausgerüsteten - biologischen Abwasseranlagen auf der Permeatseite eine Unterdruckpumpe, die das Permeat absaugt; darüber hinaus läßt sich durch Einstellung der Füllhöhe ein hydrostatischer Druck erzeugen. Die Gesamtdruckdifferenz bestimmt dann über die Permeabilität des Filters den Fluß und damit letztlich die Verweilzeit des Wassers im Abwasserreaktor bzw. Bioreaktor.

Mit einer geeigneten Steuerung kann man nun abhängig von der Verunreinigung und vom Anfall der Wassermenge den Permeatfluß höher oder niedriger einstellen. Hierfür gibt es aber bisher keine geeigneten Steuerungseinrichtungen. Die Erfindung schafft hier Abhilfe.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im wesentlichen darin, daß bei innerhalb eines relativ kleinen Bereiches im wesentlichen gleichbleibender Qualität des aus dem Bioreaktor permeierenden Reinwassers beträchtliche Schwankungen des Abwasserzuflusses bewältigt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Behälter mit einer Höhe von ca. 10 bis 20 m und einer Grundfläche, die nach dem max. zu erwartenden Abwasservolumen auszulegen ist. Im Normalfall wird der Behälter nur zur Hälfte bis zu drei Vierteln gefüllt sein, kommt es aber gem. Fig. 1 zu starken Wasserzuflüssen (Erhöhung der hydraulischen Fracht) aufgrund der eingangs erwähnten Niederschlagsmenge bzw. des anfallenden Schmelzwassers, so erhöht sich die Wassersäule im biologischen Becken. Damit wächst gleichzeitig aber auch der hydrostatische Druck vor dem Filter an und der Permeatfluß erhöht sich. Dies ist wie eingangs erwähnt nur deshalb sinnvoll, weil aufgrund der verminderten Verunreinigung die Verweilzeit kürzer sein kann, da die Biologie das Wasser schneller reinigt.

Würde aus irgend einem Grund die Schmutzfracht sehr plötzlich ansteigen, wie es in Fig. 1 im unteren Schaubild am 270. Tag der Fall ist, könnte sich diese erhöhte Verunreinigung in das Permeat übertragen. Deswegen ist eine Sonde vor und/oder nach dem Bioreaktor vorgesehen, die die Verschmutzung des Permeats (z. B. CSB-Sonde oder TOC-Sonde) mißt. Steigt diese plötzlich an, so betätigt diese Sonde ein Ventil und vermindert auf diese Weise den Differenzdruck, z. B. indem ein Teil des Abwassers in ein Vorlaufbecken geleitet wird. Da der Differenzdruck proportional zu dem Permeatfluß ist, erniedrigt sich gleichzeitig der Permeatfluß und damit erhöht sich die Verweilzeit des Wassers im biologischen Becken. Die Mikroorganismen haben länger Zeit, das Wasser zu reinigen.

Claims (12)

1. Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung, wobei ein Bioreaktor mit einem Abwasserzufluß vorgesehen ist und das Reinwasser durch Filter aus dem Bioreaktor in einen nachgeordneten Permeatraum permeiert, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer geeigneten Steuerung der Permeatfluß in Abhängigkeit von der Menge der dem Bioreaktor pro Zeiteinheit zugeführten Schmutzstoffe variiert wird, wobei bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit unterdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen in den Bioreaktor der Permeatfluß durch die Filter in gleichem Maße erhöht wird und bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen diese Abwassermengen in vor dem Bioreaktor angeordnete Vorlaufbecken geleitet werden, aus denen sie nach dem Zufluß der erhöhten Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen dem Bioreaktor zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen des Permeatflusses durch die Filter der Differenzdruck zwischen Bioreaktor und Permeatraum proportional zur Erhöhung der Abwassermenge erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck zwischen Bioreaktor und Permeatraum durch Erhöhen der Flüssigkeitssäule in dem Bioreaktor erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen des Permeatflusses der Unterdruck auf der Abzugsseite des Filters erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen des Permeatflusses weitere Filter zugeschaltet werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an Schmutzstoffen in dem Abwasserzufluß mittels vor und/oder nach dem Bioreaktor angeordneter Sonden detektiert wird.

7. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Bioreaktor mit einem Abwasserzufluß und in dem Bioreaktor angeordneten Filtern mit einem nachgeordneten Permeatraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Beeinflussen des Permeatflusses vorgesehen sind, wobei bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit unterdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen in den Bioreaktor der Permeatfluß durch die Filter in gleichem Maße erhöhbar ist und bei Zufluß erhöhter Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen diese Abwassermengen in vor dem Bioreaktor angeordnete Vorlaufbecken leitbar ist, aus denen sie nach dem Zufluß der erhöhten Abwassermengen mit überdurchschnittlicher Konzentration an Schmutzstoffen dem Bioreaktor zuführbar sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Erhöhen des Differenzdruckes zwischen dem Bioreaktor und dem Permeatraum vorgesehen sind.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssäule in dem Bioreaktor zumindest in Teilen des Querschnittes des Bioreaktors erhöhbar ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck in dem Permeatraum erhöhbar ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Filter zuschaltbar sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur direkten bzw. indirekten Detektion der Konzentration an Schmutzstoffen in dem Abwasserzufluß vor und/oder nach dem Bioreaktor Sonden angeordnet sind.